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Verfahren zur Herstellung von Aluminiumoxyd Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Herstellung von Aluminiumoxyd aus Tonerdemineralien, das darauf
beruht, daß das in den Mineralien enthaltene Aluminiumoxyd mit Calciumoxyd in eine
Schlacke übergeführt wird, die im wesentlichen vom Typ des Calciumhexaaluminats
(Ca0 ' 6A1203) ist und aus der das Aluminiumoxyd gewonnen wird.
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Es ist an sich bekannt, Tonerdemineralien mit Kalk aufzuschließen.
Diese Kalkaufschlußverfahren wurden für kieselsäurereichere aluminiumhaltige Rohstoffe
entwickelt, die nach dem klassischen Bayer-Verfahren nicht oder nur schlecht auf
Aluminiumoxyd verarbeitet werden können. Als obere Grenze der für das Bayer-Verfahren
noch zulässigen Kieselsäuregehalte werden 7, auch 5 Gewichtsprozent angegeben.
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Diese zum Stand der Technik gehörenden Verfahren fußen im wesentlichen
auf dem Rankindiagramm für das Drei-Stoff-System Si02 A1,0.- Ca0, gemäß dem die
Zugabe entsprechend bemessener Mengen Calciumoxyd im Sinter- oder Schmelzprozeß
in Gegenwart oder in Abwesenheit reduzierender Stoffe bei älteren Verfahren auf
die Bildung einer Schlacke vom Typ des Monocalciumaluminats (Ca0 A1203) und des
Pentacalciumtrialuminats (5 Ca0 3 A1.,03) bzw. bei einem jüngeren Verfahren auf
die Bildung einer Schlacke vom Typ des Tricalciumpentaaluminats - (3 Ca0 -
5 A1203) und Monocalciumdialuminats (Ca0 - 2A1,03) abgestellt wurde. Die
Bildung dieser Calciumaluminatschlacken fordert bei den älteren Verfahren unter
Anwendung von Temperaturen von etwa 1400 bis 1800° C ein Gewichtsverhältnis von
A1203 : Ca0 im Mittel unter 1,5: 1, bei dem jüngeren bei Temperaturen von
1600 bis 2100° C ein solches Verhältnis von 2,45 bis 3,65: 1. Somit weist
selbst noch bei dem jüngeren Verfahren die Calciumaluminatschlacke recht hohe, den
Prozeß belastende Kalkgehalte auf. Die Calciumaluminate dieser Schlacken werden
mit verdünnter Sololösung bzw. Natronlauge in bekannter Weise zu löslichem Natriumaluminat
umgesetzt, aus diesen Lösungen Aluminiumhydroxyd ausgefällt und daraus Aluminiumoxyd
durch Calcinieren gewonnen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Aluminiumoxyd aus
Tonerdemineralien durch Umsetzung mit Calciumoxyd in Gegenwart reduzierender Stoffe
bei Temperaturen des. Sinter- oder Schmelzprozesses ist dadurch gekennzeichnet,
daß den Mineralien Calciumoxyd im Gewichtsverhältnis A1203: Ca0 = 4,1 bis
8,1: 1, vorzugsweise 6,1 bis 8,1:1, zugesetzt, dieses Gemisch auf 1550 bis
2000° C, vorzugsweise 1700 bis 1950° C, erhitzt und aus der gebildeten Monocalciumhexaaluminatschlacke
das A1203 auf saurem oder bekanntem alkalischem Wege gewonnen wird. An Stelle von
Calciumaxyd kann selbstverständlich auch Kalkstein (CaC03) in entsprechender Menge
zugegeben werden. Die Reduktion der oxydischen Beimengungen FeZ03, SiO2 und TiOZ
führt zur Bildung eines Ti-haltigen Ferrosiliciums.
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Im Gegensatz zu den zum Stand der Technik gehörenden Verfahren bietet
das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, daß durch technische Nutzbarmachung
dieses erst in jüngerer Zeit von F i 1 o -n e n k o und L a v r o y entdeckten Calciumhexaaluminats
mit sehr niedrigen Calciumokydzusätzen gearbeitet werden kann. Demzufolge ist die
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren. zugeführte Calciumoxydmenge, die günstigstenfalls
auf ein Gewichtsverhältnis von A1203 : Ca0 = 8,1: 1 vermindert werden kann,
zum Unterschied zu den bekannten Verfahren nicht mehr als belastend anzusprechen.
Die erhaltene Calciumhexaaluminatschlacke kann. auf bekanntem alkalischem Wege,
vorzugsweise mit Natronlauge einer Konzentration von 150 bis. 300 g/1 Na"0, oder
sie kann auch auf saurem Wege aufgearbeitet werden.
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Beim Aufarbeiten der Calciumhexaaluminatschlacke mit Alkali werden
naturgemäß nicht die Beimengungen herausgelöst, söndern das den .größten Teil die"er
Sehlacke ausmachende Aauptprodukt, welches dann aus der erhaltenen Aluminatlösüng
in. bekannter Weise wieder auszufällen ist.
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Infolge des niedrigen Calciumoxydgehaltes, ist jedoch auch das Aufarbeiten
der Calciumhexaaluminatschlacke mittels saurer, das Calciumoxyd lösender, vom Aluminiumoxyd
abtrennender Lösungen vorteilhaft, da hierbei das in der Schlacke bereits stark
angereicherte Hauptprodukt zurückbleibt. Für die saure Aufarbeitung der Calciumhexaaluminatschlacke
eignen sich saure anorganische und organische Lösungen, wie z. B. verdünnte Salzsäure,
Zuckerlösung.
Die auf saurem Wege mit Abtrennung des Calciumoxyds
arbeitende Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann als eine Abwandlung
des Prinzips angesprochen werden, allein die unerwünschten Bestandteile der Ausgangsmineralien
vom Aluminiumoxyd abzutrennen und dabei das Aluminiumoxyd selbst soweit wie möglich
in seiner in der Natur vorliegenden Form zu belassen.
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Mit dem bekannten Korundverfahren zur Verarbeitung von Toherdemineralien
ist ein Weg aufgezeigt worden, das Aluminiumoxyd durch Reduktion der Beimengungen
im Elektroofen freizulegen. Bei den dabei herrschenden hohen Temperaturen wird jedoch
nur korundartiges Aluminiumoxyd gewonnen, das im Elektrolyten der Aluminiumschmelzfiußelektrolyse
schwer löslich ist. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren fällt dagegen kein Korund
an, sondern das nach Aufarbeitung des Calciumhexaaluminats verbleibende Aluminiumoxyd
liegt in für die Schmelzflußelektrolyse verwendbarer Form vor.
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Bei den bisher bekannten Kalkaufschlußverfahren wurde zugunsten der
Verarbeitung von sonst unbrauchbaren kieselsäurereichen Bauxiten in Kauf genommen,
den Prozeß mit hohen Kalkzuschlägen zu belasten. Das erfindungsgemäße Verfahren
dagegen macht die Zugabe nur geringer Kalkzuschläge möglich und führt zu einer so
hohen Anreicherung des Aluminiumoxids in der Schlacke, daß das erfmdungsgemäße Verfahren
sowohl für die Verarbeitung kieselsäurereicher wie auch kieselsäurearmer Tonerdemineralien
geeignet ist. Gegenüber dem Bayer-Verfahren hat es den Vorteil, daß keine nennenswerten
unverwertbaren Rückstände anfallen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann in bekannter Weise z. B. im Elektroofen
durchgeführt werden oder im mit Sauerstoff geblasenen Niederschachtofen, welcher
die Verwendung billiger Energie und Reduktionsmittel gestattet.
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Sollten Verstaubungsverluste bei Einsetzen der Chargen auszugleichen
sein, so fallen auch geringfügige Änderungen der oben angegebenen A40.-CaO-Verhältnisse
unter die Erfindung. Beispiel 1 83,3 Gewichtsteile Bauxit, enthaltend A1203 . .
. . . . . . . . . . . . 54,2% Si02 . . . . . . . . . . . . . . . 10,411,4 Fe203
. . . . . . . . . . . . . . 19,021/0 Ti02 . . . . . . . . . . . . . . . 2,510/0
Ca0 . . . . . . . . . . . . . . . 0,100/0 Glühverlust ......... 13,21% wurden mit
7,9 Gewichtsteilen Kalk (mit 95 % Ca0) und 8,8 Gewichtsteilen Anthrazit versetzt.
Das Gewichtsverhältnis A1203 : Ca0 betrug demzufolge in der Mischung
6,1:
1. Die Mischung wurde auf etwa 1800° C erhitzt. Die sich hierbei bildende Schlacke
bestand gemäß der röntgenographischen Untersuchung hauptsächlich aus Monocalciumhexaaluminat
und setzte sich nach der chemischen Analye wie folgt zusammen: , A120;; ***
.... . . . *'« . 85 0/0 Ca0 . . . . . . . . . . . . . . . 13,9% Fe0 . . .
. . . . . . . . . . . . 0,3'/o 5i02 . . . . . . . . . . . . . . . 0,5010 TiO., .
. . . . . . . . . . . . . . 0,3 % Beispiel 2 84,7 Gewichtsteile des gleichen Bauxits,
wie im Beispiel 1 angegeben, wurden mit 6,3 Gewichtsteilen Kalk (mit 95% Ca0) und
9 Gewichtsteilen Anthrazit versetzt. Das Gewichtsverhältnis A1203 : Ca0 in der Mischung
betrug demzufolge 7,66:l. Die Mischung wurde auf etwa 1820° C erhitzt und ergab
wiederum eine Schlacke, die ebenfalls vom Typ des Monocalciumhexaaluminats war und
folgende Zusammensetzung hatte:
| Gewichtsprozent |
| A1203 . . . . . . . . . . . . . . 88,0 |
| Ca0 ............... 11,5 |
| Fe0 ............... 0,1 |
| SiO.= ........ ...... 0,2 |
| TiO., ..._ .......... 0,2 |