DE2343341B2 - Verfahren zur herstellung von tonerde unter aufarbeitung der anfallenden nebenprodukte - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Tonerde unter Aufarbeitung der anfallenden Nebenprodukte, z. B. amorphem Siliziumdioxid, Natrium- und Ammoniumsulfaten, die beim Schmelzen von Aluminium, bei der Herstellung von Zeolithen und Glas weitgehend verwendet werden.

Es ist ein Verfahren zur Herstellung von Tonerde und Nebenprodukten durch Verarbeitung von Alumosilikatrohstoff bekannt, in welchem man als Alumosilikatrohstoff natürliche Mineralien, wie Bauxite. Kaoline, Tone,

R₂O · Al₂O., · 11 SiO₂ + (11 - 2) · Na₂O + m H₂O Perlit

Alaunsteine verwendet (M a s e 1, W. A.: Proiswodstwo glinosjoma, Moskau 1955 - Gosudarstwennoje Nautschno-technitscheskoje Isdatelstwo Literatury po tschernoj i zwetnoj Metallurgii).

Der Naturrohstoff wird zur Erzielung amorpher Struktur bei einer Temperatur von 700 bis 900⁰C geröstet und abgekühlt Dann behandelt man das Material mit Schwefelsäure einer Konzentration von nicht über 40%.

Der erhaltene Schlamm wird abfiltriert Im Niederschlag verbleibt Siliziumoxid (Kieselerde), während das Aluminiumsulfate, Alkalien und Eisen enthaltende Filtrat durch Einwirkung einer Ammoniaklösung zum Abtrennen von Aluminium und Eisen in Form von Hydroxyden R(OH)₃ ausgefällt wird.

Das Aluminiumhydroxid reinigt man von dem

Eisen(III)-hydroxid durch Durchleiten von gasförmigem Chlorwasserstoff, oder durch Zugabe von Manganoxid.

Dadurch erhält man Tonerde sowie Natrium- und Ammoniumsulfate.

Die Verwendung von natürlichem Rohstoff für die Herstellung von Tonerde erfordert vorhergehendes Rösten und anschließendes Abkühlen, wodurch der technologische Prozeß kompliziert und das Produkt verteuert wird. Die Verwendung verdünnter Schwefelsäure erschwert das Filtrieren und das Waschen der Kieselerde, weil sich beim Vorgang des Abbaus der alkalischen Alumosilikate Silikagel bildet.

Die prozentuale Ausbeute von Tonerde aus den }o natürlichen alkalischen Alumosilikaten ist nicht hoch und liegt in einem Bereich von 80 bis 85%. Deshalb erhält man die Tonerde und Kieselerde verunreinigt durch Teilchen des Ausgangsgesteins, die die Qualität des Produktes senken.

In den DT-PS 7 53 121 und 2 99 121 wird zur Steigerung der Reaktionsfähigkeit von aluminiumhaltigen Gesteinen, in erster Linie von Ton, vorgängig ein Gemisch mit Schwefelsäure bei 450 bis 750⁰C geröstet, und das gesinterte Produkt nachfolgend abgekühlt und vermählen.

Danach wird mit auf 100⁰C erwärmter H^SO₄ und H₂O versetzt. Nach Abschluß der Reaktion wird das Gemisch filtriert und zur Entfernung von Sulfaten aus dem Niederschlag gewaschen.

Erfindungsgemäß wird als Alumosilikatmaterial durch Auslaugen von Perlit hergestelltes Alumosilikat verwendet:

= R₂O-AI₂Oj 2SiO₂ -2H₂O + (n-2) Na₂O SiO₂ + (m-2)H₂O

Niederschlag Lösung

Im Gegensatz zu den bekannten Verfahren wird somit erfindungsgemäß nicht das Ausgangsgestein, wie Ton, Nephelin u. a. der Säurebehandlung unterzogen, sondern ein künstlich hergestellter Stoff, der eine hohe Reaktionsbereitschaft aufweist, was wiederum eine Säurebehandlung ohne vorgängiges Rösten, ja sogar ohne vorgängiges Erwärmen ermöglicht. Die speziellen Eigenschaften des Niederschlags, wie Amorphie, hohe Alkalinität und Hydratisierung, gestatten die Verwendung hochkonzentrierter H2SO4, wobei eine hohe Wirksamkeit der Filtration gewährleistet ist, da die Reaktion exotherm verläuft.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren beträgt die Ausbeute an Hauptkomponente (AI₂O₃) 98 bis 99%, was mit der hohen Reaktionsbereitschaft der alkalisch aus Perlit hergestellten Alumosilikate zusammenhängt.

Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, die genannten Nachteile zu vermeiden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein f>o Verfahren zur Herstellung von Tonerde unter Verwendung der anfallenden Nebenprodukte unter Verwendung eines solchen Rohstoffes und Anwendung solcher technologischen Verfahrensschritte zu entwickeln, die es möglich machen, den technologischen Prozeß zu f>5 vereinfachen sowie Tonerde und Nebenprodukte hoher Qualität zu erhalten.

Gegenstand der Erfindung ist also ein Verfahren zur Herstellung von Tonerde unter Verwendung der

anfallenden Nebenprodukte, bei dem man einen Aiumosilikatrohstoff mit konzentrierter Schwefelsäure aufschließt, die zurückbleibende Kieselsäure abfiltriert, anschließend Aluminium- und Eisenhydroxide mit Ammoniaklösung ausfällt, aus diesem Niederschlag (R₂O₃) mit einer wäßrigen Natronlauge das Aluminiumhydroxid herauslöst, das Natriumaluminat vom Eisenhydroxid abfikriert, daraus Aluminiumhydroxid ausfällt, welches man anschließend trocknet und kalziniert, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man

a) als Aiumosilikatrohstoff durch alkalisches Auslaugen von Perlit zurückbleibendes Alumosilikat verwendet,

b) den Aufschluß dieses Rohstoffes mit Schwefelsäure einer Konzentration von 80 bis 90% durchführt,

c) aus der Aluminatlauge das Aluminiumhydroxid mit Kohlendioxid ausfällt,

d) die nach c) erhaltene Na₂CO₃-Lösung mit Ca(OK)₂ kaustifiziert und die Natronlauge zurückführt,

e) die Kieselsäure mit einer Salzsäurelösung wäscht und trocknet,

f) das Filtrat der R₂Oj Fällung mit gemahlenem Perlit und Kalkstein vermischt, das Gemisch chemisch trocknet und granuliert.

Die Verfahrensstufen c) und d) sind an sich in der Technologie des Aluminiums bzw. der Tonerde bekannt.

Die Herstellung von Alumosilikaten bei der alkalischen Verarbeitung von Perlit ist aus der SU-PS 1 64 584 bekannt.

Im Laufe der exothermen Reaktion steigt die Temperatur des Gemisches schlagartig auf 160 bis 170°C. Dabei kommt es zur Dehydratation des Silikagels, wodurch die Kieselerde aggregiert wird, das die Ursache für eine gute Filtration des Schlamms ist Die hohe prozentuale Ausbeute yon Tonerde aus dem Ausgangsrohstoff und die hohe Qualität der erhaltenen Produkte wirken sich positiv auf die Kosten des Produktes aus. Die Verwendung von Ätznatronlösung für die Reinigung der Tonerde vom Eisen(IIl)-hydroxid ist fortschrittlicher., weil dabei ein hoher Reinigungsgrad des Endproduktes erzielt wird.

■ o Zum besseren Verständnis der Erfindung werden konkrete Beispiele für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens angegeben.

Beispiel

•5 Alkalische Alumosilikate R₂O · AI₂O₃ η SiO₂ m H₂O mit einer geringen Menge von Beimengungen wie Fe₂O₃; CaO; MgO (deren Gesamtmenge in den alkalischen Alumosilikaten in einem Bereich von 3 bis 6 Gew.-% schwanken kann) der allgemeinen chemischen -° Zusammensetzung:

SiO₂ 38 Gew.-%; Al₂O₃ 29 Gew.-%;
R₂O 19 Gew.-o/o; Fe₂O₃1,68 Gew.-%;
CaO 1,62 Gew.-%; MgO 0,7 Gew.-%;
Verluste beim Glühen + Feuchtigkeit 10 Gew.-% behandelt man mit 80- bis 90%iger Schwefelsäurelösung. Durch die Behandlung mit Säure werden die alkalischen Perlitalumosilikate in Siliziumdioxid (SiO₂) und in Sulfate derselben Kationen, die in dem Ausgangsrohstoff enthalten sind
(K₂SO₄; Na₂SO₄; CaSO₄;

MgSO₄; AI₂(SO₄J₃; Fe₂(SO₄)J,
nach der folgenden Reaktion

(Na.K)₂O · Al₂Oj2SiO, · mH,O + 4H₂SO₄ = (Na₁K)₂SO₄ + AI₂(SO₄), + 2SiO₂ + (m - 4)H₂O

zerlegt.

Der erhaltene Schlamm wird einer Filtration unterworfen. In das Filtrat gehen die löslichen Sulfate
(K₂SO₄; Na₂SO₄; Al₂(SO₄J₃; und Fe₂(SO₄J₃
über, während im Niederschlag SiO₂ im wesentlichen schlecht lösliche Calciumsulfate und Beimengungen der löslichen Sulfate hinterbleiben. Die chemische Zusammensetzung des Niederschlags (SiO₂) ist wie folgt:
SiO₂ 81,40 Gew.-%; MgO 0,4 Gew.-%;
Al₂O₃1,2 Gew.-%; Na₂O 0,2 Gew.-%;
K₂O 0,2 Gew.-%; Fe₂O₃ Spuren; CaO 0,6 Gew.-%;
Verluste beim Glühen + Feuchtigkeit 16,00Gew.-%.

Zur Herstellung von reinem Siliziumdioxid behandelt man den Niederschlag mit einer Salzsäurelösung, trocknet nach dem Waschen und verpackt als Handelsprodukt mit der chemischen Zusammensetzung: SiO₂ 89,84 Gew.-%; Verluste beim Glühen + Feuchtigkeit 938 Gew.-%; alles übrige 0,78 Gew.-%.

Die Sulfatlösung (Filtrat) behandelt man mit wäßriger Ammoniaklösung (25%) zum Ausfällen von Aluminium und Eisen in Form von Hydroxyden nach der folgenden Reaktion:

R₂(SO₄), + 6NH₄OH = 2R(OH), + 3(NH₄I₂SO₄.

worin R für Al und Fe steht.

Die Suspension unterwirft man einer Filtration zum Abtrennen von R(OH)₃ von dem Natrium-, Kalium- und Ammoniumsulfat. Den Niederschlag R(OH)₃ behandelt man mit einer Lösung von kaustischer Soda mit einer Na₂O-Konzentration von etwa 400 bis 450 g/l. Dann kommt es zur Umsetzung von Al(OH)₃ mit NaOH, und ps hildet sich das Natriumaluminat (NaAI₂) nach der folgenden Reaktion:

Al(OH)₃ + NaOH = NaAIO₂ + 2H₂O,

während sich Fe(OH)₃ unverändert in Form von Niederschlag bildet, der durch Filtration abgetrennt wird.

Das Filtrat (Natriumaluminat) unterwirft man einer Karbonisierung nach dem bekannten Verfahren

2NaAlO₂ + 4H₂O + CO₂

> 2Al(OH), + Na₂CO, + H₂O.

wobei sich Al(OH)₃ abscheidet, das nach der Abtrennung durch Filtration vom Natrium- und Kaliumkarbonat einer Kalzinierung (bei 1000 bis 1100°C) unterworfen und als Handelstonerde mit der chemischen Zusammensetzung:

Al₂O₃ 99,6 Gew.-%; SiO₂ 0,25 Ge w.-%;
Na₂O 0,14 Gew.-%; Fe₂O₃ 0,01 Gew.-%
verpackt wird.

Bei der Behandlung der alkalischen Alumosilikate fallen (wie aus dem obendargelegten ersichtlich ist) Nebenprodukte, wie die Lösung von Natrium-, Kalium- und Ammoniumsulfat sowie die Lösung von Natriumf>o karbonat Na₂CO₃ (erhalten bei der Karbonisierung des Natriumaluminats) an.

Die Natriumkarbonatlösung unterwirft man einer Kaustifizierung mit Kalk

ds Na₂CO, + Ca(OH)₂ = 2 HuOI I + C;iCO,

CaCO₃ trennt man durch Filtration ab, leitet das Filtrat (NaOH) in den Prozeß zum Auflösen von Al(OH₃)

zurück, während das Calciumkarbonat und die Natrium-, Kalium- und Ammoniumsulfate zur Bereitung von Glassatz verwendet werden.

Zur Herstellung von Glassatz vermischt man die Lösung von Natrium-, Kalium- und Ammoniumsulfat mit gemahlenem Perlit und Kalkstein.

Es wurde festgestellt, daß bei der Verarbeitung 1 t alkalischer Alumosilikate 1,61 Natriumsulfat und bei der Zugabe zu diesem von 6,3 t Perlit (mit der chemischen Zusammensetzung:

SiO₂ 7337 Gew.-o/o; AbO₃13,41 Gew.-%;

R₂O 7,3 Gew.-%; Fe₂O₃OyO Gew.-%;

CaO 1,17 Gew.-%; MgO 0,44 Gew-%;
Verluste beim Glühen + Feuchtigkeit 3,94 Gew.-o/o) und 1,1 t Calciumkarbonat (CaCO₃) 9 t Glassatz der folgenden chemischen Zusammensetzung erhalten werden:
SiO₂ 62,2 Gew.-%; Al₂O₃1 U4Gew.-%;
Na₂O 15,1 Gew.-o/o; Fe₂O₃ 0,5 Gew.-%;
CaO 10,44 Gew.-%: MgO 0,34 Gew.-%; TiO₂ 0,08 Gew.-%.
Der so hergestellte Glassatz ist nach seinen

Eigenschaften besser, da er homogener ist, sich nicht vermischt und billig ist.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur Herstellung von Tonerde unter Aufarbeitung der anfallenden Nebenprodukte, bei dem man einen Alumosilikatrohstoff mit konzentrierte»- Schwefelsäure aufschließt, die zurückbleibende Kieselsäure abfiltriert, anschließend Aluminium- und Eisenhydroxide mit Ammoniaklösung ausfällt, aus diesem Niederschlag (R2C3) mit einer wäßrigen Natronlauge das Aluminiumhydroxid herauslöst, das Natriumaluminat vom Eisenhydroxid abfiltriert, daraus Aluminiumhydroxid ausfällt, welches man anschließend trocknet und kalziniert, dadurch gekennzeichnet, daß man

   a) als Alumosilikatrohstoff durch alkalisches Auslaugen von Perlit zurückbleibendes Alumosilikat verwendet

   b) den Aufschluß dieses Rohstoffes mit Schwefelsäure einer Konzentration von 80 bis 90% durchführt,

   c) aus der Aluminatlauge das Aluminiumhydroxid mit Kohlendioxid ausfällt,

   d) die nach c) erhaltene Na₂CO₃-Lösung mit Ca(OH)2 kaustifiziert und die Natronlauge zurückführt,

   e; die Kieselsäure mit einer Salzsäurelösung

   wäscht und trocknet,
   0 das Filtrat der R₂O₃ Fällung mit gemahlenem Perlit und Kalkstein vermischt, das Gemisch chemisch trocknet und granuliert.