DE1183487B

DE1183487B - Process for the extraction of clay from lean minerals

Info

Publication number: DE1183487B
Application number: DE1962P0030109
Authority: DE
Inventors: Andre Montaron
Original assignee: Pechiney SA
Current assignee: Pechiney SA
Priority date: 1961-08-30
Filing date: 1962-08-30
Publication date: 1964-12-17
Also published as: ES280373A1; FR1306089A; LU42285A1; CH398517A; GB1017211A

Description

Verfahren zur Gewinnung von Tonerde aus mageren Mineralen Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft die Herstellung von Tonerde durch elektro-carbothermische Reduktion von mageren Bauxiten.Process for the recovery of clay from lean minerals Process relates to the production of alumina by electro-carbothermal reduction of lean bauxites.

Es ist bekannt, Tonerde durch partielle carbothermische Reduktion von Bauxit im Elektroofen zu gewinnen, wobei praktisch die gesamten Oxyde von Eisen, Silicium und Titan zu Metallen reduziert werden und Aluminiumoxyd im wesentlichen unangegriffen bleibt.It is known to produce alumina by partial carbothermal reduction to obtain bauxite in an electric furnace, practically all of the oxides of iron, Silicon and titanium are reduced to metals and aluminum oxide essentially remains unaffected.

Die Behandlung im Lichtbogenofen erfordert im allgemeinen eine vorherige Entwässerung durch Brennen bei Temperaturen von 1000 bis 1100° C.The arc furnace treatment generally requires prior treatment Dehydration by firing at temperatures from 1000 to 1100 ° C.

Es ist bereits ein Verfahren bekannt, wo dem Rohmaterial die ganze für die Reduktion erforderliche Menge an Reduktionsmittel zugesetzt und die Begleitoxyde in einer ersten Verfahrensstufe bei einer Temperatur unter der Schmelz- oder Sintertemperatur des Rohmaterials reduziert werden und in einer zweiten Stufe das Niederschmelzen von Aluminiumoxyd und die Beendigung der Reduktion der Begleitoxyde erfolgt. Dieses Verfahren läßt sich jedoch nur auf reiche Erze anwenden, ist nur absatzweise zu betreiben und stellt keine wirtschaftliche Ausnutzung des Ofens dar.A process is already known where the raw material is the whole The amount of reducing agent required for the reduction and the accompanying oxides are added in a first process stage at a temperature below the melting or sintering temperature of the raw material and, in a second stage, the melting down of aluminum oxide and the termination of the reduction of the accompanying oxides takes place. This However, the process can only be applied to rich ores and is only permitted in sections operate and does not represent an economic utilization of the furnace.

Man hat festgestellt, daß man diese bekannten Verfahren nicht mit jedem Bauxit unter wirtschaftlichen Bedingungen durchführen kann; so sind solche, deren Gewichtsanteil an Aluminiumoxyd unter 65 0/0 - bezogen auf das gebrannte- Material -liegt, nicht geeignet und mußten auf Halde gehen. Darüber hinaus müssen auch Bauxite mit einem Aluminiumoxydgehalt über 65 % unter gewissen Umständen auf die Halde gehen oder nach anderen Verfahren verhüttet werden. Diese Bauxite zeigen bei dem Versuch, sie im elektrischen Lichtbogenofen zu reduzieren, eine so heftige Gasentwicklung, daß oft ein Teil der Charge aus dem Ofen geschleudert wird. Auch in Fällen, wo die Gasentwicklung nicht bis zum Auswerfen führt, ist sie doch so heftig, daß beträchtliche Wärmeverluste auftreten, was unwirtschaftlich ist und eine Belästigung und Gefährdung für das Personal darstellt. Aus diesen Gründen ist die Verwendung derartiger Bauxite nach derartigen Verfahren in der Praxis nicht durchführbar.It has been found that one does not use these known methods can perform any bauxite under economic conditions; so are those whose weight percentage of aluminum oxide is below 65 0/0 - based on the burned- Material is lying, not suitable and had to be dumped. In addition, need also bauxites with an aluminum oxide content of over 65% under certain circumstances go to the dump or be smelted by other methods. These bauxites show when trying to reduce it in the electric arc furnace, such a violent one Gas evolution that often part of the batch is thrown out of the furnace. Even in cases where the gas development does not lead to ejection, it is so violent that considerable heat loss occurs, which is uneconomical and represents a nuisance and danger for the staff. For these reasons it is the use of such bauxites after such processes does not in practice feasible.

Man kann bei gegebenem Ofen und Bauxit diese Schwierigkeiten verringern durch Herabsetzung der Ofenleistung, jedoch lassen sich diese Maßnahmen im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit und die Durchführung des Verfahrens nur im begrenzten Maße anwenden.With a given furnace and bauxite, these difficulties can be reduced by reducing the furnace output, however, these measures can be taken with regard to on the economy and the implementation of the process only to a limited extent Apply measurements.

Darüber hinaus ist die Verwendung von mageren Bauxiten auch begrenzt durch den spezifischen Energieverbrauch, bezogen auf die Tonerdegewinnung. Dieser Energiebedarf steigt tatsächlich mit der Zunahme an Eisen-, Silicium- und Titanoxyden in dem Bauxit und wird schließlich untragbar.In addition, the use of lean bauxites is also limited through the specific energy consumption related to the extraction of alumina. This Energy demand actually increases with the increase in iron, silicon and titanium oxides in the bauxite and eventually becomes unsustainable.

Es wurde nun gefunden, daß man Tonerde aus mageren Tonerdemineralen durch elektro-carbothennische Reduktion gewinnen kann, deren Verhältnis R des Sauerstoffgewichtes, gebunden im Mineral an Eisen, Silicium und Titan, zu dem Gewicht des Aluminiumoxyds > 19% ist, wenn man die Reduktion in zwei Stufen durchführt: a) Es kann von Anfang an festgehalten werden, daß die Herabsetzung des Wertes a des Gehaltes an Sauerstoff in dem Mineral einer Herabsetzung des Verhältnisses R bis auf einen Wert < 19 0/a entspricht. Man bringt bei einer Temperatur zwischen etwa 700 und 1500° C die feinverteilten Minerale mit einem Reduktionsmittel - in einer Menge entsprechend der für die Herabsetzung von a stöchiometrisch erforderlichen - in enge Berührung und erhält dadurch ein Zwischenprodukt mit einem Verhältnis R < 19 0/0.It has now been found that clay can be obtained from lean clay minerals can gain by electro-carbothennic reduction, the ratio R of which is the oxygen weight, bound in the mineral to iron, silicon and titanium, to the weight of the aluminum oxide > 19% is if the reduction is carried out in two stages: a) It can be done from the start to be noted that the lowering of the value a of the oxygen content in the mineral a reduction of the ratio R down to a value <19 0 / a corresponds. One brings the at a temperature between about 700 and 1500 ° C finely divided minerals with a reducing agent - in an amount accordingly that stoichiometrically required for the reduction of a - in close contact and thereby obtains an intermediate product with a ratio R <19 0/0.

b) Man behandelt in bekannter Weise in einem elektrischen Lichtbogenofen bei einer Temperatur von mindestens etwa 2000° C dieses Zwischenprodukt mit Kohlenstoff in der für die Reduktion der begleitenden Oxyde stöchiometrisch erforderlichen Menge.. Die Erfindung betrifft nun ein Verfahren zur Gewinnung von Tonerde aus mageren Mineralen durch carbothermische Reduktion in zwei Stufen, wobei in der ersten Stufe die die Tonerde begleitenden Oxyde von Eisen, Silicium und Titan mit einem Reduktionsmittel bei einer Temperatur unter etwa 1500° C teilweise reduziert und in der zweiten Stufe in einem Elektroofen die Reduktion zu Ende geführt und die Tonerde eingeschmolzen wird und ist dadurch gekennzeichnet, daß man in der ersten Stufe ein Mineral mit einem Verhältnis R des Sauerstoffgewichts in Form der Eisen-, Silicium- und Titanoxyde zu dem Aluminiumoxydgewicht >_ 19 % kontinuierlich in einem Brennofen bei einer Temperatur über etwa 700° C mit einer solchen Menge Reduktionsmittel vorreduziert, daß das Verhältnis R auf < 19% herabgesetzt wird, worauf man in bekannter Weise dieses Zwischenprodukt einem Elektroofen bei etwa 2000° C mit mindestens der zur vollständigen Reduktion der Begleitoxyde erforderlichen Menge Kohlenstoff zuführt und die Tonerde einschmilzt.b) The treatment is carried out in a known manner in an electric arc furnace at a temperature of at least about 2000 ° C this intermediate product with carbon in the amount stoichiometrically required for the reduction of the accompanying oxides .. the The invention now relates to a method for the extraction of clay from lean minerals by carbothermal reduction in two stages, with the die in the first stage Oxides of iron, silicon and titanium accompanying alumina with a reducing agent partially reduced at a temperature below about 1500 ° C and in the second stage the reduction was completed in an electric furnace and the alumina melted down is and is characterized in that a mineral is used in the first stage a ratio R of the weight of oxygen in the form of iron, silicon and titanium oxides to the aluminum oxide weight> _ 19% continuously in a kiln at one Temperature above about 700 ° C pre-reduced with such an amount of reducing agent, that the ratio R is reduced to <19%, whereupon in a known manner this intermediate product in an electric furnace at about 2000 ° C with at least the for complete reduction of the accompanying oxides required amount of carbon supplies and the clay melts.

Als Reduktionsmittel für die erste Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet man entweder ein festes kohlenstoffhaltiges Material, wie Koks, Holzkohle, kohlenstoffreiche Kohlenwasserstoffe, oder ein gasförmiges Produkt, wie Erdgas, Kokereigas, Methan, Wasserstoff, Kohlenoxyd und deren Mischungen usw.As a reducing agent for the first stage of the process according to the invention either use a solid carbonaceous material such as coke, charcoal, carbon-rich hydrocarbons, or a gaseous product, such as natural gas, Coke oven gas, methane, hydrogen, carbon oxide and their mixtures, etc.

In Versuchsreihen wurde eine Anzahl von mageren Bauxiten jeder Provenienz in verschiedenen Elektroöfen untersucht und dabei- gefunden, daß für die elektro-carbothermische Herstellung von Tonerde nur Minerale mit einem Verhältnis R _> 19% geeignet sind. Ein derart einfaches analytisches Verhältnis, mit dessen Hilfe man exakt die Qualität der für die Tonerdeherstellung vorgesehenen Bauxite voraussagen kann, wurde bisher noch nicht aufgefunden.A number of lean bauxites of every provenance were tested in series investigated in various electric furnaces and found that for the electro-carbothermal Production of alumina only minerals with a ratio R _> 19% are suitable. Such a simple analytical relationship, with the help of which one can precisely determine the quality of the bauxite intended for the manufacture of alumina, has so far been not found yet.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet man als Ausgangsmaterial für die elektro-carbothermische Gewinnung von Tonerde alle tonerdehaltigen Minerale, insbesondere Bauxite mit einem Verhältnis R > 19 %, d. h. sehr reine, deren Aufarbeitung bisher nach den üblichen Verfahren nicht möglich war. Es ist offenkundig, daß das erfindungsgemäße Verfahren auf magere Erze angewandt werden kann und im Hinblick auf deren niederen Preis ein bedeutendes wirtschaftliches Interesse aufweist.In the process according to the invention, the starting material is used for the electro-carbothermal extraction of alumina all alumina-containing minerals, in particular bauxite with a ratio R> 19%, d. H. very pure, their work-up was previously not possible using the usual procedures. It is obvious that that Process according to the invention can be applied to lean ores and in view has a significant economic interest in their low price.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann man beispielsweise einen Rotier- oder Tunnelofen oder auch ein Fließbett oder eine Wirbelschicht in bekannter Weise verwenden.To carry out the process according to the invention, for example a rotary or tunnel furnace or a fluidized bed or a fluidized bed in use in a known way.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren beträgt die Temperatur in der ersten Stufe 700 bis 1500° C, vorzugsweise 1100 bis 1300° C. Die Wärmeenergie, die für solche Temperaturen zugeführt werden muß, ist relativ billig im Vergleich zu der zweiten Phase, wo die Reduktion bei über etwa 2000° C erfolgt. Die erste Phase kann relativ einfach mit Brennstoffen, wie Koks, durchgeführt werden. Nimmt man an, daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine innige Mischung hergestellt und die relativ billigen Wärmeenergien, die in der ersten Stufe verbraucht werden, den relativ schwierig aufgebrachten Wärmeenergien der zweiten Phase entsprechen, so versteht man, daß das erfindungsgemäße Verfahren hinsichtlich der Wärmewirtschaftlichkeit zweifellos einen Fortschritt darstellt.In the method according to the invention, the temperature is in the first stage 700 to 1500 ° C, preferably 1100 to 1300 ° C. The thermal energy that must be supplied for such temperatures is relatively cheap compared to the second phase, where the reduction takes place above about 2000 ° C. The first phase can be done relatively easily with fuels such as coke. Taking indicates that in the process according to the invention an intimate mixture is produced and the relatively cheap thermal energies that are consumed in the first stage, the relatively difficult to apply heat energies correspond to the second phase, see above it is understood that the inventive method in terms of heat economy undoubtedly represents progress.

Dieser Fortschritt erscheint noch augenfälliger, wenn man bedenkt, daß die erste Stufe praktisch gleichzeitig mit der Entwässerung des Bauxits durch Brennen, das im allgemeinen zwischen 1000 und 1100° C stattfindet, erfolgt. Die zusätzlichen Wärmemengen für die erste Stufe sind daher - da sie mit dem Brennen des Materials zusammenfallen - von relativ geringer Bedeutung.This progress is even more apparent when you consider that the first stage practically occurs simultaneously with the dehydration of the bauxite Firing, which generally takes place between 1000 and 1100 ° C, takes place. the additional amounts of heat for the first stage are therefore - as they are with the burning of the material coincide - of relatively little importance.

Wie aus den Untersuchungen von mageren Bauxiten und ihrer Verarbeitbarkeit in Elektroöfen hervorgeht, ist die maximale Stundenleistung ungefähr verkehrt proportional dem Verhältnis R, das ist der Gehalt an Verunreinigungen des eingesetzten Bauxits innerhalb der üblichen Grenzen. Verringert man nach dem erfindungsgemäßen Verfahren das Verhältnis R des Bauxits, so steigt die Stundenleistung des Ofens, was bezüglich des Einstandspreises der Tonerde ein wichtiger Faktor ist.As from the studies of lean bauxites and their workability in electric furnaces, the maximum hourly output is roughly inversely proportional the ratio R, which is the content of impurities in the bauxite used within the usual limits. Is reduced by the method according to the invention the ratio R of the bauxite, the hourly output of the furnace increases, what with respect to the cost price of the alumina is an important factor.

Folgende Beispiele erläutern die Erfindung. Beispiel 1 Es wurde ein Bauxit folgender Zusammensetzung eingesetzt: 26 Gewichtsprozent FeE03, 10 Gewichtsprozent SiOE, 3 Gewichtsprozent TiOE und 61 Gewichtsprozent A403. Das- Verhältnis R dieses Bauxits betrug demnach 23,50/u.The following examples illustrate the invention. Example 1 It became a Bauxite of the following composition is used: 26 percent by weight FeE03, 10 percent by weight SiOE, 3 percent by weight TiOE and 61 percent by weight A403. The ratio R this Bauxite was therefore 23.50 / u.

Verwendet man diesen Bauxit direkt für die Reduktion im Lichtbogen, so tritt ein Verspritzen der Reaktionsmasse auf und macht eine wirtschaftliche Ofenführung praktisch unmöglich.If this bauxite is used directly for the reduction in the arc, This results in the reaction mass splattering and makes the furnace more economical practically impossible.

Es wurde eine Mischung von 3000 kg7h obigen Bauxits mit 500 kglh Koks in einen Rotierofen eingeführt und auf eine Temperatur von etwa 1200° C erhitzt und das Material etwa 1 Stunde auf dieser Temperatur gehalten.A mixture of 3000 kg7h of the above bauxite with 500 kgglh of coke was produced placed in a rotary furnace and heated to a temperature of about 1200 ° C and holding the material at that temperature for about 1 hour.

Das Zwischenprodukt hatte ein Verhältnis R = etwa 17 0/0.The intermediate product had a ratio R = about 17 0/0.

Dieses Zwischenprodukt wurde nun zusammen mit Koks in einem Verhältnis von $ Gewichtsteilen Koks auf 100 Gewichtsteile Zwischenprodukt einem Elektroofen zugeführt. Die Ofenführung war ruhig und gleichmäßig. Die Temperatur der Reaktionsmasse betrug etwa 2000° C, die Stundenleistung durchschnittlich 1300 kg/h Tonerde mit einer Reinheit voü 99,6°/o bei einer Stromaufnahme von 6000 kW. Beispiel 2 Es wurde entsprechend Beispiel 1 gleiche Ouantität und Qualität des Bauxits verwendet.This intermediate product was now used together with coke in a ratio from $ parts by weight of coke to 100 parts by weight of intermediate in an electric furnace fed. The furnace was run smoothly and evenly. The temperature of the reaction mass was about 2000 ° C, the hourly output was an average of 1300 kg / h of clay a purity of 99.6% with a power consumption of 6000 kW. Example 2 It was as in Example 1, the same quantity and quality of the bauxite were used.

Es wurde kontinuierlich eine Mischung von 3000 kg/h Bauxit und 500 kg/h Koks einem Rotierofen zugeführt und während etwa 2 Stunden bei einer Temperatur von etwa 1200° C gehalten.A mixture of 3000 kg / h of bauxite and 500 was continuously produced kg / h of coke fed to a rotary kiln and at one temperature for about 2 hours held at about 1200 ° C.

Das Zwischenprodukt hatte ein Verhältnis R = 110/0.The intermediate product had a ratio R = 110/0.

Das Zwischenprodukt wurde kontinuierlich einem Elektroofen, gemischt mit Koks, und zwar 6 Gewichtsteile Koks auf 100 Teile Zwischenprodukt, zugeführt. Der Ofengang war sehr regelmäßig, die Temperatur wie oben, die Leistung durchschnittlich 2000 kgIh Tonerde bei einer Reinheit entsprechend Beispiel 1, und die Stromaufnahme betrug 7500 kW.The intermediate product was continuously mixed in an electric furnace with coke, namely 6 parts by weight of coke per 100 parts of intermediate product. The oven cycle was very regular, the temperature as above, the output average 2000 kgIh alumina with a purity corresponding to Example 1, and the power consumption was 7500 kW.

Claims

Claims: 1. Process for the extraction of alumina from lean Minerals through carbothermal reduction in two stages, where in the first stage the oxides of iron, silicon and titanium accompanying the clay partially reduced with a reducing agent at a temperature below about 1500 ° C and in the second stage in an electric furnace the reduction is completed and the alumina is melted down, characterized in that in the first stage a mineral with a ratio R of the weight of oxygen in the form of iron, silicon and titanium oxides to the alumina weight> 19% continuously in a kiln pre-reduced at a temperature above about 700 ° C with such an amount of reducing agent, that the ratio R is reduced to <19%, whereupon in a known manner this intermediate product in an electric furnace at about 2U00 ° C with at least the for complete reduction of the accompanying oxides required amount of carbon supplies and the clay melts.

2. The method according to claim 1, characterized in that that the temperature of the first stage is between 1100 and 1300 ° C. Into consideration Printed publications: German patent specification No. 143 901.