DE1271094C2

DE1271094C2 - Verfahren zum schnellen Aufschliessen von Bauxit

Info

Publication number: DE1271094C2
Application number: DE19641271094
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: 1974-04-11
Also published as: DE1271094B; GB1044196A; NL131570C; NL6408485A; CH479488A; US3401009A

Description

I 271 094

Quarz (SiO₈)

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

Gesamte Tonerde (Al₈O₉)

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 Trihydrat oder Monohydrat vorliegt, sowie die mit Kieselerde als Tonkörpera gebundene vorliegende Tonerde.

Gesamte zur Verfugung stehende Tonerde (Al₂O₃)

Die gesamte zur Verfugung stehende Tonerde in dem Bauxit besteht aus der gesamten Tonerde, verringert um das stöchiometrische Äquivalent der umsetzungsfähigui Kieselerde, um so während der Verarbeitung die Ausbildung des Natriumalum'oiumsilikats zu berücksichtigen. Ais Berechnungsgrundlage der genannten zur Verfugung stehenden Tonerde wird angenommen, daß das Entkieselungsprodukt Natriumaluminiumsilikat die Formel

2 Na₂O · 2 Al₂O₃ ■ 3 SiO₂
aufweist.

Natriumoxid

Unter Natriumoxid, das in Gramm pro Liter Na₂O ausgedrückt wird, ist das Natriumoxid zu verstehen, das in der Lösung als ^gebundenes Natriumhydroxid und gebunden ma 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

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

ίο 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 leeinfiußt wird, die auf der Bindung des Natriumhydroxids mit der Kieselerde in dem Bauxit zurückzufüliren 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 mineralisches 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 Aufsch'.ußzeit abhängt,

R-

(d) 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 200 bis 250° C, erreicht werden kann.

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 Al₃O₃ 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

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
Al_aO₃ 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 einer Gas-6s 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 Extrak-

tionstemperatur 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 100⁰C wird durch sofortiges Eintauchen in einen Tank kalten Wassers erreicht. Die ^uischlämmung 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 Extrakti'onsbedingungen dieser Untersuchungen und die erzielten Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt.

	Na₂O	SiO₂ in Lauge	Extraktionsbedingungen	Zeit	% AI₂O₃	°/o gesamtes	Mutter- laugen- verliäJtnis	angegriffener Quarz	Ergebnisse	SiO₂ in Mutterlauge
	g/l	Sä		Minuten	extrahiert	zurVerfügung stehendes Al₂Oj		(% ges.)	angew.NaOH	an
Priif- Nr.	270	0,53	Temp.	15	50,00	zurückgew.	0,99	5,5	(t-NaOH/ 1-AI₂O₃)	3,59
			⁰C	30	50,06	88,6	0,99	15,9	extrahiert	3,22
1			180	60	50,96	90,5	0,99	17,1	",049	3,27
2				90	52,26	90,3	1.00	29,3	0,051	3,39
3	218	0,53		15	51,68	92,6	0,99	18,9	0,051	2,06
4				30	53,15	91,6	1,01	22,0	0,053	2,18
5			200	60	53,25	94,2	1,02	34,8	0,051	2,24
6				90	53,79	94 4	1,01	47,6 ·	0,050	2,26
7	157	0,53		15	^53,36	95,4	1,03	20,1	0,054	1,30
8				30	54,51	94,6	1.05	36,6 .	0,057	1,33
9			220	60	54,82	96,6	1,05	39,0	0.049	1,17
10				90	54,84	97,2	1,04	71,4	0,053	1,23
11	127	0,53		15	54,34	97,2	1,07	31,1	0,053	0,84
12				30	54,49	96,3	1,05	40,9	0,062	0,81
13			230	60	54,76	96,6	1,06	65,2	0,052	0,83
14				90	55,07	97,1	1,06	80,5	0,054	0.83
15	100,0	0,53		15	55,73	97,7	1,08	26,8	0,061	0,33
16				30	55,52	98,8	1,08	51,8	0,064	0,52
17			240	60	55,60	98,4	1,08	74,4	0,050	0,46
18				90	55,59	98,5	1,08	93,9	0,056	0,46
19					98,5		0,062
20					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-Lösung-Gehen der Tonerde, und in allen Untersuchungsreihen ist das Verhältnis zwischen der Zeit und dsm Ausmaß des Quarzangriffes offensichtlich.

(c) Die Geschwindigkeit des Auflösens des Quarzes ist eine Funktion der Aufschlußtemperatur. Selbst bei 240⁰C beläuft sich jedoch der Prozentsatz des angegriffenen Quarzes auf nur 27% nach iDminütigem Aufschluß.

(d) Die Geschwindigkeit der Entkieselung der Mutterlaugen hängt stark von der Temperatur ab. Bei 240⁰C tritt die Entkieselung so schnell ein, daß der Kieseierdegehait der Extraktlonslauge nach 15 Minuten unverändert bleibt. Bis zu dieser Zeit hält die Entkieselungsumsetzung Schritt mit dem Lösen des Quarzes, und im Anschluß hieran liegt der Kieselerdegehalt allmänlich trotz des fortgesetzten Quarzangriffes tiefer. Bei Temperaturen in dem Bereich von 240⁰C (d. h. 220 bis 25O⁰C) ergibt sich, daß eine ausreichende Entkieselung der Mutterlaugen in kurzen Aufschlußzeiten erreicht werden kann.

Claims

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

1. Verfahren zum schnellen Aufschließen von 5 schwieriger auflöst, Hierdurch wird das Anwenden Bauxit, der Tonerde teilweise in der monohydrati- verschärfter Arbeitsbedingungen bei dem Aufschluß sierten Form und teilweise in der trihydratisierten erforderlich (Cbem. Techn. 12, 8, S. 482 bis 489).
Form sowie die Kieselerde in erheblicher Menge Aus der deutschen Patentschrift 579 114 ist ein in Form von Quarz und teilweise gebunden mit Verfahren zur Herstellung von Tonerde aus Bauxit Tonerde enthält, vermittels Behändem des Erzes io durch Behändem mit Aluminat!a.uge bekannt, wobei mit AlkalilÖBung unter Druck und bei erhöhten eine Lauge mit 20 bis 21° Be bei einer Temperatur von Temperaturen, dadurch gekennzeich- über 190⁰C angewandt wird. Als Behandlungszeit net, daß man den Bauxit 10 bis 20 Minuten wird etwa 1 Stunde angegeben. Wird nach diesem lang bei 220 bis 250° C mit einer 80 bis 140 g/l Verfahren ein Bauxit mit Kieselerde in erheblichen Na./) enthaltenden Natriumhydroxidlösung bis 15 Mengen in Form von Quarz behandelt, so ist mit einem zum Lösen etwa der gesamten Tonerde, jedoch hohen Prozentsatz an angegriffener Quarzmenge zu nur bis zum Lösen von 30% des Quarzgehaltes rechnen.

des Bauxits behandelt und sodann die während Das Problem des Quarzangriffes hat auch L a η y i

des Aufschlusses gelöste Kieselerde ausfällt, wobei (in Femipari Kutato Intezet Közlemenyei, 1956, S. 5 während des gesamten Verfahrens in der Lauge 20 bis 23) erkannt. Bei den von ihm angewandten hohen ein Verhältnis Tonerde, ausgedrückt als Al₂O₃, zu Temperaturen sieht er einen Quarzangriff von etwa freiem Natriumhydroxid, ausgedrückt als Na₂O, in 40% als unvermeidbar an. Von ihm wird daher in Gramm pro Liter von 1,06 bis 1,12 aufrecht- einer zweiten Stufe eine Entkieselung für notwendig erhalten wird. und als nicht nachteilig erachtet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- 25 Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe bekennzeichnet, daß man 15 Minuten lang bei einer steht nun darin, die Alkaliverluste während des Temperatur von 240°C mit einer KK) g/l Na₂O Bauxitaufschlusses, bedingt durch Umsetzung mit enthaltenden Natriumhydroxidlösung den Auf- Kieselerde, dadurch hintanzuhalten, daß das Ausschluß durchführt und da.s Verhältnis von Ton- maß des Angriffs des Alkalis auf den Quarz gesteuert erde zu freiem Natriumhydroxid bei 1,08 gehalten 30 wird.

wird. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird

nun erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man den Bauxit 10 bis 20 Minuten lang bei 220 bis 250⁰C mit einer 80 bis 140 g/l Na₂O enthaltenden Natrium-

35 hydroxidlösung 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,

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum schnellen wobei während des gesamten Verfahrens in der Lauge Aufschließen von Bauxit, der Tonerde teilweise in der 40 ein Verhältnis Tonerde, ausgedrückt als Al₂O₂, zu monohydratisierten Form und teilweise in der tri- freiem Natriumhydroxid, ausgedrückt als Na₂O in hydratisierten Form sowie die Kieselerde in erheb- Gramm pro Liter von 1,06 bis 1,12 aufrechterhalten licher Menge in Form von Quarz und teilweise ge- wird.

blinden mit Tonerde enthält, vermittels Behandeln Eine bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungs-

des Erzes mit Alkalilösung unter Druck und bei er- 45 form kennzeichnet sich dadurch, daß man 15 Minuten höhten Temperaluren. lang bei einer Temperatur von 240⁰C mit einer

Es sind bereits eine Reihe Verfahren zum Auf- 100 g/l Na₂O enthaltenden Natriumhydroxidlösung schließen von Bauxit bekanntgeworden, bei denen den Aufschluß durchführt und das Verhältnis von ein Vorkalzinieren des Bauxiterzes vor dem Auf- Tonerde zu freiem Natriumhydroxid bei 1,08 geschluß mit Alkalihydroxidlösung erforderlich ist. 50 halten wird.

Hierbei ergibt sich während des Auflösens des rohen Ein wichtiger erfindungsgemäß erzielter Fortschritt

Aluminiumoxiderzes, das sowohl die Monohydrat- besteht darin, daß es möglich ist, ohne Vorkalzinieren als auch die Trihydratformen aufweist, eine pro- des Bauxiterzes auszukommen, wodurch ein stark gressive Verringerung der Menge an nutzbarem Alu- verbesserter Wirkungsgrad der Extraktion erzielt wird, miniumoxid, da das Verhältnis Al₂Oi,/NaOH sich 55 Ein weiterer erfindungsgemäßer Fortschritt besteht vergrößert. Dies erfolgt auf Grund der Umwandlung in der relativ schnellen Durchführung des Verfahrens, der löslicheren Trihydratformen in weniger lösliche ohne daß ein längeres Erhitzen wie nach dem Stande Monohydratform, die sodann aus der nicht gelösten der Technik erforderlich ist.

Monohydratform ausfällt. Diese Erscheinung ver- Das erfindungsgemäße Verfahren wird im folgenden

schlimmert sich bei einem stärkeren Erhitzen und 60 an Hand einer Reihe von Ausführungsbeispielen verlängerter Aufschlußzeit (deutsche Auslegeschrift erläutert, wobei zunächst die hier in Anwendung 1 014 087). kommenden Ausdrücke wie folgt definiert werden

Nach einem weiteren vorbekanntem Verfahren sollen,
erfolgt ein Vorkalziniieren eines Bauxits hohen Kiesel- _TT .

erdegehaltes von etwa 12 bis 16%, wodurch die 6_S Umsetzungsfahige Kieselerde (SiO₂)
Kieselerde in der verdünnten Alkalihydroxidlösung Umsetzungsfähige Kieselerde ist die in dem Bauxit

löslicher wird. Der nach dem Aufschluß verbleibende in gebundener Form als Tonkörper und/oder

Bauxit wird nach dem normalen Bayer-Verfahren anderen Silikaten vorliegende Kieselerde.