DE1271094B

DE1271094B - Verfahren zum schnellen Aufschliessen von Bauxit

Info

Publication number: DE1271094B
Application number: DEP1271A
Authority: DE
Inventors: Allan J Gittos
Original assignee: Commonwealth Aluminium Corp Ltd
Current assignee: Commonwealth Aluminium Corp Ltd
Priority date: 1963-07-29
Filing date: 1964-06-24
Publication date: 1968-06-27
Also published as: NL131570C; DE1271094C2; US3401009A; NL6408485A; CH479488A; GB1044196A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

COIf

Deutsche Kl.: 12 in - 7/06

Nummer: 1271094

Aktenzeichen: P 12 71 094.0-41

Anmeldetag: 24. Juni 1964

Auslegetag: 27. Juni 1968

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum schnellen Aufschließen von Bauxit, das Tonerde teilweise in der monohydratisierten Form und teilweise in der trihydratisierten Form sowie die Kieselerde in erheblicher Menge in Form von Quarz und teilweise gebunden mit Tonerde enthält, vermittels Behandeln des Erzes mit Alkalilösung unter Druck und bei erhöhten Temperaturen.

Es sind bereits eine Reihe Verfahren zum Aufschließen von Bauxit bekanntgeworden, bei denen ein Vorkalzinieren des Bauxiterzes vor dem Aufschluß mit Alkalihydroxidlösung erforderlich ist. Hierbei ergibt sich während des Auflösens des rohen Aluminiumoxiderzes, das sowohl die Monohydratals auch die Trihydratformen aufweist, eine progressive Verringerung der Menge an nutzbarem Aluminiumoxid, da das Verhältnis AkOe/NaOH sich vergrößert. Dies erfolgt auf Grund der Umwandlung der löslicheren Trihydratform in weniger lösliche Monohydratform, die sodann aus der nicht gelösten Monohydratform ausfällt. Diese Erscheinung verschlimmert sich bei einem stärkeren Erhitzen und verlängerter Aufschlußzeit (deutsche Auslegeschrift 1 014 087).

Nach einem weiteren vorbekannten Verfahren erfolgt ein Vorkalzinieren eines Bauxits hohen Kieselerdegehaltes von etwa 12 bis 16%, wodurch die Kieselerde in der verdünnten Alkalihydroxidlösung ■löslicher wird. Der nach dem Aufschluß verbleibende Bauxit wird nach dem normalen Beyer-Verfahren unter Lösen der Tonerde verarbeitet, jedoch wird durch das Kalzinieren nicht nur ein Teil der Kieselerde löslicher gestaltet, sondern es ergibt sich auch die nachteilige Wirkung, daß die Tonerde sich schwieriger auflöst. Hierdurch wird das Anwenden verschärfter Arbeitsbedingungen bei dem Aufschluß erforderlich (Chem. Techn. 12, 8, S. 482 bis 489).

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht nun darin, die Alkaliverluste während des Bauxitaufschlusses, bedingt durch Umsetzung mit Kieselerde, dadurch hintanzuhalten, daß das Ausmaß des Angriffs des Alkalis auf den Quarz gesteuert wird.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird nun erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man das Bauxit 10 bis 20 Minuten lang bei 220 bis 250⁵C mit einer 80 bis 140 g/l Na-iO enthaltenden Natriumhydroxidlösung bis zum Lösen etwa der gesamten Tonerde, jedoch nur bis zum Lösen von 30% des Quarzgehaltes des Bauxits behandelt und sodann die während des Aufschlusses gelöste Kieselerde ausfällt, wobei während des gesamten Verfahrens in der Lauge

Verfahren zum schnellen Aufschließen von
Bauxit

Anmelder:

Commonwealth Aluminium Corporation

Limited, Melbourne (Australien)

Vertreter:

Dipl.-Ing. W. Meissner

und Dipl.-Ing. H. Tischer, Patentanwälte,

1000 Berlin 33, Herbertstr. 22

Als Erfinder benannt:

Allan J. Gittos,

Brisbane, Queensland (Australien)

Beanspruchte Priorität:

Australien vom 29. Juli 1963 (33 510)

ein Verhältnis Tonerde, ausgedrückt als AI2O3, zu freiem Natriumhydroxid, ausgedrückt als Na2O in Gramm pro Liter von 1,06 bis 1,12 aufrechterhalten wird.

Eine bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsform kennzeichnet sich dadurch, daß man 15 Minuten lang bei einer Temperatur von 240⁰C mit einer 100 g/l Na2Ü enthaltenden Natriumhydroxidlösung den Aufschluß durchführt und das Verhältnis von Tonerde zu freiem Natriumhydroxid bei 1,08 gehalten wird.
Ein wichtiger erfindungsgemäß erzielter Fortschritt besteht darin, daß es möglich ist, ohne Vorkalzinieren des Bauxiterzes auszukommen, wodurch ein stark verbesserter Wirkungsgrad der Extraktion erzielt wird.

Ein weiterer erfindungsgemäßer Fortschritt besteht in der relativ schnellen Durchführung des Verfahrens, ohne daß ein längeres Erhitzen wie nach dem Stande der Technik erforderlich ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird im folgenden an Hand einer Reihe von Ausführungsbeispielen erläutert, wobei zunächst die hier in Anwendung kommenden Ausdrücke wie folgt definiert werden sollen.

S09 567/484

IO

Umsetzungsfähige Kieselerde (SiO₂)

Umsetzungsfähige Kieselerde ist die in dem Bauxit in gebundener Form als Tonkörper und/oder anderen Silikaten vorliegende Kieselerde.

Quarz (SiO₂)

Quarz ist die in dem Bauxit als freies und ungebundenes, kristallisiertes Siliciumdioxid vorliegende Kieselerde.

Gesamte Tonerde (AI2O3)
Die gesamte Tonerde ist der Tonerdegehalt des Bauxits, wie er durch chemische Analyse bestimmt wird, und die in irgendeiner Form vorliegende Tonerde einschließlich der hydratisierten Tonerde unabhängig davon, ob dieselbe als Dihydrat oder Monohydrat vorliegt, sowie die mit Kieselerde als Tonkörpern gebundene vorliegende Tonerde.

Gesamte zur Verfugung stehende Tonerde (AI2O3) Die gesamte zur Verfugung stehende Tonerde in dem Bauxit besteht aus der gesamten Tonerde, verringert um das stöchiometrische Äquivalent der umsetzungsfähigen Kieselerde, um so während der Verarbeitung die Ausbildung des Natriumaluminiumsilikats zu berücksichtigen. Als Berechnungsgrundlage der gesamten zur Verfügung stehenden Tonerde wird angenommen, daß das Entkieselungsprodukt Natriumaluminiumsilikat die Formel

2 Na₂O ■ 2 AI2O3 · 3 SiO₂
aufweist.
Natriumoxid

Unter Natriumoxid, das in Gramm pro Liter Na₂O ausgedrückt wird, ist das Natriumoxid zu verstehen, das in der Lösung als ungebundenes Natriumhydroxid und gebunden mit Tonerde in der Verbindung Natriumaluminat vorliegt, ausgeschlossen ist hierbei jedoch Natrium, das als Carbonat und als andere Salze gebunden ist.

Laugenverhältnis

Das Mutterlaugenverhältnis ist das Verhältnis der Tonerde zu Natriumoxid in der Mutterlauge. Das Laugenverhältnis wird in der folgenden Weise ausgedrückt:

g/l Tonerde als Al₂O₃

R =

g/l Natriumoxid als Na₂O

Obgleich das Verfahren insbesondere für die Extraktion von Tonerde aus Bauxiten aus dem Gebiet North Queensland geeignet ist, läßt sich dasselbe auch auf die Behandlung von Bauxiten ähnlicher Zusammensetzung und Eigenschaften anwenden, die aus anderen Gegenden stammen.

Die hier angegebenen Bauxite aus North Queensland weisen in typischer Weise die folgende Zusammensetzung auf:

Tonerde als Al₂O₃ 52 bis 60%

Kieselerde (SiO₂), .

gebunden als Tonkörper .. 1,5 bis 5,0%

frei als mineralisches Quarz 0,5 bis 3,0%

Eisenoxid (Fe₂O₃) 5,0 bis 20,0%

Titandioxid (TiO₂) 2,5 bis 3,0%

Wasser (H₂O) chemisch

gebunden 23,0 bis 30,0%

Wenn Bauxit der durchschnittlichen chemischen Zusammensetzung entsprechend den angegebenen Bereichen nach dem Bayer-Verfahren unter Bedingungen behandelt wird, bei denen nur der Trihydratanteil der Tonerde extrahiert wurde, würde sich der Prozentsatz der extrahierbaren Tonerde auf 42 bis 43 Gewichtsprozent des Bauxits belaufen, und dies entspricht 75 bis 77% der gesamten vorliegenden Tonerde.

Aus wirtschaftlichen Gründen ist es natürlich zweckmäßig, einen möglichst hohen Prozentsatz der gesamten zur Verfügung stehenden Tonerde, d.h. sowohl des Monohydrates als auch des Trihydrates zu extrahieren.

Es ist allgemein bekannt, daß die Wirtschaftlichkeit des Bayer-Verfahrens erheblich durch Alkaliverluste beeinflußt wird, die auf der Bindung des Natriumhydroxids mit der Kieselerde in dem Bauxit zurückzuführen sind.

Es ist weiterhin allgemein bekannt, daß die in dem Bauxit gebunden als Tonkörper vorliegende Kieselerde sich leicht mit Natriumhydroxid vereinigt, wodurch sich Alkaliverluste nicht vermeiden lassen.

Es wurde jedoch gefunden, daß die in dem Bauxit als mineralischer Quarz vorliegende Kieselerde durch Alkali nicht immer so leicht angegriffen wird wie die vereinigte Kieselerde.

Durchgeführte Untersuchungen bezüglich der Behandlung von Bauxit aus North Queensland vermittels des Bayer-Verfahrens haben insbesondere gezeigt, daß

(a) die Tonerde leicht löslich ist und praktisch eine vollständige Extraktion der vorliegenden, zur Verfügung stehenden Tonerde in kurzen Aufschlußzeiten von 10 bis 20 Minuten erreicht werden kann,

(b) das Ausmaß, in dem der Quarz durch das Natriumhydroxid bei erhöhten Temperaturen angegriffen wird, von der Aufschlußzeit abhängt,

(c) das Ausmaß, mit dem der Quarz angegriffen wird, ebenfalls von der Aufschlußtemperatur abhängt und daß eine ausreichende Entkieselung in relativ kurzen Aufschlußzeiten bei erhöhten Temperaturen, vorzugsweise von 220 bis 250^: C, erreicht werden kann.

Die bei dem Aufschluß der Erze in Anwendung kommenden Drücke sind praktisch die Drücke gesättigten Wasserdampfes. Das erfindungsgemäße Verfahren wird im folgenden beispielsweise an Hand eines Ausführungsbeispiels und der Tabelle erläutert, die die beschriebenen Vorteile wiedergibt.

Beispiel 1

Es werden fünf Untersuchungsreihen mit einem Bauxit der folgenden Zusammensetzung durchgeführt:

Al₂O₃ 59,4%

Gesamtes zur Verfugung stehendes

Al₂O₃ 56,4%

Umsetzungsfähiges SiO₂ 2,64%

Quarz 1,64%

Die Bauxitproben werden in kleinen Autoklaven aus rostfreiem Stahl, die mit einem Thermometeranschluß versehen sind und langsam über eine Gas-

flamme gedreht werden, mit Natriumhydroxidlösung behandelt. Bei jeder Untersuchung ist eine Anwärmzeit von 15 bis 25 Minuten erforderlich, und die Zeitnahme beginnt, sobald die vorherbestimmte Extraktionstemperatur erreicht ist. Durch eine genaue Temperatursteuerung wird erreicht, daß die Temperaturschwankungen während der Untersuchungen nicht über 2°C liegen.

Ein schnelles Abkühlen des Autoklavs und dessen Inhalts unter 100°C wird durch sofortiges Eintauchen in einen Tank kalten Wassers erreicht. Die Aufschlämmung wird abfiltriert und mit verdünnter Natriumhydroxidlösung sowie Wasser gewaschen.

Analysen bezüglich des ursprünglichen Bauxits und des bei jeder Untersuchung ausgebildeten roten Schlammes werden für das Berechnen der angegebenen Extraktionswerte angewandt. Die Menge an Kieselerde in der Mutterlauge wird durch Analyse einer Mutterlaugenprobe bestimmt.

Die Extraktionsbedingungen dieser Untersuchungen und die erzielten Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt.

	Na₂O	SiO₂ in Lauge	Temp.	Extraktionsbedingungen	% Al₂O₃	% gesamtes zur Verfügung stehendes Al₂O₃	Mutter laugen verhältnis	angegriffener Quarz	Ergebnisse	SiO₂ in Mutterlauge
PrUf- Nr.	Sfl		⁰C	Zeit	extrahiert	zurückgew.		(% ges.)	angew.NaOH (t-NaOH/ 1-Al₂O₃)	8/1
	270	0,53	180	Minuten	50,00	88,6	0,99	5,5	extrahiert	3,59
1				15	5,06	90,5	0,99	15,9	0,049	.3,22
2				30	50,96	90,3	0,99	17,1	0,051	3,27
3				60	52,26	92,6	1,00	29,3	0,051	3,39
4	218	0,53	200	90	51,68	91,6	0,99	18,9	0,053	2,06
5				15	53,15	94,2	1,01	22,0	0,051	2,18
6				30	53,25	94,4	1,02	34,8	0,050	2,24
7				60	53,79	95,4	1,01	47,6	0,054	2,26
8	157	0,53	220	90	53,36	94,6	1,03	20,1	0,057	1,30
9				15	54,51	96,6	1,05	36,6	0,049	1,33
10				30	54,82	97,2	1,05	39,0	0,053	1,1V
11				60	54,84	97,2	1,04	71,4	0,053	1,23
12	127	0,53	230	90	54,34	96,3	1,07	31,1	0,062	0,84
13				15	54,49	96.6	1,05	40,9	0,052	0,81
14				30	54,76	97,1	1,06	65,2	0,054	0,83
15				60	55,07	97,7	1,06	80,5	0,061	0,83
16	100,0	0,53	240	90	55,73	98,8	1,08'	26,8	0,064	0,53
17				15	55,52	98,4	1,08	51,8	0,050	0,52
18				30	55,60	98,5	1,08	74,4	0,056	0,46
19				60	55,59	98,5	1,08	93,9	0,062	0,46
20			90				0,067

Die fünf nach dem Beispiel 1 durchgeführten Untersuchungsreihen zeigen:

(a) Unter den angegebenen Extraktionsbedingungen kann eine vollständige Extraktion der zur Verfügung stehenden Tonerde in 10 bis 20 Minuten Aufschlußzeit erreicht werden.

(b) Der Angriff des Quarzes verläuft mit wesentlich langsamerer Geschwindigkeit als das in Lösunggehen der Tonerde, und in allen Untersuchungsreihen ist das Verhältnis zwischen der Zeit und dem Ausmaß des Quarzangriffes offensichtlich.

(c) Die Geschwindigkeit des Auflösens des Quarzes ist eine Funktion der Aufschlußtemperatur. Selbst bei 240^: C beläuft sich jedoch der Prozentsatz des angegriffenen Quarzes auf nur 27¹V₀ nach 15minütigem Aufschluß.

(d) Die Geschwindigkeit der Entkieselung der Mutterlaugen hängt stark von der Temperatur ab. Bei 240⁰C tritt die Entkieselung so schnell ein, daß der Kieselerdegehalt der Extraktionslauge nach 15 Minuten unverändert bleibt. Bis zu dieser Zeit hall die Entkieselungsumsetzung Schritt mit dem Lösen des Quarzes, und im Anschluß hieran liegt der Kieselerdegehalt allmählich trotz des fortgesetzten Quarzangriffes tiefer. Bei Temperaturen in dem Bereich von 240° C (d. h. bis 250⁰C) ergibt sich, daß eine ausreichende Entkieselung der Mutterlaugen in kurzen Aufschlußzeiten erreicht werden kann.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum schnellen Aufschließen von Bauxit, das Tonerde teilweise in der monohydratisierten Form und teilweise in der trihydratisierten Form sowie die Kieselerde in erheblicher Menge in Form von Quarz und teilweise gebunden mit Tonerde enthält, vermittels Behandeln des Erzes mit Alkalilösung unter Druck und bei erhöhten Temperaturen, dadurch gekennzeichnet, daß man das Bauxit 10 bis 20 Minuten lang bei 220 bis 250° C mit einer 80 bis 140 g/l NaaO enthaltenden Natriumhydroxidlösung bis zum Lösen etwa der gesamten Tonerde, jedoch

nur bis zum Lösen von 30% des Quarzgehaltes des Bauxits behandelt und sodann die während des Aufschlusses gelöste Kieselerde ausfällt, wobei während des gesamten Verfahrens in der Lauge ein Verhältnis Tonerde, ausgedrückt als AI2O3, zu freiem Natriumhydroxid, ausgedrückt als Na₂O in Gramm pro Liter von 1,06 bis 1,12 aufrechterhalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man 15 Minuten lang bei einer

Temperatur von 24O⁰C mit einer 100 g/l Na₂O enthaltenden Natriumhydroxidlösung den Aufschluß durchführt und das Verhältnis von Tonerde zu freiem Natriumhydroxid bei 1,08 gehalten wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 014 087;
Chem. Techn., 12. Jahrgang, Heft 18, 1960, S. 482 bis 489.