DE2532079A1

DE2532079A1 - Aluminium sulphate continuous prodn. - from aluminium-bearing minerals by digestion with hot sulphuric acid under pressure

Info

Publication number: DE2532079A1
Application number: DE19752532079
Authority: DE
Inventors: James Beaumond Hunter
Original assignee: AE and Ci Ltd; African Explosives and Chemical Industries Ltd
Current assignee: AE and Ci Ltd; African Explosives and Chemical Industries Ltd
Priority date: 1974-07-26
Filing date: 1975-07-17
Publication date: 1976-02-05
Also published as: AU8284875A; ZA744772B

Abstract

The prodn. of Al2(SO4)3 from Al-bearing minerals comprises the following stages: (a) continuously charging a reactor with H2SO4 and a suspension of the mineral in water, (b) maintaining the reaction zone at elevated temp., pref. 178 degrees C, and above atmos. pressure, pref. 885 kPa, (c) continuously removing the reaction prod. from the reactor, and (d) sepg. the undigested solids. The process pref. uses an excess of concn., esp. 98 wt % H2SO4 and mineral ground to a particle size of under 0.15 mm. The process avoids the disadvantages associated with labour-intensive batch operation in glass lined reactors, which are costly, short lived and very sensitive to thermal shock.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Aluminiumsulfat aus aluminiumführenden Mineralien Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur herstellung von Aluminiumsulfat aus aluminiumführenden Mineralien.Method and device for the production of aluminum sulfate aluminum-bearing minerals The invention relates to a method and a Device for the production of aluminum sulphate from aluminum-bearing minerals.

Bekanntermaßen wird Aluminiwnsulfat durch chargenweises Auslaugen von aluminiumführenden Mineralien (z.B. Flint- bzw. It is known that aluminum sulfate is produced by batch leaching of aluminum-bearing minerals (e.g. flint resp.

Schieferton)mit verdünnter Schwefelsäure erzeugt. Dieses Auslaugen erfolgt normalerweise unter Druck in einem mit Glas oder Email ausgekleideten Durckgefäß und dauert bis zu etwa einer Stunde, Das Verfahren liefert eine verdünnte Aluminiumsulfatlösung mit darin suspendierten Feststoffen wie Kieselsäure, die durch Filtrieren entfernt werden. Unter "Filtrieren" wird dabei jede geeignete Methode zur Trennung von Flüssigkeiten und @eststoffen verstanden.Shale) with dilute sulfuric acid. This leaching normally takes place under pressure in a pressure vessel lined with glass or enamel and takes up to about an hour. The procedure provides a dilute aluminum sulfate solution with suspended solids such as silica, which are removed by filtration will. The term "filtering" refers to any suitable method for separating liquids and @eststoffe understood.

Von den Nachteilen des vorstehend skizzierten Verfahrens sind die folgenden bedeutsam: 1. Mit Glas ausgekleidete Druckgefäße sind teuer und haben eine relativ kurze Lebensdauer. Wartungs- und Ersatzkosten sind hoch. Of the disadvantages of the method outlined above are The following are significant: 1. Pressure vessels lined with glass are expensive and have a relatively short lifespan. Maintenance and replacement costs are high.

2. Glasausgekleidete Gefäße erfordern eine große Sorgfalt, da die Auskleidung sehr wärmeschockempfindlich ist.2. Glass-lined vessels require great care because the Lining is very sensitive to thermal shock.

Für ihren Betrieb und ihre Wartung wird daher erfahrenes Personal benötigt. Experienced personnel are therefore required for their operation and maintenance needed.

3. Da solche Gefäße auf Bestellung hergestellt werden, sind die Lieferzeiten üblicherweise recht lang. Das erfordert entweder eine Vorratshaltung von überzähligen Gefäßen oder eine Stillegung der Apparatur für längere Zeitdauern. Beide Alternativen sind kostspielig.3. Since such vessels are made to order, the delivery times are usually quite long. That either requires a stockpiling of surplus Vessels or shutdown of the apparatus for longer periods of time. Both alternatives are costly.

4. Das bekannte Verfahren ist ein Chargenprozeß und mithin arbeitsintensiv.4. The known method is a batch process and therefore labor-intensive.

Gegenstand der Erfindung ist daher ein verbessertes und kontinuierliches Verfahren zur Erzeugung von Aluminiumsulfat aus aluminiumführenden Mineralien sowie eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.The invention therefore provides an improved and continuous one Process for the production of aluminum sulphate from aluminum-bearing minerals as well an apparatus for performing such a method.

Gemäß eines Aspekts der Erfindung umfaßt ein Verfahren zur Erzeugung von Aluminiumsulfat aus aluminiumführenden Mineralien Verfahrensschritte einer kontinuierlichen Einspeisung von Schwefelsäure und einer Suspension eines aluminiumführenden Minerals in Wasser in ein Reaktionsgefäß; die Aufrechterhaltung von erhöhten Temperaturen und'Uberatmosphärendrucken in der Reaktionszone; einen kontinuierlichen Abzug des Reaktionsprodukts aus dem Reaktor; und die Entfernung der nicht-digerierten Feststoffe von diesem. According to one aspect of the invention, a method of making of aluminum sulfate from aluminum-bearing minerals a continuous process steps Infeed of sulfuric acid and a suspension of an aluminum-bearing mineral in water in a reaction vessel; the maintenance of elevated temperatures und'Uber atmospheric pressures in the reaction zone; a continuous deduction the reaction product from the reactor; and the removal of the undigested Solids from this.

Vorzugsweise ist die verwendete Schwefelsäure konzentrierte Säure, beispielsweise mit einer Konzentration von 98 Gew.% (98 % m/m). Preferably the sulfuric acid used is concentrated acid, for example with a concentration of 98% by weight (98% m / m).

Die benutzte Schwefelsäuremenge kann die für das Digerieren des aluminiumführenden Minerals erforderliche stöchiometrische Menge sein, jedoch wird die Anwendung eines leichten Säureüberschusses bevorzugt. Ein solcher Säureüberschuß kann durch Zugabe von Aluminiumhydrat, Bauxit oder anderen basischen Materialien,die vorzugsweise basische Aluminiumsalze sein sollten, zu dem vom Reaktionsgefäß abgezogenen Schlamm neutralisiert werden. The amount of sulfuric acid used can be that for digesting the aluminum-bearing Minerals required stoichiometric amount, however, the application will be one slight excess of acid preferred. Such an excess of acid can be obtained by adding of aluminum hydrate, bauxite or other basic materials, preferably should be basic aluminum salts to the sludge withdrawn from the reaction vessel be neutralized.

Das aluminiumführende Mineral ist vorzugsweise auf eine Korngröße von weniger als 0,15 mm gemahlen. The aluminum-bearing mineral is preferably down to one grain size ground less than 0.15 mm.

Die Temperatur in der Reaktionszone liegt geeigneterweise in der Gegend von 1780C und der Druck kann in der Gegend von 885 kPa liegen. The temperature in the reaction zone is suitably in the range Around 1780C and the pressure can be around 885 kPa.

Die zur Bildung eines Schlamms mit dem Mineral verwendete Wassermenge hängt von den genauen Reaktionsbedingungen ab, die angewandt werden sowie von der Stärke der Schwefelsäure und der Leichtigkeit, mit welcher der Schlamm gepumpt werden kann. Die erforderliche Menge ist jedoch vom Fachmann ohne Schwierigkeiten zu ermitteln. The amount of water used to form a sludge with the mineral depends on the exact reaction conditions that are used as well as on the Strength of sulfuric acid and the ease with which the sludge is pumped can. However, the required amount can be determined without difficulty by the person skilled in the art.

Nach Entfernung aus dem Reaktor wird das in Form eines Schlamms vorliegende Reaktionsprodukt zur Entfernung von nicht-digerierten Feststoffen filtriert und dann zur Erzielung von Aluminiumsulfat eingedampft. After removal from the reactor, that becomes present in the form of a sludge Filtered reaction product to remove undigested solids and then evaporated to give aluminum sulfate.

Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung umfaßt eine Vorrichtung zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens einen verlängerten Rohrreaktor mit einem Einlaß für Schwefelsäure und eine Suspension von aluminiumfUhrendem Mineral in Wasser und einem Auslaß für das Reaktionsprodukt sowie Mitteln zur Aufheizung des Reaktors, Pumpen für die Einführung der Reaktionsmaterialien in den Reaktor und ein Filter zur Abtrennung von nicht-digerierten Feststoffen von dem aus dem Reaktor abgezogenen Reaktionsprodukt. According to a further aspect of the invention comprises an apparatus an extended tubular reactor to carry out the process described above with an inlet for sulfuric acid and a suspension of aluminum-bearing mineral in water and an outlet for the reaction product and means for heating of the reactor, pumps for introducing the reaction materials into the reactor and a filter for separating undigested solids from the Reaction product withdrawn from the reactor.

Der Reaktor kann eine Mehrzahl von Rohrelementen innerhalb eines Mantels mit gemeinsamen Einlaß- und Auslaßkammern fUr die Rohrelemente aufweisen. The reactor can have a plurality of tubular elements within one Have jacket with common inlet and outlet chambers for the pipe elements.

Der Mantel kann mit einem Einlaß und einem Auslaß für ein Heizfluid in diesen versehen sein. The jacket may have an inlet and an outlet for a heating fluid be provided in these.

Die Rohrelemente sind vorzugsweise ans Kohlenstoff (Graphit), obgleich andere korrosionsbeständige Materialien angewandt werden können. The tubular elements are preferably made of carbon (Graphite), although other corrosion resistant materials can be used.

Es folgt eine Beschreibung zur Erläuterung der Erfindung und ihrer Durchführungsweise unter Bezugnahme auf die angefügte schematische Darstellung eines Fließbildes. The following is a description for explaining the invention and its Implementation with reference to the attached schematic representation of a Flow diagram.

Gemäß der Zeichnung umfaßt ein vertikal angeordnetes Reaktionsgefäß 1 eine Nanteleinheit 2 als Gehäuse für eine Mehrzahl von Graphitrohren 3. Wasserdampf gelangt unter Druck in die Manteleinheit 2 über einen Einlaß 4 und wird über einen Auslaß 5 wiederabgegeben. According to the drawing comprises a vertically arranged reaction vessel 1 a jacket unit 2 as a housing for a plurality of graphite tubes 3. water vapor enters the jacket unit 2 under pressure via an inlet 4 and is via a Outlet 5 released again.

Schwefelsäure mit einer Konzentration von 98 Gew.% wird in das Rohrsystem durch einen Einlaß 6 mit Hilfe einer Pumpe 7 eingespeist, Ein Schlamm von auf eine Kornfeinheit von 0,15 mm gemahlenem Kieselton und Wasser wird über einen Einlaß 8 mit Hilfe einer Pumpe 9 gleichfalls in das Rohrsystem eingespeist. Sulfuric acid with a concentration of 98% by weight is in the pipe system fed through an inlet 6 by means of a pump 7, a sludge from on one Grain fineness of 0.15 mm of ground gravel and water is introduced through an inlet 8 is also fed into the pipe system with the aid of a pump 9.

Die Dimensionen des Rohrsystems und die Strömungsgeschwindigkeit sind derart, daß eine Aufenthaltszeit der umzusetzenden Materialien im Rohrsystem von bis zu etwa einer Stunde möglich ist. The dimensions of the pipe system and the flow velocity are such that a residence time of the materials to be converted in the pipe system of up to about an hour is possible.

Nach erfolgter Reaktion gelangt der Schlamm-Effluent über einen Auslaß 10 aus dem Rohrsystem in ein Neutralisationsgefäß 11. Hier wird, wenn gemäß der bevorzugten Ausführungsart ein leichter Säureüberschuß verwendet wurde, dieser überschuß durch Zugabe von Aluminiumhydratschlamm 14 zum GefäB 11 neutralisiert. Alternativ kann das neutralisierende Medium in die unter Druck stehende Leitung gepumpt werden, wodurch das Gefäß 11 überflüssig wird, was als bevorzugte Art und Weise der Neutralisierung des Säureüberschusses anzusehen ist. After the reaction has taken place, the sludge effluent passes through an outlet 10 from the pipe system into a neutralization vessel 11. Here, when a slight excess of acid is used in accordance with the preferred embodiment this excess by adding aluminum hydrate sludge 14 to vessel 11 neutralized. Alternatively, the neutralizing medium can be in the pressurized one Line are pumped, whereby the vessel 11 is superfluous, which is preferred The way in which the excess acid is neutralized.

Das Reaktionsprodukt wird dann einem Filter 12 zugeführt,in em das feste Material 15 abgesondert und entfernt wird. Nach Wunsch, kann das Filtrat 13 nach bekannten Verfahren oder nach dem in der dafrikanischen Patentanmeldung Nr. 72/267 der Anmelderin beschriebenen Verfahren eingeengt und in einen Feststoff überfuhrt werden. The reaction product is then fed to a filter 12, in which solid material 15 is segregated and removed. If desired, the filtrate 13 according to known methods or according to the method described in the African patent application no. 72/267 of the applicant is concentrated and converted into a solid will.

Beim Durchgang durch das Filter 12 wird das Reaktionsprodukt (bzw,. der abgetrennte Feststoff) gewaschen und das überschüssige Waschwasser zur Bildung von Schlamm mit Kieselton verwendet. When passing through the filter 12, the reaction product (or. the separated solid) washed and the excess wash water to form used by mud with pebble clay.

Ein typischer Betrieb der vorstehend beschriebenen Vorrichtung (mit den nachstehenden Vorrichtungs- und Verfahrensmerkmalen) ergab die folgenden Resultate: 1. benutzte Ausrüstung Länge des Reaktionsgefäßes 6 m Rohrdurchmesser 50 mm Anzahl der Rohre 9 Rohrmaterial Kohlenstoff (Graphit) 2. mantelseitige Bedingungen Heizfluid Sattdampf Dampfdruck 1085 kPa Dampftemperatur 1780 c 3. rohrseitige Reaktionsbedingungen angewandtes aluminium- Kieselton führendes Material Al2O3-Konzentration 40 % im Schieferton Tonkonzentration im 60 % Ton/Wasserschlamm Schlammströmungsge- 109 kg/h schwindigkeit Strömungsgeschwindigkeit der 98 %igen Schwefelsäure 72 kg/h Auslaßtemperatur des 178°C Schlamms aus dem Reaktor 178 C Reaktordruck 885 kPa Aluminiumsulfatproduktion 82 kg/h A typical operation of the device described above (with the following device and process features) gave the following results: 1. equipment used length of reaction vessel 6 m tube diameter 50 mm number of tubes 9 tube material carbon (graphite) 2. shell-side conditions heating fluid Saturated steam steam pressure 1085 kPa steam temperature 1780 c 3. tube-side reaction conditions applied aluminum pebble clay leading material Al2O3 concentration 40% im Shale clay concentration in the 60% clay / water sludge mud flow rate 109 kg / h speed Flow speed of the 98% sulfuric acid 72 kg / h outlet temperature of the 178 ° C sludge from the reactor 178 C reactor pressure 885 kPa aluminum sulfate production 82 kg / h

Claims

Claims process for the production of aluminum sulfate from aluminum-containing minerals, given the following process steps: - Continuous feeding of sulfuric acid and a suspension of aluminum-bearing Mineral in water in a reaction vessel; - Maintaining the reaction zone elevated temperature and under atmospheric pressure; - continuous peeling the reaction product from the reactor; and - separating the undigested solids.

2. The method according to claim 1, characterized in that the sulfuric acid concentrated acid, especially at a concentration of about 98% will.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the Ratio of sulfuric acid to aluminum-bearing mineral compared to an excess corresponds to the stoichiometric ratio.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that that the aluminum-bearing mineral has a grain size of less ground than 0.15 mm.

5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in, that the temperature in the reaction zone is in the region of 1780C.

6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in, that the pressure in the reaction zone is in the region of 885 kPa.

7. Device for performing the method according to one of the preceding Claims, characterized by a longitudinally extended tubular reactor (1) with a Inlet (6 or 8) for sulfuric acid and a suspension of aluminum-bearing mineral in water and an outlet (10) for the reaction product; Heating medium (2.4 and 5) for the reactor; Means for pressure control in the reactor; Pumps (7 or 9) for the introduction of the reaction materials into the reactor; and a filter (12) for the separation of undigested solids from that withdrawn from the reactor Reaction product.

8. Apparatus according to claim 7, characterized in that the reactor a plurality of pipe elements (3) within a shell (2) with common Includes inlet and outlet chambers for the tubular members.

9. Apparatus according to claim 8, characterized in that the Tubular elements made of carbon (graphite) are produced.

10. Apparatus according to claim 8 or 9, characterized in that the jacket (2) is provided with an inlet (4) and an outlet (5) for a heating fluid is.