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Verfahren zur Herstellung von Kryolith Die vorliegende Erfindung botrifft
ein Verfahren zur Herstellung von Kryolith.
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Kryolith findet in der Aluminiumindustrie als Flußmittel bei der Schmelzflußelektrolyse
von Tonerde technische Verwendung.
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Es ist bekannt, Tonerdehydrat mit einem Uberschuß an wässriger Fluorwasserstoffsäure
zu sogenannter Kryolithsäure (H3AlF6) zu lösen und aus dieser Lösung durch Zugabe
von Katrium@alzen, wie NaCl, NaHF2, Na2SO4, Kryolith (Na3AlF6) auszufällen.
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Es ist weiterhin bekannt, im Interesse eines Verfahrens, welches frei
von sauren Abwässern ist, auch Natriumcarbonat ocier Natronlauge als Fällungsagenz
zu verwenden.
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Bei der Ausfällung von Kryolith aus H3AlF6-haltigen wässrigen Lösungen
mit Natriumsalzen resulti@@en schwer filtrierbare gelförmige Suspensionen, aus denen
sich der sehr feinkristalline Kryolith nur schwer abtrennen läßt. Nach der Abtrennung
Illit Til ie von Filtern oder Zentrifugen resultiert ein thixotroper Filterkuchen
mit einen Feuchtigkeitsgehalt von mehr als 50 %. In der anschließenden Kalzinationsstufe
muß dann das anhaftende Wasser quantitativ entfernt werden. Die Isachteile einer
solchen Verfahrensweise sind:
1) Ein sehr großer Filtrationsaufwand,
hervorgerufen durch die geringe Filtrationsgeschwindigkeit der gelförmigen Fällungssuspension;
2) ein hoher Energieaufwand bei der alzination des Kryolithfilterkuchens, bedingt
durch dessen hohen Gehalt an Haftwasser.
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Es ist bekannt, duch eine zusätzliche Konditionierungsstufe zwischen
der Kryolithfällung und der Filtration durch stundenlandes Rühren bei 60 °C eine
Verbesserung der Filtrierfähigkeit zu erhalten. Durch die zeitaufwendige Konditionierungsstufe
wird jedoch der kontinuierliche Fluß des Verfahrens erheblich gestört.
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Zweck der Erfindung ist die Beseitigung der angeführten Nachteile.
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Aufgabe der Erfindung ist die Gewinnung einer leicht filtrierfähigen
grohkristallinen Kryolithsuspension unmittelbar im Fällungsprozeß während der Kontinuierlichen
Umsetzung der Kryolithsäure mit Soda oder Natronlauge.
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Es wurde nun gefunden, daß bei der kontinuierlichen Umsetzung einer
Kryolithsäure mit Natronlauge oder Sodalösung ir einen Durchlaufreaktor eine grobkristalline
Kryolithsuspension resultiert, aus der der Feststoff unmittelbar ohne zusätzliche
Konditionierung abgetrennt werden kai In, wenn der pH-Wert der Reaktionssuspension
im Reaktor ständig 4 bis 7, vorzugsweise 5,0 bis 6,5 beträgt.
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Für die erfindungsgemäße Bildung einer grobkristallinen Kryolithsuspension
ist es dabei notwendig, die örtliche Ausbildung eines stark sauren oder alkalischen
Milieus in der Reaktionssuspension praktisch auszuschließen. Dies wird in einfacher
Weise
dadurch erreicht, daß die Fällung in einem Durchlaufreaktor durchgeführt wird, der
eine bereits @usreagierte Menge an Kryolithsuspension mit einem pH-Wert von 4 bis
7 enthält und in dem Reaktor eine starke Turbulenz erzeugt wird. Weiterhin darf
die zur Anwendung ko@@ende Kryolithsäure einerseits und die Sodalösung bzw. Matronlauge
andererseits nicht zu konzentriert sein.
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Das Verhältnis der im Reaktor ständig vorhandenen @enge an ausreagierter
Kryolithsuspension soll dabei zur Gesamtmenge der stündlich eingetragenen Lösungen
ein Verhältnis von @indestens 1 : 10 aufweisen.
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Als Konzentration für die im erfindungsgemäßen Verfahren verwendete
Kryolithsäure, Sodalösung bzw. Natronlauge werden empfohlen: Kryolithsäure maximal
20 % Sodalösung vorzugsweise 13 bis 15 % Natronlauge vorzugsweise 20 bis 30 % Während
die Anwendung höherer Konzentrationen auch bei starker Turbulenz im Durchlaufreaktor
zur kurzzeitigen Ausbildung, eines örtlich übersäuerten oder alkalischen Milieus
in der Suspension und damit zu einer Verschlechterung der Filtrierfähigkeit des
Kryoliths führt, wird durch Anwendung von Konzentratiollen unterhalb der angeführten
Werte das Suspensionsvolumen stark erhöht, wodurch ebenfalls ein Rückgang der Filtrationsleistung
hervorgerufen wird.
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Der erfindungsgemäße Zusammenhang zwischen den pH-tert der Reaktionssuspension
der Filtrat ionsge schwindigke it und dem Wassergehalt des abgetrennten Filterkuchens
ist aus der nachstehenden Tabelle ersichtlich. Die dort angeführten Werte beziehen
sich auf die kontinuierliche Umsetzung einer 15%igen Kryolithsäure mit einer 15%igen
Natriumcarbonatlösung bei einem Verhältnis von ausreagierter Kryolithsuspension
zur Gesamtmenge der eingetragenen Lösungsmenge von 1 : 6
pH-Wert
der Filtrations- Sedimentations- H2O-Geh. des Kryolithsuspen- geschwindig- geschwindigkeit
Filterkuchens sion keit m3/m2h cm/h Gew.% 8.2 0.1 3.5 52.5 7e0 1.2 10.0 45.5 5.8
2.3 52.0 22.1 5.2 3.1 55.0 19.8 4.0 1.0 25.0 39.5 2.s 0.3 6.0 48.2 Bei der Bestimmung
der Filtrationsgeschwindigkeit wurde ein Unterdruck von 0.5 kp/cm2 angewendet.
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Us technisch gut filtrierfähig sind Suspensionen zu bezeichnen, deren
Filtrationsgeschwindigkeit mindestens 1 m3/m2h bei einem Unterdruck von etwa 0.5
kp/cm2 beträgt. Unter den erfindungegemäß angewendeten Fällungsbedingungen zeigt
sich, daß diese Forderung erfüllt wird wenn der pH-Wert der Suspension 4.0 bis 7.0
beträgt. dus der Tabelle ist weiterhin ersichtlich, daß der Wassergehalt des feuchten
Filterkuchens nach der Filtration ein Minimum von ca 20 % erreicht, wenn der pH-Wert
der Suspension während des kontinuierlichen Fällungsprozesses zwischen 5.0 bis 6.0
gehalten wird.
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Die Erfindung soll nunmehr anhand eines Ausführungsbeispieles beschrieben
werden.
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Ausführungsbeispiel: Ein Durchlaufreaktor mit einem Inhalt von 1 m3,
der mit ausreagierter Kryolithsuspension mit einem pE-Wert von 5.5 gefüllt ist,
wird stündlich mit 1,655 mJ 17,5%iger Sodalösung und 2,345 m3 12,25%iger Kryolithsäure
beschickt, ohne daß eine merkliche pH-Wertänderung auftritt. Dabei stellt sich eine
Umsetzungstemperatur von 40 °C ein. Die überlaufende Kryolithsuspension wird ohne
zusätzliche Konditionierung unmittelbar
nach Verlassen des Raktors
mit einem Vakuumdrehfilter bei einem Überdruck von -0.5 kp/cm2 filtriert. Die Filtrationsgeschwindigkeit
beträgt 2,9 m3/m2h. Der resultierende Kryolithfilterkuchen enthält 20,4 % anhaftende
Feuchtigkeit.