DE1088035B - Process for the production of synthetic cryolite - Google Patents

Process for the production of synthetic cryolite

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DE1088035B
DE1088035B DEG26208A DEG0026208A DE1088035B DE 1088035 B DE1088035 B DE 1088035B DE G26208 A DEG26208 A DE G26208A DE G0026208 A DEG0026208 A DE G0026208A DE 1088035 B DE1088035 B DE 1088035B
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Dr Chem Frederick T Fitch
James E Armstrong
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WR Grace and Co
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WR Grace and Co
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    • C01F7/00Compounds of aluminium
    • C01F7/48Halides, with or without other cations besides aluminium
    • C01F7/50Fluorides
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Description

DEUTSCHESGERMAN

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von künstlichem Kryolith, der sich bezüglich seines Reinheitsgrades mit gereinigtem Naturprodukt vergleichen läßt.The invention relates to a method for the production of artificial cryolite, which relates to its degree of purity can be compared with a purified natural product.

Synthetischer Kryolith wird gewöhnlich in der Weise hergestellt, daß Aluminiumfluorid mit Natrium- bzw. Fluorionen liefernden Verbindungen umgesetzt wird. Als Natrium- und Fluorionen liefernde Verbindungen kommen gewöhnlich Natriumfluorid und Ammoniumfluorid in Betracht. Wird Ammoniumfiuorid verwendet, dann muß der Reaktionsmischung noch eine weitere Verbindung, wie Natriumchlorid oder Natriumcarbonat, die Natriumionen liefert, zugesetzt werden, um Kryolith, Na3AlF6, zu bilden.Synthetic cryolite is usually produced in such a way that aluminum fluoride is reacted with compounds which provide sodium or fluorine ions. Sodium fluoride and ammonium fluoride are usually considered as compounds which provide sodium and fluorine ions. If ammonium fluoride is used, then another compound, such as sodium chloride or sodium carbonate, which supplies sodium ions, must be added to the reaction mixture in order to form cryolite, Na 3 AlF 6 .

Wird jedoch zu diesen vorbekannten Verfahren nicht Rohmaterial höchsten Reinheitsgrades benutzt, dann ist der erhaltene künstliche Kryolith für die Verwendung als Flußmittel für Aluminium enthaltende Erze bei der Herstellung von metallischem Aluminium, dem wichtigsten Anwendungsgebiet, ungeeignet. Da einerseits der Vorrat an natürlichem Kryolith im Abnehmen begriffen ist, andererseits die Aluminiumindustrie eine beträchtliche Ausdehnung erfährt, müssen große Mengen von synthetischem Kryolith hohen Reinheitsgrades erzeugt werden.However, if raw material of the highest degree of purity is not used for these previously known processes, then the obtained artificial cryolite is for use as a flux for aluminum containing Ores unsuitable for the production of metallic aluminum, the most important field of application. Since on the one hand the supply of natural cryolite is decreasing, on the other hand the Aluminum industry is experiencing considerable expansion, must have large quantities of synthetic Cryolite of high purity can be produced.

Es ist schon ein Verfahren zur Herstellung von künstlichem Kryolith beschrieben worden, der praktisch kein Siliciumdioxyd enthält. Hierbei wird rohe Aluminiumfluoridlösung mit einer rohen Natriumfluoridlösung, die auf einen pH-Wert von 3,5 angesäuert worden ist, versetzt. Der erhaltene, zwar vons Siliciumdioxyd freie Kryolith ist jedoch noch durch etwa 0,10 bis 0,23% Phosphor, als P2O5 bestimmt, verunreinigt, was von den Reaktionsbedingungen abhängt. Diese scheinbar geringfügige P2O5-Menge wirkt sich außerordentlich nachteilig auf den Nutzeffekt des Stromes für den ReduktionsVorgang in der Aluminiumindustrie aus. Untersuchungen, die bei Einrichtungen von Größenordnungen, wie sie in der Industrie üblich sind, durchgeführt wurden, haben klar gezeigt, daß 0,01% P2 O5, die als Verunreinigungen in dem Kryolithfluß enthalten sind, den Stromnutzeffekt in den Trögen um 1 bis 1,5% herabsetzen. Der Anwesenheit von P2O5 in dem Aluminiumtrog wird eine so große Bedeutung zugemessen, daß es in der Aluminiumindustrie allgemein geübte Praxis ist, den Phosphorgehalt der zu den Reduktionsanlagen transportierten Tonerde auf 0,002 bis 0,003 °/o P2O5 zu reduzieren.A process for the production of artificial cryolite which contains practically no silicon dioxide has already been described. Here, raw aluminum fluoride solution having a crude solution of sodium fluoride which has been acidified to a pH value of 3.5, was added. The cryolite obtained, going from s-free silicon dioxide is however determined even by about 0.10 to 0.23% phosphorus as P 2 O 5, contaminated, depending on the reaction conditions. This apparently insignificant amount of P 2 O 5 has an extremely detrimental effect on the efficiency of the current for the reduction process in the aluminum industry. Studies carried out on facilities of the order of magnitude in the industry have clearly shown that 0.01% P 2 O 5 contained as impurities in the cryolite flow increases the power efficiency in the troughs by 1 to 1.5% decrease. The presence of P 2 O 5 in the aluminum trough is so important that it is common practice in the aluminum industry to reduce the phosphorus content of the alumina transported to the reduction plants to 0.002 to 0.003% P 2 O 5 .

Ein weiterer Nachteil des nach dem vorbekannten Verfahren hergestellten künstlichen Kryoliths ist, daß er sich nur schwer als praktisch weißes Produkt darstellen läßt, das natürlichem Kryolith ähnlich ist. Die Verfärbung des künstlichen Kryoliths stellt einenAnother disadvantage of the artificial cryolite produced by the previously known method is that it is difficult to represent as a practically white product similar to natural cryolite. the Discoloration of the artificial cryolite represents one

Verfahren zur Herstellung
von synthetischem Kryolith
Method of manufacture
of synthetic cryolite

Anmelder:Applicant:

W. R. Grace & Co.,
New York, N. Y. (V. St. A.)
WR Grace & Co.,
New York, NY (V. St. A.)

Vertreter:Representative:

Dr. G. W. Lotterhos und Dr.-Ing. H. W. Lotterfios,
Patentanwälte, Frankfurt/M., Lichtensteinstr. 3
Dr. GW Lotterhos and Dr.-Ing. HW Lotterfios,
Patent attorneys, Frankfurt / M., Lichtensteinstr. 3

Dr. Chem. Frederick T. Fitch, Baltimore, Md.,Dr. Chem. Frederick T. Fitch, Baltimore, Md.,

und James E. Armstrong, Pittsburgh, Pa. (V. St. Α.),and James E. Armstrong, Pittsburgh, Pa. (V. St. Α.),

sind als Erfinder genannt wordenhave been named as inventors

empirischen Maßstab für den allgemeinen Gehalt an Spurenverunreinigungen dar. Wenn für die Durchführung von Verfahren ein Produkt hohen Reinheitsgrades notwendig ist, dann zögert man, den natürlichen Kryolith durch dieses rötliche oder mausgraue Produkt, das gewöhnlich nach den vorbekannten Ver-empirical yardstick for the general level of trace impurities. If for implementation If a product with a high degree of purity is necessary for processes, then there is hesitation in favor of the natural one Cryolite through this reddish or mouse-gray product, which is usually

3.0 fahren erhalten wird, zu ersetzen.3.0 drive is obtained to replace.

Es wurde gefunden, daß man aus Ausgangsmaterialien, die Phosphoroxyd oder andere Phosphorverbindungen als Verunreinigungen enthalten, in überraschend einfacher Weise einen künstlichen Kryolith von praktisch weißer Farbe und einem P2O5-Gehalt von weniger als 0,05% erhalten kann, wenn man bei der Reaktion' zwischen Aluminiumfluorid und Natrium- und Fluorionen liefernden Verbindungen in wäßriger Lösung die Natrium und Fluor liefernden Verbindungen mindestens in der für die Umsetzung mit Aluminiumfluorid benötigten stöchiometrischen Menge, vorzugsweise in größeren Mengen, anwendet und während der Kryolithfällung den pH-Wert in der Reaktionsmischung durch Zusatz von Mineralsäure unterhalb von etwa 2 hält.It has been found that an artificial cryolite of practically white color and a P 2 O 5 content of less than 0.05% can be obtained from starting materials which contain phosphorus oxide or other phosphorus compounds as impurities, if one is at the reaction 'between the aluminum fluoride and sodium and fluorine ions-providing compounds in aqueous solution, the sodium and fluorine-providing compounds, at least in the for the reaction with aluminum fluoride required stoichiometric amount, preferably in large quantities, applying and during the Kryolithfällung the pH value in the Keeping the reaction mixture below about 2 by adding mineral acid.

Beispiele für Phosphoroxyd und Phosphorverbindungen enthaltende Rohstoffe sind Bauxit, ein verhältnismäßig billiges Ausgangsmaterial für Tonerde, und Siliciumfluorwasserstoffsäure, ein Nebenprodukt, das bei der Säurebehandlung des Phophatgesteins auftritt und ein wichtiges Ausgangsmaterial für billiges Fluor ist. Es ist bekannt, daß diese Säure in Spuren Phosphor entweder in Form von kolloidalem P2O5 oder, was wahrscheinlicher ist, als H3PO4 enthält.Examples of raw materials containing phosphorus oxide and phosphorus compounds are bauxite, a relatively cheap raw material for alumina, and hydrofluoric acid, a by-product which occurs in the acid treatment of phosphate rock and is an important raw material for cheap fluorine. It is known that this acid contains traces of phosphorus either in the form of colloidal P 2 O 5 or, more likely, as H 3 PO 4 .

009 589/383009 589/383

Rohe Fluorwasserstoffsäure und noch weitere, neben Kryolith in wäßrigen Lösungen aus Rohmaterialien, dem Bauxit geeignete rohe Aluminium-Eisen-Mate- die durch Spuren von Phosphor oder seinen Verbinrialien enthalten diese Verunreinigung auch. düngen und Schwermetallsalzen verunreinigt sind, er-Crude hydrofluoric acid and others besides cryolite in aqueous solutions from raw materials Crude aluminum-iron materials suitable for bauxite due to traces of phosphorus or its compounds also contain this impurity. fertilizers and heavy metal salts are contaminated,

Der Kern der Erfindung liegt somit in der sorg- kennbar.The essence of the invention thus lies in the fact that it can be carefully identified.

fältigen Kontrolle der Nebenreaktionen, die mit der 5 Die Bedingungen, die für die Herstellung eines im Bildung und Fällung des Doppelsalzes verbunden wesentlichen von Verunreinigungen freien Kryoliths sind. Mehr ins einzelne gehend, betrifft die Erfindung aus Rohmaterialien, die Phosphate und Schwermetalle die Kontrolle der verwickelten Nebenreaktionen der als Verunreinigungen enthalten, bei der Umsetzung * Salze und Säuren des Phosphors und Fluors und der derartiger Materialien in wäßrigen Losungen not-Schwermetallkomplexe sowie derjenigen, die von io wendig sind, sind der nachfolgenden Beschreibung zu Eisen und Titan gebildet werden. Die Doppelfluoride entnehmen, die im Zusammenhang mit der Zeichnung können zu Beginn als Kryolith Na3AlF6 oder als steht. In dieser Zeichnung zeigt das Diagramm den Ammoniumkryolith (N H4) 3 Al F6, das schnell infolge Prozentgehalt der Phosphor enthaltenden Verunreinieiner einfachen Metathese in Natriumaluminiumfluorid gung (angegeben als P2 O5) in dem End-Kryolithübergeht, gefällt werden. Das Verfahren der Erfin- 15 Produkt, wobei der End-pH-Wert der Kryolithdung besteht dann in der Kontrolle der Reak- f ällungsstuf e verglichen ist, und zwar für verschiedene tionsbedingungen in Verunreinigungen enthaltenden Aluminiumfluorid-Ammoniumfluorid-Natriumchlorid-Lösungen, in welchen Aluminiumfiuorid mit einer Reaktionsmischungen, die unterschiedliche Molverhält-Verbindung oder Verbindungen, die Natrium- und nisse von Aluminiumfiuorid zu Ammoniumfluorid ent-Fluorionen liefern, in Berührung gebracht wird. 20 halten.Fold control of the side reactions that are associated with the 5 The conditions which are associated with the production of a cryolite which is essentially free of impurities in the formation and precipitation of the double salt. Going more specifically, the invention relates to raw materials containing phosphates and heavy metals, the control of the involved side reactions as impurities, in the implementation of * salts and acids of phosphorus and fluorine and such materials in aqueous solutions not heavy metal complexes as well as those that from io agile, the following description of iron and titanium are formed. The double fluorides can be found in connection with the drawing at the beginning as cryolite Na 3 AlF 6 or as stands. In this drawing, the diagram shows the ammonium cryolite (NH 4 ) 3 Al F 6 being precipitated rapidly as a result of the percentage of phosphorus containing impurities in a simple metathesis to sodium aluminum fluoride formation (indicated as P 2 O 5 ) in the final cryolite. The method of the inventions 15 product, the final pH value of the Kryolithdung then is to control the reaction f ällungsstuf e is compared, namely for different con- ditions in impurity-containing aluminum fluoride ammonium fluoride, sodium chloride solutions, in which Aluminum fluoride is brought into contact with a reaction mixture containing different molar ratio compounds or compounds that provide sodium and nits of aluminum fluoride to ammonium fluoride ent-fluoride ions. 20 hold.

Aluminiumfluorid wird für die Zwecke der Erfin- Ehe das Diagramm im einzelnen diskutiert werdenAluminum fluoride will be discussed in detail for the purposes of the invention

dung vorzugsweise durch Reatkion zwischen Bauxit soll, erscheint es zweckmäßig, eine Erläuterung der und Siliciumfluorwasserstoffsäure gemäß der nach- Hauptreaktion, die zur Bildung des unlöslichen stehend angegebenen Gleichung I hergestellt: Doppelsalzes führt, und der vielen Nebenreaktionen,dung preferably by reaction between bauxite, it seems appropriate to provide an explanation of the and hydrofluoric acid according to the post-main reaction that leads to the formation of the insoluble Equation I given above: double salt leads, and the many side reactions,

25 die hiermit verbunden sind, zu geben. Aus Gründen25 associated with it. For reasons

Al2O3+ H2SiF6-^2AlF3 + SiO2-HH2O. (I) der Klarheit soll diese Diskussion hauptsächlich aufAl 2 O 3 + H 2 SiF 6 - ^ 2AlF 3 + SiO 2 -HH 2 O. (I) of clarity, this discussion is primarily intended to be based on

die Reaktion in ihrem bevorzugten Verfahrensverlaufthe reaction in its preferred course of operation

Dieses Verfahren, wobei man eine maximale Aus- beschränkt werden, nämlich auf diejenige, die in den beute an Aluminiumfluoridlösung, die verhältnismäßig Gleichungen II und III dargestellt ist.
frei von Siliciumdioxyd ist, erhält, ist in der USA.- 30
This method, whereby one is limited to a maximum output, namely to that which is represented in the booty of aluminum fluoride solution, which is represented in relation to equations II and III.
Silica free is obtained in the USA

Patentschrift 2 842 426 beschrieben. Nach diesem AlF3+ 3 NH4F-> (NH4)3 AlF6 (II)U.S. Patent 2,842,426. After this AlF 3 + 3 NH 4 F-> (NH 4 ) 3 AlF 6 (II)

Verfahren werden Bauxit und Siliciumfluorwasser- (NH) AlF + 3Na+->Processes are bauxite and silicon fluorohydrate (NH) AlF + 3Na + ->

stoffsäure während einer vorbestimmten Zeit bei einer * s 6 chemical acid for a predetermined time at a * s 6

vorbestimmten Temperatur miteinander in Berührung ' -> 3 NH4+ + Na3AlF6 (III)predetermined temperature in contact with each other '-> 3 NH 4 + + Na 3 AlF 6 (III)

gebracht, bis der Punkt der maximalen Löslichkeit 35brought up to the point of maximum solubility 35

von Aluminiumfluorid erreicht ist. Danach wird die Aluminiumfluorid und Ammoniumfluorid werden inis achieved by aluminum fluoride. After that the aluminum fluoride and ammonium fluoride will be in

Lösung sofort filtriert, vom Filterkuchen freige- wäßriger Lösung miteinander umgesetzt, wobei Amwaschen, wobei eine Aluminiumfluoridlösung erhalten moniumkryolith ausfällt. Durch einfache Metathese wird, die in diesem Zustand, ohne daß Kristallisation wird Ammoniumkryolith in das bekanntere und des unlöslichen Aluminiumfluorids einsetzt, etwa 40 brauchbare Natriumsalz umgewandelt. Die Reaktion 3 Stunden bleibt. Augenscheinlich könnten andere un- wird vorzugsweise bei erhöhten Temperaturen unterreine Aluminium-Eisen-Materialien für die vorliegen- halb des Siedepunktes der Reaktionsmischung, bei den Zwecke an Stelle von Bauxit als Rohstoff ver- etwa 93° C, durchgeführt, da Ammoniumkryolith und wendet werden. Es ist gleichermaßen augenscheinlich, Natriumkryolith in begrenztem Ausmaß in kaltem daß andere Fluor enhaltende Säuren, wie HF, zur 45 Wasser löslich sind. Die Reaktionsmischung soll eine Herstellung von Aluminiumfluorid verwendet werden genügend lange Zeit, allgemein etwa 30 bis 45 Mikönnten. nuten, stehengelassen werden, damit die Reaktion mitSolution filtered immediately, reacted with one another from the filter cake of free aqueous solution, with washing, whereby an aluminum fluoride solution obtained monium cryolite precipitates. By simple metathesis which in this state without crystallization becomes ammonium cryolite in the more familiar and of the insoluble aluminum fluoride, about 40 usable sodium salts are converted. The reaction 3 hours left. Obviously, other un- is preferably at elevated temperatures below pure aluminum-iron materials for the presence of the boiling point of the reaction mixture for the purpose instead of bauxite as raw material at about 93 ° C, because ammonium cryolite and be turned. It is equally evident to a limited extent in cold sodium cryolite that other fluorine-containing acids, such as HF, are soluble in water. The reaction mixture should be a Manufacture of aluminum fluoride could be used for a long enough time, generally about 30 to 45 microns. utes, to be left to allow the reaction with

Zur Herstellung von Kryolith unter Verwendung Sicherheit beendet wird. Danach wird die Lösung einer wäßrigen Aluminiumfluoridlösung als Grund- filtriert oder zentrifugiert und der künstliche Kryolith ausgangsmaterial hat man die Auswahl zwischen zwei 50 isoliert. Es wurde gefunden, daß Nebenreaktionen, die bekannten Alternativen. Nach dem einen möglichen Phosphor und Schwermetallverunreinigungen um-Verfahren kann das Aluminiumfluorid mit Natrium- fassen und die während der Reaktion vorkommen, von fluorid in Berührung gebracht werden und somit Na- den stöchiometrischen Verhältnissen, in denen die trium- und Fluorionen an die Reaktionsmischung Reaktionskomponenten vorliegen, -und dem Endabgegeben werden*. Nach dem anderen Verfahren kann 55 pH-Wert der Reaktionsmischung eng beeinflußt wer-AlF3 mit NH4F unter Bildung eines weißen Nieder- ' den. Gleichung II ist zu entnehmen, daß ein Mol Aluschlages, Ammoniumkryolith, umgesetzt werden und miniumfluorid mit 3 Mol Ammoniumfluorid unter danach die Reaktionsmischung mit einer Natrium Bildung von Ammoniumkryolith reagiert. Es wurde enthaltenden Verbindung, die befähigt ist, sich einer gefunden, daß die Phosphormenge in dem Endprodukt, einfachen Metathese mit Ammoniumkryolith zu unter- 60 angegeben als P2 O5, wesentlich geringer ist, wenn die werfen, behandelt werden, wobei sich Natrium- stöchiometrischen Verhältnisse leicht variiert werden, aluminiumfluorid bildet. Allgemeine Beispiele für Ver- d. b. wenn man 0,98 Mol Aluminiumfluorid auf 3 Mol bindungen, die sich für diese Zwecke eignen, sind Ammoniumfluorid anwendet. Die nachteilige Wirkung Natriumchlorid und Natriumcarbonat. Während es einer Spurenmenge unerwünschter Verunreinigung ist aus wirtschaftlichen Überlegungen vorzuziehen ist, 65 schon beschrieben worden. Es wurde auch gefunden, Kryolith über Ammoniumkryolith herzustellen, sind daß man durch Herabsetzen des pg-Wertes der Reakalle weiter obenerwähnten Lösungsreaktionen oder tionsmischung, um die O H-Ionenkonzentratian wähihre üblichen chemischen Äquivalente auf das vor- rend der gesamten Reaktionszeit auf einem Minimum liegende Verfahren anwendbar. Die Vorteile der vor- zu halten, einen Kryolith herstellen kann, der im liegenden Erfindung werden bei der Herstellung von 7° wesentlichen frei von Phosphor enthaltenden Verun-To make cryolite using security stops. Then the solution of an aqueous aluminum fluoride solution is filtered or centrifuged as the base and the artificial cryolite starting material has been isolated from a choice of two. It has been found that side reactions are the known alternatives. According to the one possible phosphorus and heavy metal impurities process, the aluminum fluoride can be brought into contact with sodium and those occurring during the reaction can be brought into contact by fluoride and thus the stoichiometric ratios in which the trium and fluorine ions in the reaction mixture reaction components are present , -and the final delivery *. According to the other method 55 may pH value of the reaction mixture closely influenced who-AlF 3 with NH 4 F to yield a white low 'the. Equation II shows that one mole of aluminum sludge, ammonium cryolite, is reacted and that minium fluoride reacts with 3 moles of ammonium fluoride, with the reaction mixture then reacting with sodium formation of ammonium cryolite. It has been found that containing a compound capable of being one that the amount of phosphorus in the end product, simple metathesis with ammonium cryolite to below 60 specified as P 2 O 5 , is significantly lower when the throw is treated, whereby sodium- stoichiometric ratios can be varied slightly, aluminum fluoride forms. General examples of Verdb when using 0.98 mol of aluminum fluoride per 3 mol of compounds that are suitable for this purpose are ammonium fluoride. The adverse effect of sodium chloride and sodium carbonate. While it is preferable to a trace amount of undesirable contamination for economic considerations, 65 has already been described. It has also been found that cryolite can be produced via ammonium cryolite by reducing the pg value of the reaction to the above-mentioned solution reactions or ionic mixture by reducing the O H ion concentration during their usual chemical equivalents to the process which is at a minimum prior to the entire reaction time applicable. The advantages of being able to produce a cryolite, which in the present invention are essentially free of phosphorus-containing contaminants in the production of 7 °

5 65 6

reinigungen ist. Es wird darauf hingewiesen, daß der Derartige Schwermetallphosphate stellen volumi-cleaning is. It should be noted that such heavy metal phosphates represent volumi-

End-pjj-Wert (vgl. Gleichung III und das Diagramm) nöse unorientierte kolloidale Niederschläge dar, die in in der Kryolithfällungsstufe unterhalb von etwa 2 bei Säure nur schwer löslich sind. Während sie durch dem bevorzugten Mol verhältnis von 1 AlF3 zu _ konzentrierte Schwefelsäure zersetzt werden können, 3NO4F, oder unterhalb von etwa 1 bei unkontrol- 5 ist eine solche Zersetzung in verdünnten wäßrigen lierten stöchiometrischen Bedingungen liegt. Mit dem Lösungen nicht einfach zu erhalten. Wenn die kom-Ausdruck etwa 2 soll ein pH-Wert von 2 ± 0,3 be- phexen Eisen-, Titan- oder Aluminiumphosphate einzeichnet werden, der der normalen Abweichung ent- mal gebildet sind, ist es beinahe unmöglich, sie wieder spricht, die bei Verwendung von Rohmaterialien, zu entfernen. Daher gibt man Säure zu der Reaktionsweiche größere oder geringere Mengen an Verunreini- 10 mischung, . um während der gesamten Zeit freie gungen enthalten, zu erwarten ist. Unter der Bezeich- Wasserstoffionen zu haben. Augenscheinlich besteht nung unkontrolliert soll die wahllose Zugabe von Al F3 der einfachste Weg, dieses Ziel zu erreichen, darin, zu NH4F in einem Mol verhältnis von nahezu 1:3 die Säure einer oder der anderen Reaktionskompoverstanden werden, und mit dem End-pH-Wert ist ein nenten vor der Fällung von Ammoniumkryolith zuzupH-Wert gemeint, der nach Zugabe aller Reaktions- 15 fügen. Setzt man daher der Ammoniumfluoridlösung teilnehmer, mit anderen Worten in der Mischung, in tatsächlich eine Säuremenge zu, die ausreichend ist, der Na3AlF6 gebildet wird, gemessen wird. um den pH-Wert der Lösung auf etwa 6 herabzusetzen,Final pjj value (cf. equation III and the diagram) represent nous, unoriented colloidal precipitates, which are only sparingly soluble in the cryolite precipitation stage below about 2 in the case of acid. While they can be decomposed by the preferred molar ratio of 1 AlF 3 to concentrated sulfuric acid, 3NO 4 F, or below about 1 when uncontrolled, such decomposition is in dilute aqueous lated stoichiometric conditions. Not easy to get with the solutions. When the COM-term is intended to about 2 a pH-value of 2 ± 0.3 sawn phexen iron, titanium or aluminum phosphates are inscribes, the normal deviation are formed corresponds times, it is almost impossible to speak again that when using raw materials, remove. Therefore, acid is added to the reaction switch, larger or smaller amounts of impurity mixture,. in order to contain vacancies during the entire period is to be expected. Under the designation to have hydrogen ions. Apparently, in an uncontrolled manner, the indiscriminate addition of Al F 3 is supposed to be the simplest way to achieve this goal, to understand the acid of one or the other reaction compound to NH 4 F in a molar ratio of almost 1: 3, and with the end- The p H value is a nenten before the precipitation of ammonium cryolite to the H value that is added after the addition of all reaction values. If, therefore, one adds to the ammonium fluoride solution participants, in other words in the mixture, an amount of acid which is actually sufficient for the Na 3 AlF 6 to be formed is measured. to the pH value of the solution be reduced to about 6,

Der nachfolgend angegebene Mechanismus, der bevor man sie mit Aluminiumfluorid mischt, so kann durch zusätzliche Nebenreaktionen weiter kompliziert eine Endreaktionsmischung gebildet werden, deren werden kann, dient dazu, diesen Punkt zu erläutern. 8α pH-Wert etwa 2 oder weniger beträgt. Dieser pH-Wert Phosphor liegt in den Ammoniunmuorid- und Alu- reicht aus, um die Bildung von Spurenmengen der miniumfluoridlösungen in Form von H3PO4 oder von schwer löslichen komplexen Phosphate unter Anwen-Phosphaten vor. In der sauren Aluminiumfluorid- dung der bevorzugten Methode der kontrollierten lösung liegt er wahrscheinlich in Form von H3 P O4 stöchiometrischen Verhältnisse zu verhindern. Starke vor, da in Anwesenheit von überschüssigen Wasser- 25 Mineralsäuren wie Salzsäure oder Schwefelsäure stoffionen eine Neigung besteht, die Ionisation zu eignen sich für diesen Zweck. Mit vergleichbaren unterdrücken (vgl. Gleichung IV): Säuremengen konnte der pg-Wert der A1F3-LösungThe mechanism given below, that before they are mixed with aluminum fluoride, a final reaction mixture can be formed in a further complicated manner by additional side reactions, serves to explain this point. 8 α p H value is about 2 or less. This pH value is in the phosphorus Ammoniunmuorid- and aluminum is sufficient to prevent the formation of trace amounts of miniumfluoridlösungen in the form of H 3 PO 4 or sparingly soluble complex phosphates, appli-phosphates before. In the acidic aluminum fluoride formation, the preferred method of controlled solution, it is probably in the form of H 3 PO 4 to prevent stoichiometric ratios. Strong, since in the presence of excess water mineral acids such as hydrochloric acid or sulfuric acid there is a tendency for ionization to be suitable for this purpose. With comparable suppression (cf. equation IV): The pg-value of the A1F 3 -solution could reduce the amount of acid

unterhalb von etwa 1 herabgesetzt werden, wenn esbelow about 1 if there is

H3 P O4 -> 3 H+ 4- P O4 (IV) wünschenswert sein sollte, .diese ReaktionskomponenteH 3 PO 4 -> 3 H + 4- PO 4 (IV) should be desirable, .this reaction component

30 an Stelle von NH4F vorzubehandeln.30 to be pretreated instead of NH 4 F.

Die Hauptmenge der Phosphorverunreinigung Weiteren Hinweisen auf die stöchiometrischen Verstammt aus der AluminiumfLuoridlösung, da das Aus- hältnisse der Reaktionsmischung ist zu entnehmen, gangsmaterial Bauxit oft sogar 2 bis 30AiT2O5 ent- daß es ratsam ist, die Ammoniumfluoridmenge im hält. Die Zugabe von überschüssigem Ammonium- Überschuß zu haben. Befindet sich Aluminiumfluorid fluorid, was der Anwesenheit einer geringen Menge 35 im Überschuß, so findet, die*in Gleichung IX dargefreiem Ammoniumfluorid in der Reaktionsmischung stellte Reaktion statt:The main amount of phosphorus impurity Further information on the stoichiometric origin of the aluminum fluoride solution, since the proportions of the reaction mixture can be seen, the basic material bauxite often even 2 to 3 0 AiT 2 O 5 so that it is advisable to keep the amount of ammonium fluoride in. To have the addition of excess ammonium excess. Is aluminum fluoride fluoride, which the presence of a small quantity 35 in excess, so is that * dargefreiem in Equation IX ammonium fluoride in the reaction mixture turned reaction takes place:

entspricht, verhindert die Bildung unlöslicher ter- λ,+++ ι ρ q AIPOl (IK) , prevents the formation of insoluble ter- λ, +++ ι ρ q AIPOl (IK)

tiärer Phosphate durch Bildung löslicher Komplexe 4 4^ ^ ' tiary phosphates by the formation of soluble complexes 4 4 ^ ^ '

mit Fe+++, TiO++ und anderen Schwermetallen, die Es wird kolloidales Aluminiumphosphat, das außerFe + ++, TiO + + and other heavy metals, which is colloidal aluminum phosphate except

sonst als Phosphate ausfallen und das Kryolith- 40 in konzentrierten Säuren praktisch unlöslich ist, auf p.rodukt verunreinigungen würden (vgl. Gleichungen V Grund dieser leichten Änderung der stöchiometrischenOtherwise it would precipitate as phosphates and the cryolite- 40 is practically insoluble in concentrated acids

und VI): Verhältnisse gebildet. Wenn die stöchiometrischenand VI): relationships formed. When the stoichiometric

pe+++ _|_g jqrjj +-(-gp-_>. Verhältnisse nicht kontrolliert werden, um diep e +++ _ | _g jqrjj + - (- gp-_ > . ratios are not controlled to the

4 τ? -p t £ TvTTT + nj\ Bildung dieses kolloidalen Materials zu unterdrücken, 4 τ? -pt £ TvTTT + nj \ to suppress formation of this colloidal material,

->.tfe.F6 - -T-OiNtI4 Ky) 45 muß der End-pn-Wert noch auf weniger als 1 einge-->. tfe.F 6 - -T-OiNtI 4 Ky) 45 the end pn value must still be set to less than 1

TiO++ + 2 H+ + 6 F- -> stellt werden, um es zu entfernen. Die Bildung diesesTiO ++ + 2 H + + 6 F- -> must be made to remove it. The formation of this

_>'j>£p l_jj Q /yj\ unerwünschten Aluminiumsalzes läßts ich auf Grund_ > 'j> £ p l_jj Q / yj \ I leave unwanted aluminum salt on the ground

62 der stöchiometrischen Verhältnisse nicht ganz voraus- 62 of the stoichiometric ratios are not entirely

Zunächst übt die Säure eine Pufferwirkung aus, sagen, da Pufferreaktionen vorhanden sein können, wodurch die Ionisation der H3 P O4 unterdrückt und 50 um die Reaktion zwischen Aluminium- und Phosphateine Neigung deutlich wird, die Mitfällung der ionen unschädlich zu machen. Es ist bekannt, daß bei Schwermetallphosphate mit der Doppelsalzfällung zu Zugabe von Hydroxy Honen zu Säurelösungen, die begrenzen. Dann reagiert überschüssiges NH4F vor- Phosphat- und Alkaliionen enthalten, eine sofortige zugsweise mit Schwermetallen unter Bildung löslicher Fällung tertiärer Phosphate verursacht wird. Eine · Komplexe, z. B. FeF6 -, TiF6 - --Komplexe, die in 55 solche Situation liegt vor, wenn eine leicht saure Alusauren Medien leicht gelöst werden können. Es ist be- miniumfluoridlösung zu einer basischen Aluminiumkannt, daß Phosphorsäure mit Schwermetallen wie ELuoridlösung zugeführt wird, die ihrer Natur nach Eisen, nach Gleichung VII reagiert. Das außerordent- etwas Ammoniumhydroxyd enthält. Alle tertiären Hch unlösliche Eisenphosphat und seine stark gefärbte : Schwermetallphosphate sind Wasser gegenüber stabil, isomere Form stellen die Endprodukte dar. go Diejenigen, die mehr komplexer Natur sind, insbeFirst, the acid exerts a buffering effect, say, since buffer response may be present, whereby the ionisation of H suppressed 3 PO 4 and 50 will be substantially by the reaction between aluminum and phosphate An inclination to make the co-precipitation of the ion harmless. It is known that with heavy metal phosphates with the double salt precipitation to the addition of hydroxy honing to acid solutions that limit. Excess NH 4 F then reacts, containing phosphate and alkali ions, causing immediate, preferably heavy metals, with the formation of soluble precipitates of tertiary phosphates. A complex, e.g. B. FeF 6 -, TiF 6 - - complexes, which in 55 such a situation exists when a slightly acidic aluminum acid media can be easily dissolved. In addition to a basic aluminum, it is known that phosphoric acid is added to heavy metals such as eluoride solution, which by its nature reacts to iron, according to equation VII. That contains an extraordinary amount of ammonium hydroxide. All tertiary Hch insoluble iron phosphate and its strongly colored : Heavy metal phosphates are stable towards water, isomeric form represent the end products. Go Those that are more complex in nature, esp

sondere die von Eisen, sind selbst in sauren LösungenIron, especially those of iron, are even in acidic solutions

4Fe 4-12 H+ + 4PO4 -^ stabil und müssen, um gelöst zu werden, mit starken4Fe 4-12 H + + 4PO 4 - ^ stable and must, in order to be solved, with strong

-^ 2 Fe P O4I + Fe [Fe (P O4) 2]| + 12 H+ (VII) konzentrierten S äuren behandelt werden. Wenn ein- ^ 2 Fe PO 4 I + Fe [Fe (PO 4 ) 2 ] | + 12 H + (VII) concentrated acids. When a

mal ein komplexes Schwermetallphosphat ausgefälltsometimes a complex heavy metal phosphate precipitated

Die Hydrolyse dieser letzteren Verbindung ergibt 65' wird, besteht eine Tendenz, daß es von dem Kryolithein komplexes Molekül, das vermutlich die Struktur niederschlag absorbiert wird. Daher müssen Wasserdes Produkts der Gleichung VIII hat. stoffionen während der ganzen Reaktionszeit in derHydrolysis of this latter compound yields 65 ', there is a tendency for it to be removed from the cryolite complex molecule that is believed to be absorbed by the precipitate structure. Therefore water des Product of equation VIII. Substance ions during the entire reaction time in the

Mischung im Überschuß vorliegen, um jegliche nach-Mixture in excess, in order to avoid any post-

Fe[Fe(PO4)2] + 8HÖH-» teilige Wirkung der Hydroxylionen zu unterdrücken.Fe [Fe (PO 4 ) 2 ] + 8HÖH- »partial effect of the hydroxyl ions to be suppressed.

->■ Fe(OH)3 · H3[Fe(PO4)2I- S H2O (VIII) 70 Wenn die Reaktion erst einmal stattfinden kann, hat-> ■ Fe (OH) 3 · H 3 [Fe (PO 4 ) 2 I- SH 2 O (VIII) 70 Once the reaction can take place, has

die nachfolgende Zugabe irgendeiner Menge Säure keine nachweisliche Wirkung auf die Verringerung der Menge an Verunreinigungen, die in dem Kryolith verbleibt. Die Menge an Spurenverunreinigungen in dem Kryolith, die von unkontrollierten Reaktionen in neutralen oder leicht sauren wäßrigen Lösungen stammt, beträgt zwischen 0,25 und 0,30 fl/o. Der vorangegangenen Diskussion ist zu entnehmen, daß bei einem solchen Phosphorgehalt ein 25 bis 5O°/oiger Verlust an Stromwirksamkeit beobachtet wurde, wenn der Kryolith dazu benutzt wurde, um einen Aluminiumtrog in Gang zu setzen.subsequent addition of any amount of acid has no demonstrable effect on reducing the amount of contaminants that remain in the cryolite. The amount of trace impurities in the cryolite resulting from uncontrolled reactions in neutral or slightly acidic aqueous solutions is between 0.25 and 0.30 fl / o. From the foregoing discussion it can be seen that at such a phosphorus level, a 25 to 50% loss in current efficiency was observed when the cryolite was used to start an aluminum trough.

In Kurve 1 des Diagramms ist die Wirkung des End-pH-Wertes der Kryolithfällung auf die Phosphormenge (angegeben als P2O5) in dem Kryolithprodukt für eine Reaktionsmischung angegeben, die reich an AlF3 ist. Es wurde beobachtet, daß unter diesen Bedingungen der pH-Wert auf etwa 1 oder noch weniger eingestellt werden muß, wenn man ein Produkt erhalten will, das weniger als etwa 0,05% P2O5 hat. Ein derartiges Produkt ist von fraglichem Nutzen für die Herstellung von Aluminium durch Schmelzflußelektrolyse. Kurve 2 zeigt die P2O5-Menge in dem Endprodukt, wenn die Reaktionsmischung reich an NH4F war. Interessanterweise wird unter diesen Bedingungen bei einem p^Wert von etwa 2 oder weniger ein Produkt erhalten, das weniger als 0,03 °/o P2O5 aufweist. Ein derartiges Produkt ist dem natürlichen Kryolith bei der Verwendung in der Aluminiumreduktion vergleichbar.In curve 1 of the diagram the effect is (expressed as P 2 O 5) of the final p H -value of Kryolithfällung on the amount of phosphorus in the specified Kryolithprodukt for a reaction mixture which is rich in AlF. 3 It has been observed that must be set under these conditions the pH value to about 1 or even less, if one wants to obtain a product containing less than about 0.05% P 2 O 5 has. Such a product is of questionable use for the production of aluminum by fused-salt electrolysis. Curve 2 shows the amount of P 2 O 5 in the final product when the reaction mixture was rich in NH 4 F. Interestingly, under these conditions, with a p 1 of about 2 or less, a product is obtained which has less than 0.03% P 2 O 5 . Such a product is comparable to natural cryolite when used in aluminum reduction.

Es ist festgestellt worden, daß Natriumfluorid an Stelle von NH4F (vgl. Gleichung X) verwendet werden kann.It has been found that sodium fluoride can be used in place of NH 4 F (see Equation X).

AlF3 + 3 NaF -> Na3 AlF6 AlF 3 + 3 NaF -> Na 3 AlF 6

(X)(X)

3535

Verwendet man NaF in saurem Medium in leichtem Überschuß, findet die Reaktion der Gleichung XI statt:If NaF is used in a slight excess in an acidic medium, the reaction of equation XI is found instead of:

Fe+++ + 6 Na+ + 6 F- -> FeF6" - - + 6 Na+ (XI)Fe +++ + 6 Na + + 6 F- -> FeF 6 "- - + 6 Na + (XI)

4040

Überlegungen bezüglich des pH-Wertes und der stöchiometrischen Verhältnisse, wie sie weiter oben mit Bezug auf AlFj-NH^F-Na+'Reaktionsmischungen beschrieben worden sind, lassen sich gleichermaßen anwenden, wenn NaF als Reaktionskomponente verwendet worden ist.Considerations with respect to the p H -value and the stoichiometric ratios, as has been described above with reference to AlFj-NH ^ F-Na + 'reaction mixtures, apply equally when NaF is used as the reaction component.

Wenn sich der Doppelsalzniederschlag unter kontrollierten stöchiometrischen Verhältnissen gebildet hat, vorzugsweise bei einem pH-Wert von etwa 2 oder weniger, läßt man die Reaktionsmischung bei einer Temperatur von etwa 93° C für etwa 1Zt bis 3A Stunden stehen, um eine Beendigung der Reaktion zu gewährleisten. Wenn der anfängliche Niederschlag aus Amtnoniumkryolith besteht, wird Natriumchlorid oder eine vergleichbare, Natriumionen liefernde Verbindung der Reaktionsmischung zugesetzt, bevor man sie stehenläßt. Danach werden die f einteiligen Kryolithkristalle abfiltriert oder von der Mutterlauge abzentrif ugiert und in bekannter Weise getrocknet und calciniert. Es ist hierbei allgemeine Praxis, die Kryolithkristalle bei niedriger Temperatur, vorzugsweisebei etwa 120° C, entweder in einem Ofentrockner oder in einem Rotationstrockner vor der Calcinierung vorzutrocknen. Das Material wird bei etwa 594 bis 650° C calciniert, um darin enthaltene, gebundene Feuchtigkeit zu entfernen, die für die Aluminiumreduktion als unerwünscht betrachtet wird. Während die Trocken- und Calcinierungsstufen des Kryolithverfahrens bekannt sind, kann nach der Calcinierung ein interessanter und insgesamt zweckmäßiger Effekt des erfindungsgemäßen Verfahrens beobachtet werden. Der nach den üblichen Methoden der Lösungsmittelchemie hergestellte Kryolith weist rötliche Färbung auf, wenn die stöchiometrischen Verhältnisse derart waren, daß Aluminiumfluorid in leichtem Überschuß vorlag. Diese Färbung geht unmittelbar auf die Bildung komplexer Salze von in Spuren vorliegender Verunreinigungen zurück, z.B. auf das isomere Phosphat Fe [Fe(P O4) 2]. Es wurde beobachtet, daß Kryolith, der dieselbe Menge an* Spurenverunreinigungen enthält, je nach den stöchiometrischen Verhältnissen und dem pH-Wert der Fällungsstufe weiß oder rot erscheinen kann. Es· ist augenscheinlich, daß vom Standpunkt der Spurenverunreinigungen die Farbe des Produktes von geringer Bedeutung ist.When the double salt precipitate is formed under controlled stoichiometric proportions, at a pH value of about 2 or less, is allowed to the reaction mixture at a temperature of about 93 ° C for about 1 Zt to 3 A hours are preferably to an end of the Ensure response. If the initial precipitate consists of amonium cryolite, sodium chloride or a comparable compound which provides sodium ions is added to the reaction mixture before it is allowed to stand. The one-part cryolite crystals are then filtered off or centrifuged off from the mother liquor and dried and calcined in a known manner. It is common practice to pre-dry the cryolite crystals at low temperature, preferably around 120 ° C, either in an oven dryer or in a rotary dryer prior to calcination. The material is calcined at about 594 to 650 ° C to remove bound moisture contained therein, which is considered undesirable for aluminum reduction. While the drying and calcination stages of the cryolite process are known, an interesting and overall useful effect of the process according to the invention can be observed after the calcination. The cryolite produced by the usual methods of solvent chemistry has a reddish color when the stoichiometric ratios were such that aluminum fluoride was present in a slight excess. This color is directly due to the formation of complex salts from impurities present in traces, for example the isomeric phosphate Fe [Fe (PO 4 ) 2 ]. It has been observed that cryolite, the same amount of * contains trace impurities, according to the stoichiometric ratios and the pH value of the precipitation stage knows, or can appear red. It is evident that from the standpoint of trace impurities, the color of the product is of little importance.

Ein allgemeiner Vergleich der im Handel erhältlichen für die Reduktion geeigneten Kryolithe scheint hier zweckmäßig zu sein. In Tabelle 1 sind die Daten der chemischen Analyse für Kryolith, der nach dem Verfahren der Erfindung, für künstlichen Kryolith, der aus praktisch phosphatfreien Materialien für Reduktionszwecke, für künstlichen Kryolith, der aus unreinen Materialien nach den vorbekannten Verfahren ohne Ansäuern oder Kontrolle der stöchiometrischen Verhältnisse hergestellt worden ist, sowie für natürlichen Kryolith zusammengestellt.A general comparison of the commercially available cryolites suitable for reduction appears to be functional here. Table 1 shows the chemical analysis data for cryolite produced after Method of the invention for artificial cryolite made from practically phosphate-free materials for reduction purposes for artificial cryolite, which is made from impure materials according to the previously known method without acidification or control of the stoichiometric ratios, as well as for natural ones Cryolite compiled.

Tabelle Analysen typischer KryolitheTable of analyzes of typical cryolites

Bestandteilcomponent

Prozentuale ZusammensetzungPercentage composition

Kryolith
nach "Verfahren
der Erfindung
Cryolite
according to "procedure
the invention

Natürlicher
Kryolith
More natural
Cryolite

PraktischPractically

phosphatfreierphosphate-free

KryolithCryolite

KryolithCryolite

nachafter

vorbekannten
Verfahren
previously known
procedure

Na...N / A...

Al ...Al ...

P2O5 P 2 O 5

Fe2O3 Fe 2 O 3

TiO2.TiO 2 .

SiO2.SiO 2 .

52,48
33,18
12,91
0,03
0,021
0,038
0,26
52.48
33.18
12.91
0.03
0.021
0.038
0.26

53,25
30,33
12,68
0,03
0,023
0,001
0,21
53.25
30.33
12.68
0.03
0.023
0.001
0.21

49,00
29,85
12,80
0,034
0,056
49.00
29.85
12.80
0.034
0.056

1,401.40

52,3152.31

32,0932.09

12,8012.80

0,250.25

0,0860.086

0,520.52

9 109 10

Tabelle 1 ist zu entnehmen, daß das gemäß Erfin- Reaktionsmischung enthielt daher ein AlF3: NH4F-dung erhaltene Produkt mit dem gereinigten natür- Molverhältnis von 1,02 :3. Der End-pH-Wert der liehen Material und einem künstlichen Produkt, das Mischung nach Kochsalzzusatz betrug 1,2 und der auf kostspieligem Wege, wobei phosphatfreie Mate- P2 O5-Gehalt des Materials 0,05, was eine beträchtliche rialien benötigt werden, hergestellt worden ist, kon- 5 Zunahme dieser Verunreinigung gegenüber dem Prokurrieren kann. - dukt des im Beispiel I beschriebenen Verfahrens an-It can be seen from Table 1 that the product obtained according to the invention reaction mixture therefore contained an AlF 3 : NH 4 F compound with the purified natural molar ratio of 1.02: 3. The final pH value was the borrowed material and an artificial product mixture by addition of sodium chloride 1.2 and on costly paths, phosphate-free Mate P 2 O 5 content of the material 0.05, which requires a considerable rials has been produced, an increase in this contamination can compete with the competition. - product of the process described in example I

Beispiel I zeigte, nach welchem die Reaktionsmischung reich anExample I showed after which the reaction mixture is rich

NH4F war.NH 4 F was.

Ein Bauxit, der die in Tabelle 2 angegebene Zu- Beisoiel IIIA bauxite which has the addition shown in Table 2 to Beisoiel III

sammensetzung aufweist, wurde für die Herstellung iohas composition, was for the production io

einer Aluminiumfluoridlösung verwendet. Das im Beispiel II beschriebene Verfahren wurdean aluminum fluoride solution is used. The procedure described in Example II was followed

im wesentlichen wiederholt unter Verwendung einer Reaktionsmischung, die einen leichten stöchiometri-essentially repeated using a reaction mixture that has a slight stoichiometric

laDene / sehen Überschuß an AlF3 gegenüber der vorhandenenload / see excess of AlF 3 compared to the existing

Bauxit Rohmaterial 15 Menge an NH4F aufwies. Der End-pjj-Wert derBauxite raw material had 15 amount of NH 4 F. The ending pjj value of the

Zusammensetzung Mischung betrug 1,6, und das Kryolithprodukt ent-Composition mixture was 1.6, and the cryolite product

Al2O3 59,87»/» hielt 0,05% P2O3.Al 2 O 3 59.87 »/» held 0.05% P 2 O 3 .

SiO2 8,67% Beispiel IVSiO 2 8.67% Example IV

Fe2O3 0,33%Fe 2 O 3 0.33%

Τ; ο 1,30% ao Das im Beispiel I beschriebene Verfahren wurde imΤ; ο 1.30% ao The procedure described in Example I was carried out in

ρ ο 2,90% wesentlichen wiederholt unter Verwendung einerρ ο 2.90% substantially repeated using one

Lösung, die überschüssiges Atnmoniumfluorid (etwa 0,98:3) gegenüber der vorhandenen Aluminium-Solution containing excess ammonium fluoride (about 0.98: 3) compared to the existing aluminum

753 g dieses Materials wurden mit 2,714 g H2SiF6, fluoridmenge aufwies. 130 ecm konzentrierte SaIzdie 16,21 Gewichtsprozent F enthielten, 40 Minuten 25 säure führte man dem NH4F zu, bevor man es der lang bei einer Durchschnittstemperatur von 70° C in Lösung zusetzte. Der End-pH-Wert der Reaktions-Berührung gebracht. Nach Beendigung der Reaktions- mischung betrug 3,6, und das erhaltene Kryolithzeit wurde der Schlamm sofort filtriert und der Filter- produkt wies einen P2O5-Gehalt von 0,10 auf. Es kuchen mit 3 1 Wasser gewaschen. Die dabei erhaltene wurde festgestellt, daß selbst bei Anwendung der verLösung, die, abgesehen von kolloidalen Teilchen, die 30 besserten Technik der stöchiometrischen Kontrolle das in Spuren vorhanden waren, klar war, wog 5,637 g so erhaltene Produkt für Aluminiumreduktionszwecke und enthielt 11,55"/O Aluminiumfluorid. unannehmbar war. (Vergleiche Tabelle 3 weiter unten,753 g of this material were exhibited with 2.714 g of H 2 SiF 6 , fluoride. 130 ecm of concentrated salts containing 16.21 percent by weight F, acid was added to the NH 4 F for 40 minutes before it was added to the solution for a long time at an average temperature of 70 ° C. The final pH value of the reaction brought contact. After completion of the reaction mixture was 3.6, and the resulting cryolite time, the sludge was filtered immediately and the filter product had a P 2 O 5 content of 0.10. It cake washed with 3 liters of water. The result obtained was found that even using the solution which, apart from colloidal particles, the improved technique of stoichiometric control that were present in traces, was clear, weighed 5.637 g for aluminum reduction purposes and contained 11.55 " / O aluminum fluoride. Was unacceptable (compare Table 3 below,

Gleichzeitig mit der Aluminiumfluoridherstellung in welcher der End-Hp-Wert einer an AlF3 reichen wurden 2,714 g H2 SiF6 (16,7% F-Gehalt) mit 1,508 g Mischung [1,04:3] 2,7 und der P2O5-Gehalt des einer NH4OΗ-Lösung, die 28% Ammoniak enthielt, 35 Produkts 0,17 betrug.) umgesetzt, die Reaktionsmischung 30 Minuten unterSimultaneously with the aluminum fluoride production, in which the final H p-value is one of AlF 3 , 2.714 g H 2 SiF 6 (16.7% F content) with 1.508 g mixture [1.04: 3] 2.7 and the P 2 O 5 content of an NH 4 OΗ solution containing 28% ammonia, 35 product was 0.17.) Reacted, the reaction mixture under 30 minutes

geschlossenen Bedingungen bei Aufrechterhaltung Beispiel Vclosed conditions while maintaining Example V

eines pjj-Wertes von etwa 8,9 aufgeschlämmt und ausa pjj value of about 8.9 and off

der dabei erhaltenen Ammoniumfluoridlösung das Das Verfahren von Beispiel I wurde wiederholt,the ammonium fluoride solution thus obtained. The procedure of Example I was repeated,

Siliciumdioxyd abfiltriert und der Filterkuchen mit 40 wobei eine unreine hydratisierte Tonerde verwendet 3 1 Wasser gewaschen. Man erhielt 6,148 g Lösung wurde, die im Handel als Fällungsprodukt bekannt mit 13,4% Ammoniumfluorid. Hierzu fügte' man ist. Identische Mengen der Reaktionsteilnehmer 100 ecm konz. Schwefelsäure, um den pH-Wert von wurden verwendet mit der Ausnahme, daß die Reak-8,9 auf 6,1 zu reduzieren. Das .Ammoniumfluorid tionsmischung durch Zusatz von 100 ecm H Cl zu dem wurde mit dem gleichzeitig hergestellten Aluminium- 45 Ammoniumfluorid vor der Vermischung der Amfluorid vermischt, wobei sich Ammoniumkryolith tnonium- mit der Aluminiumfluoridlösung auf einen bildete, den man etwa 10 Minuten stehenließ. End-pH-Wert von 4,9 angesäuert wurde. Das AIu-Das AlF3 : NH4 F-Molverhältnis in der erhaltenen miniumfluorid-Ammoniumfluorid-Molverhältnis betrug Mischung betrug 0,98 :3. Dazu wurden 7090 g einer 0,98:3 und der P2O5-Gehalt des Produkts 0,15%. 18,18%igen NaCl-Lösung hinzugefügt, wobei sich 50The silica is filtered off and the filter cake is washed with 3 liters of water, using an impure hydrated clay. 6.148 g of solution were obtained, which was known in the trade as a precipitation product with 13.4% ammonium fluoride. To this he added 'one is. Identical amounts of the reactants 100 ecm conc. Sulfuric acid to the pH value of were used with the exception that the reac-8,9 to reduce to 6.1. The ammonium fluoride mixture by adding 100 ecm H Cl to the was mixed with the aluminum ammonium fluoride produced at the same time before mixing the amfluoride, ammonium cryolite tnonium with the aluminum fluoride solution being formed which was left to stand for about 10 minutes. Final pH value was acidified by 4.9. The Alu-Das AlF 3 : NH 4 F molar ratio in the resulting minium fluoride-ammonium fluoride molar ratio was 0.98: 3. For this purpose, 7090 g of a 0.98: 3 and the P 2 O 5 content of the product 0.15%. 18.18% NaCl solution added, whereby 50

Natrium-Aluminiumfluorid bildet. Der End-pn-Wert Beispiel VIForms sodium aluminum fluoride. The final pn value Example VI

der Kryolithmischung betrug 2,0. Diese Mischungthe cryolite mixture was 2.0. This mixture

ließ man etwa 45 Minuten stehen, danach wurden die Das Verfahren von Beispiel V wurde wiederholt,allowed to stand for about 45 minutes, after which the procedure of Example V was repeated,

Kryolithkristalle abfiltriert und mit 31 Wasser von wobei der Zusatz von HCl ausgelassen wurde. Der Verunreinigungen freigewaschen. Das abfiltrierte 55 End-pH-Wert der Reaktionsmischung betrug 7,9 und Material trocknete man bei 122° C im Ofen und calci- der erhaltene P2O5-Gehalt 0,25.Cryolite crystals were filtered off and treated with 31 water from the addition of HCl being omitted. Washed free of impurities. The filtered 55 End-pH value of the reaction mixture was 7.9, and material was dried at 122 ° C in the furnace, and the obtained P 2 O 5 content calcium 0.25.

nierte es etwa 1 Stunde lang bei 626° C in einem In den vorangegangenen Beispielen ist es beMuffelofen. Die Analyse ergab für die Schwermetall- merkenswert, daß der Kryolith, der aus Reaktionsund Phosphatverunreinigungen des Kryolithprodukts mischungen erhalten wurde, die einen leichten Amfolgende Werte: Fe2O3 :0,023%; TiO2 :0,058%; 60 moniumfluoridüberschuß gegenüber dem vorhandenen P2O5 :0,02%. Aluminiumfluorid aufwiesen, weiß oder nahezu weißeIn the previous examples it is a muffle furnace. For the heavy metals, the analysis showed that the cryolite, which was obtained from mixtures of reaction and phosphate impurities in the cryolite product, had the following values: Fe 2 O 3 : 0.023%; TiO 2 : 0.058%; 60 excess of monium fluoride over the P 2 O 5 present : 0.02%. Aluminum fluoride, white or nearly white

Farbe hatte, dagegen. Produkte aus Lösungen mit Beispiel II überschüssigem Aluminiumfluorid lederfarben bisHad color against it. Products made from solutions with Example II excess aluminum fluoride buff up to

dunkelrot waren.were dark red.

Es wurde im wesentlichen wie im Beispiel I ver- 65It was essentially as in Example I 65

fahren und 5,479 g einer Ammoniumfluoridlösung mit B ei spiel VIIdrive and 5.479 g of an ammonium fluoride solution with example VII

14,45%> NH4F auf einen pH-Wert von etwa 6,1 mit14.45%> NH 4 F at a pH value of about 6.1 with

ecm Schwefelsäure angesäuert. Diese Lösung In Tabelle 3 sind weitere Untersuchungen (einigeecm acidified sulfuric acid. This solution I n Table 3 further investigations (some

brachte man mit 5,312 g einer Aluminiumfluoridlösung wurden für die Kurven des Diagramms verwendet) mit 11,9% AlF3 in Berührung. Die angesäuerte 70 zusammengestellt.was brought into contact with 5.312 g of an aluminum fluoride solution (used for the curves in the diagram) with 11.9% AlF 3. The acidified 70 put together.

Tabelle 3Table 3

Beziehung von pH-Wert und stöchiometrischenRelationship of pH value and stoichiometric

Verhältnissen zu Farbe und Reinheit des künstlichenRelationships to color and purity of the artificial

KryolithsCryolite

End-
PH-Wert
der
Kryolith-
Mischung
end
PH value
the
Cryolite
mixture
AlF3:
NH4F-
MoI-
Verhältnis
AlF 3 :
NH 4 F-
MoI-
relationship
Farbe
des Produktes
colour
of the product
fl/oFe fl / oFe °/oP205 ° / oP 2 0 5
2,22.2 1,04:31.04: 3 Hell-lederfarbenLight leather color 0,0180.018 0,0740.074 2,72.7 1,04:31.04: 3 LederfarbenLeather colors 0,0280.028 0,170.17 4,04.0 1,04:31.04: 3 LederfarbenLeather colors 0,0360.036 0,250.25 5,75.7 1,04:31.04: 3 RötlichReddish 0,030.03 0,300.30 5,45.4 0,83 :30.83: 3 RötlichReddish 0,0480.048 0,280.28 2,92.9 0,83 :30.83: 3 Hell-lederfarbenLight leather color 0,0260.026 0,0860.086 1,91.9 0,83 :30.83: 3 Hell-lederfarbenLight leather color 0,0280.028 0,050.05 8,18.1 0,77 :30.77: 3 WeißWhite 0,0500.050 0,260.26 6,76.7 0,77 :30.77: 3 WeißWhite 0,0460.046 0,250.25 3,93.9 0,77 :30.77: 3 WeißWhite 0,0450.045 0,170.17

1010

Hiermit ist gezeigt, daß das Verfahren eine wesentliche Verbesserung gegenüber den vorbekannten Methoden zur Herstellung von synthetischem Kryolith aus unreinen Rohmaterialien aufweist. Erstmalig wird aus solchen Rohmaterialien ein Produkt zugänglich gemacht, das mit natürlichen oder künst1 liehen Produkten aus Reaktionsteilnehmers, die keine Verunreinigungen aufweisen, konkurrieren kann. Unter Anwendung der bevorzugten Maßnahmen der Erfindung, die sowohl die Kontrolle des pH-Wertes als auch die stöchiometrischen Verhältnisse umfassen, kann ein im wesentlichen weißer, von Verunreinigungen freier Kryolith aus Reaktionsmischungen hergestellt werden, deren pH-Wert unterhalb von etwa 2 liegt. Eine solche Technik ist augenscheinlich dem Ansäuern der Reaktionsmischung auf einen End-pg-Wert unterhalb von etwa 1 überlegen, da damit eine bedeutende Einsparung an Rohmaterialien mit einer Herabsetzung eines schweren Korrosionsproblems verbunden ist. Lösungen, die Cl--, F"-, SO4"--, H+- und Na+-Ionen enthalten, nehmen bezüglich ihrer Korrosion in dem Maße wie die H-Ionenkonzentration zu. Bei Herabsetzung des Pn-Wertes von 2 auf 1 wird dieses Problem akut, und man muß spezielle, kostspielige Legierungen, die wiederstandsfähig gegenüber Säure sind, als Materialien für die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens verwenden.This shows that the process has a substantial improvement over the previously known methods for producing synthetic cryolite from impure raw materials. The first time a product is made available from such raw materials have the loan with natural or artificially 1 products from reactant that no impurities can compete. Using the preferred measures of the invention, both the control of the p H -value also comprise as the stoichiometric ratios, a white substantially free of impurities are produced cryolite from reaction mixtures whose pH value is below about. 2 Such a technique is apparently superior to acidifying the reaction mixture to a final pg below about 1, since it provides a significant saving in raw materials with a reduction in a severe corrosion problem. Solutions which contain Cl--, F "-, SO 4 " -, H + - and Na + ions increase with regard to their corrosion to the same extent as the H ion concentration. When the P n value is reduced from 2 to 1, this problem becomes acute and one has to use special, expensive alloys which are resistant to acid as materials for the apparatus for carrying out the process.

Claims (6)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Verfahren zur Herstellung von synthetischem Kryolith durch Umsetzung von Aluminiumfluorid mit Natrium- und Fluorionen liefernden Verbindungen in wäßrigen Losungen, in denen als Verunreinigungen Phosphorverbindungen enthalten sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Natrium- und Fluorionen liefernden Verbindungen mindestens in der für die Umsetzung mit Aluminiumfluorid benötigten stöchiometrischen Menge, vorzugsweise in größerer Menge, angewendet werden, während der Kryolithfällung der pH-Wert in der Reaktionsmischung mit Mineralsäure unterhalb von etwa 2 gehalten und das ausgefallene Kryolith isoliert wird.1. A process for the production of synthetic cryolite by reacting aluminum fluoride with sodium and fluorine ion supplying compounds in aqueous solutions which contain phosphorus compounds as impurities, characterized in that the sodium and fluorine ion supplying compounds at least in that for the reaction with aluminum fluoride required stoichiometric amount, are preferably used in a larger amount during the Kryolithfällung the pH value in the reaction mixture with mineral acid below about 2 is maintained, and the precipitated cryolite is isolated. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Verbindungen, die Natrium- und Fluorionen liefern, Natriumfluorid oder Ammoniumfluorid in Kombination mit Natriumchlorid oder Natriumcarbonat verwendet wird.2. The method according to claim 1, characterized in that that as compounds that deliver sodium and fluorine ions, sodium fluoride or ammonium fluoride used in combination with sodium chloride or sodium carbonate. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungen, die Natrium- und Fluorionen liefern, vor der Vermischung mit Aluminiumfluorid mit einer starken Mineralsäure vorbehandelt werden.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the compounds containing sodium and provide fluorine ions, prior to mixing with aluminum fluoride with a strong Mineral acid are pretreated. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionsmischung nach der Kryolithfällung eine kurze Zeit bei höherer Temperatur stehengelassen und danach der Kryolith abgetrennt, getrocknet und calciniert wird.4. The method according to claim 1 to 3, characterized in that the reaction mixture according to the cryolite precipitation for a short time at a higher temperature and then the Cryolite is separated, dried and calcined. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung etwa 30 bis 45 Minuten bei einer Temperatur unterhalb des Siedepunktes der Reaktionsmischung stehengelassen wird.5. The method according to claim 4, characterized in that the solution takes about 30 to 45 minutes is allowed to stand at a temperature below the boiling point of the reaction mixture. 6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ammoniumfluorid mit einer stärken Mineralsäure vorbehandelt wird, bevor man es mit der Aluminiumnuoridlösung in Berührung bringt, und danach Natriumchlorid oder Natriumcarbonat zu der erhaltenen Mischung zugefügt wird.6. The method according to claim 2, characterized in that the ammonium fluoride with a strengthen mineral acid is pretreated before it comes into contact with the aluminum nitride solution brings, and then added sodium chloride or sodium carbonate to the resulting mixture will. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings © 009 589/383 8.60 © 009 589/383 8.60
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