DE2606979A1

DE2606979A1 - Verfahren zur herstellung von aluminium

Info

Publication number: DE2606979A1
Application number: DE19762606979
Authority: DE
Inventors: Kaloo Raj Kumar Bhilotra
Original assignee: Alcan Research and Development Ltd
Current assignee: Alcan Research and Development Ltd
Priority date: 1975-02-25
Filing date: 1976-02-20
Publication date: 1976-09-09
Also published as: BR7601097A; SE7602016L; AU1100376A; NO143108B; JPS565316B2; NL170755B; ZA76733B; US4075067A; GR58277B; NO143108C; FR2302352A1; FR2302352B1; DE2606979B2; NL7601685A; JPS51109206A; MX3272E; IN154733B; IT1055891B; NO760548L; AR206080A1

Description

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Alcan Research and Development Limited, Montreal/Kanada

Verfahren zur Herstellung von Aluminium

Die Erfindung betrifft die Herstellung von Aluminium. Das zur Aluminiumerzeugung verwendete Aluminiumoxid wird nach dem Bayer-Verfahren aus Bauxiterzen extrahiert. Bei diesem Verfahren wird das Erz bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck mit Natriumhydroxidlösung aufgeschlossen, wodurch Aluminiumoxidhydrat aus dem Bauxit durch Umwandlung in lösliches Natriumaluminat extrahiert wird.

Bekanntlich wird das Aluminiumoxidtrihydrat in der Weise aus der Natriumaluminatlösung ausgefällt, daß die Lösung

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geänie't ,

mit feinen Aluminiumoxidtrihydratteilchen beimpft wird, während sie zur gleichen Zeit abgekühlt wird.

Das als Produkt der Ausfällungsstufe abgenommene Aluminiumoxidtrihydrat wird calciniert, um Kristallwasser abzutreiben und auf diese Yfeise das Trihydrat in calciniertes Aluminiumoxid umzuwandeln, das als Ausgangsmaterial für die elektrolytischen R.eduktionszellen geeignet ist.

In der elektrolytischen Reduktionszelle wird das Aluminiumoxid in der Weise reduziert, daß Ströme mit niedriger Spannung und sehr hohen Stromstärken durch den Elektrolyten geleitet werden, der aus einer Lösung von Aluminiumoxid in einem Elektrolyten besteht, der aus NaF und AlF^ in einem vorgewählten Verhältnis zusammengesetzt ist. Der Strom fließt dabei zwischen einer oder mehreren über Kopf angeordneten Kohlenstoffanöden und einer Kathode, die die Auskleidung der Zelle bildet. Auf der -Spitze- der Zelle bildet sich eine Kruste von erstarrtem Elektrolyten. Auf - Kruste wird frisches Beschickungsaluminiumoxid aufgebracht und dieses wird in der Weise in den geschmolzenen Elektrolyten eingeführt, daß man die Kruste periodisch aufbricht, um den Aluminiumoxidgehalt zu ergänzen.

Es ist bekannt, daß das für diesen Zweck verwendete AIuniumoxid so weit wie möglich in Form eines groben, vollständig calcinierten und freifließenden Pulvers vorliegen sollte, damit die Bildung von unerwünschten.' harten Krusten auf der Oberfläche des geschmolzenen Elektrolyten in solchen Zellen vermieden wird.

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Man ist bislang immer davon ausgegangen, daß die Teilchen deswegen grob sein sollten, damit die Bildung von Agglomeraten vermieden wird, die erfolgt, wenn feine Teilchen in eine Flüssigkeit eingeführt werden, die diese nicht ohne weiteres benetzt. Man ist weiterhin davon ausgegangen, daß die Einführung von feinen Teilchen, die sich zu Agglomeraten verformen, Schwierigkeiten beim Betrieb der Zelle mit sich bringt, beispielsweise eine zu starke Bildung von Schlamm oder Sumpf am Boden der Zelle, weil sich die Agglomerate nicht auflösen können. Man ist daher der Ansicht gewesen, daß - obgleich die Alurniniumoxidteilchen grob sein sollen - sie nicht größer als etwa 150 u sein sollten, weil größere Teilchen sich in dem geschmolzenen Elektrolyten der Reduktionszelle nur sclwierig auflösen.

Man hat es auch immer als wünschenswert angesehen, daß das Aluminiumoxid, das in eine elektrolytische Reduktionszelle gegeben wird, eijien sehr niedrigen Restkristallwassergehalt haben sollte, damit Fluorverluste aus dem Elektrolyten des Bades aufgrund der Bildung Von Fluorwasserstoff durch Umsetzung des Zellelektrolyten mit Wasser vermieden werden. In typischer^T»v*eise wird der Kristallwassergehalt von Aluminiumoxid für elektrolytische Reduktionszwecke unterhalb von 2% gehalten. Ein solches Material wird im wesentlichen als kristallwasserfrei angesehen.

Die Calcinierung von Aluminiumoxidtrihydrat erfolgt normalerweise bei einer Temperatur in der Größenordnung von

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11OO°C und in einer Drehofen- oder Wirbelschichfbettcalciniervorrichtung. Auf diese Weise wird ein sandartiger freifließender Aluminiumoxidtyp erhalten. Wenn ein fließfähiges Aluminiumoxid, das im v/esentlichen aus a-Aluminiumoxid besteht, gewünscht wird, dann wird die Calcinierung bei einer Temperatur von 1200 C oder höher vorgenommen. In beiden Fällen werden in den Abgasen der Calcinierungseinrichtungen erhebliche Mengen von feinen Teilchen mitgerissen und diese Teilchen werden gewöhnlich nicht ganz vollständig in Aluminiumoxid umgewandelt, da diese feinen Teilchen in der Calcinierungseinrichtung eine relativ kurze Verweilzeit aufweisen, bevor sie mit dem Abgasstrom mitgerissen werden. Die Feinstoffe werden zur Vermeidung einer Luftverschmutzung mittels zyklonartigen mechanischen Ausfällungseinrichtungen oder elektrostatischen Ausfällungseinrichtungen aus dem Abgas entfernt und die auf diese Weise gesammelten Feinstoffe werden aus wirtschaftlichen Gründen zu der Masse der gröberen Aluminiumoxidteilchen zurückgegeben, die von den Calcinierungseinrichtungen weggenommen v/erden, oder sie werden zurück in die Calcinierungseinrichtungen geleitest. Wenn die Anwesenheit dieser Feinstoffe in dem calcinierten'Aluminiumoxid als störend angesehen wird, dann ist es üblich, das Bayer-Verfahren so zu führen, daß die als Produkt erhaltenen Aluminiumoxidtrihydratteilchen weniger als etwa 15 Gew.-?o Teilchen unterhalb 44 u. enthalten, obgleich es bekannt ist, daß die Leistung des Bayer-Verfahrens etwas erhöht werden kann, wenn ein höherer Anteil von feinen Aluminiumoxidtrihydratteilchen in dem Produkt akzeptiert wird. Bei einer typischen Betriebsweise eines Drehofens

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macht der Anteil der aus dem Abgas abgetrennten Feinstoffe 3 bis 10% des Aluminiumoxids aus, wobei typischerweise ein Hauptgewichtsanteil in einem Größenbereich von unterhalb 44 Ii liegen kann, obgleich 10^ oder mehr etwas größer als 44 u sein können. Da diese Teilchen nur teilweise calciniert v/erden, haben sie den Effekt, daß sie den Wassergehalt des calcinierten Aluminiumoxids von etwa Λ% auf nahezu 2% erhöhen. Der Wassergehalt dieser gesammelten Feinstoffe kann sich von etwa 5 bis zu etwa 255o erstrecken. Wenn eine Wirbelschichtbett-Calcinierungseinrichtung verwendet wird, dann kann der Anteil der gesammelten Feinstoffe erheblich größer sein, was auf das größere Aufbrechen der agglomerierten Aluminiumoxidtrihydratteilchen während der Calcinierung in dieser Einrichtung zurückzuführen ist. Jedoch ist gewöhnlich dann der Wassergehalt niedriger.

Die Anwesenheit von feinen Teilchen, z.B. von Teilchen mit weniger als 44 u , in dem Produkt bringt in den darauffolgenden Stufen zahlreiche Probleme mit «ich. Aufgrund des Vorliegens dieser Feinstoffe stellt das Aluminiumoxid sowohl bein Transport von der Anlage des Bayer-Verfahrens zu der elektrolytischen Reduktionszelle als auch beim Betrieb der Reduktionszelle ein stark staubendes Produkt dar. Mit den Abgasen der Reduktionszellen werden daher erhebliche Mengen von Feinstoffen mitgerissen, was weitere Probleme bei der Kontrolle der Luftverschmutzung mit sich bringt. Detaillierte Untersuchungen haben gezeigt, daß bis zur Hälfte der Feinstoffverluste in verschiedenen Stufen zwischen der Anlage des Bayer-Verfahrens und der

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Endreduktion zu Aluminium auf gesammelte Feinstoffe zurückzuführen sind, die aus der Calcinierungseinrichtung in das Aluminiumoxidprodukt zurückgegeben v/erden oder in die Calcinierungseinrichtung zurückgeschickt werden. Diese Verluste werden auf etwa die Hälfte vermindert, wenn man die gesammelten Feinstoffe nicht zu dem Produkt der Calcinierungseinrichtung zurückgibt, das selbst einen Gehalt von Teilchen unterhalb 44 u bis zu 10% hat (jedoch werden diese aufgrund der längeren Verweilzeit in der Calcinierungseinrichtung vollständig calciniert). Diese Verluste, die hauptsächlich aus Teilchen in einem Größenbereich unterhalb 44 u bestehen, treten als Stäube entweder beim Transport oder beim Betrieb der elektrolytischen Reduktionszellen auf, so daß das Vorhandensein von solchen Feinstoffen in dem Aluminiumoxid nicht nur zu einem technisch schlechteren Produkt (aufgrund von Staubproblemen, die beim Transport auftreten, und von Schwierigkeiten beim Betrieb der Reduktionszellen) führt, sondern auch zu einem erheblichen Verlust des Aluminiumoxids, das immer wertvoller wird.

Der Hauptteil der Verluste an Staub erfolgt in der elektrolytischen Reduktionsanlage. Man hat geschätzt, daß bis zu 50% der Verluste während und nach dem Transport des calcinierten Aluminiumoxids von den Lagerungsbehältern zu der Kruste der Reduktionszellen mit Einschluß von sehr erheblichen Mengen von Feinstoffen, die in den Abgasen der Zellen verloren gehen oder in der Zellauskleidung eingefangen werden, erfolgen. Weitere große Staubmengen gehen beim Transport des calcinierten Aluminium-

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oxids zu der elektrolytischen Reduktionsanlage von der Calciiiierungseinrichtung der Aluminiumoxidanlage verloren. Wenn die elektrolytische Reduktionsanlage von der Aluminiumoxidanlage entfernt angeordnet-ist, dann gehen erhebliche Staubmengen an den Punkten des Beladens und Entladens des Aluminiumoxids von Schiffen und/oder Landfahrzeugen verloren. Der Kauf eines Aluminiumoxids mit vermindertem Feinstoffgehalt bringt daher für den Verbraucher einen erheblichen direkten -wirtschaftlichen Vorteil sowie den indirekten wirtschaftlichen Vorteil, daß eine Luftverschmutzung durch Aluminiumoxidstaub vermieden wird, mit sich.'

Nach einem ersten Merkmal der vorliegenden Erfindung wird eine Feinteilfraktion, bei der ein Hauptgewichtsteil der Teilchen kleiner als 44 u ist, aus dem Austrittsgasstrom in der Calcinierungsstufe gesammelt und verdichtet, wodurch einzelne grobe Körner erhalten werden. Diese Feinteilfraktion wird gewöhnlich nicht vollständig calciniert (oder sie wird nur teilweise dehydratisiert) und sie besitzt in typischer V,^Teise einen Kristallwassergehalt im Bereich von etwa 5 bis 20%, obgleich in einem Vielstufen-Sammlungssystem die feinste Fraktion, die in einer elektrostatischen Ausfällungseinrichtung gesammelt wird, einen Wassergehalt haben kann, der so hoch wie 25% sein kann. Es wurde gefunden, daß diese groben Körner in Mengen von bis zu 50% und sogar bis zu 75% des Gesamtaluminiumoxidbedarfs einer Reduktionszelle verwendet werden können,' ohne daß beim Betrieb Schwierigkeiten auftreten. Für die kontinuierliche Verfahrensführung würde es jedoch

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bevorzugt werden, die Verwendung von solchen Körnern auf weniger als 25%, vorzugsweise höchstens etwa 10%, der Gesamtbeschickung für die Zelle zu begrenzen. Es stellt eines der überraschenden Merkmale der vorliegenden Erfindung dar, daß grobe Körner mit einer Größe von bis zu etwa 5 mm (5000 u), die bis zu 25% Kristallwasser enthalten können, zu dem Elektrolyten einer Reduktionszelle mit Erfolg gegeben werden können, ohne daß eine Akkumulierung von ungelösten Sumpfprodukten am Boden der Zelle bewirkt wird, d.h. praktisch nicht mehr Sumpfprodukte, als sie sich in einer Zelle ansammeln, wenn auf herkömmliche Weise hergestelltes Aluminiumoxid verwendet wird. Es hat sich auch als möglich erwiesen, diese Körner in dem Abgasstrom einer elektrolytischen Reduktionszelle einzufangen, um einen sogenannten "Trockenwaschvorgang" zur Wiedergewinnung der Fluorwerte durchzuführen, bevor das Aluminiumoxid in die Zelle eingegeben wird.

Obgleich es bislang normalerweise als erforderlich angesehen wurde, den Wassergehalt des Aluminiumoxids unterhalb 2% zu halten, wurden Testversuche durchgeführt, bei denen bis zu 75% Körner mit einem Wassergehalt von 11 bis 12% verwendet worden sind, was einem Wassergehalt von 9 bis 10% der gesamten Aluminiumbeschickung entspricht. Obgleich die abgegebenen Dämpfe ein Sammeln erforderlich gemacht haben, um zu verhindern, daß die Arbeitsbedingungen beim Aufbrechen der Kruste unangenehm werden, wurde doch der elektrolytische Betrieb der Zelle im wesentlichen davon nicht beeinträchtigt.

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Die Druckverdichtung der Feinstoffe der Aluminiumoxidcalcinierungseinrichtung, um Körner der gewünschten Endgröße zu erzeugen, ist durch Verwendung von handelsüblichen walzenartigen Verdichtungsraaschineη leicht erhältlich, um relativ große Pellets oder kontinuierliche Platten zu bilden, die in einer Standard-Granulierungsmaschine zu der geeigneten Korngröße aufgebrochen werden. Geeigneterweise werden die verdichteten Körner so ausgesiebt, daß sie durch ein Sieb'mit einer lichten Maschenweite von 476Ο u hindurchgehen und daß sie auf einem Sieb mit einer lichten Haschenweite von 150 η zurückgehalten werden. Es können jedoch auch andere Klassifizierungsstandards angewendet werden, z.B. eine solche Siebung, daß das Produkt durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 2362 jx hindurchgeht und auf einem Sieb mit einer lichten Maschenweite von 220 η zurückgehalten wird.

Die Feinstoffe der Calcinierungseinrichtung können bei mittleren bis hohen Walzenbelastungen der Verdichtungsmaschine ohne zugesetztes Bindemittelmaterial verdichtet werden, wobei entweder einzelne Pellets oder. Platten gebildet werden. Die Teilchen können entweder in vollkommen abgekühltem Zustand verdichtet werden oder in warmem oder heißem Zustand, z.B. mit 10Q°C. Es treten keine Schwierigkeiten auf, wenn das Material zu festen Pellets oder Platten verdichtet wird, die Granulierungstechniken Tinterworfen werden können, um Körner mit dem gewünschten Größenbereich zu bilden, ohne daß zugleich zu große Mengen von Staub gebildet werden, vorausgesetzt, daß Maßnahmen getroffen werden, um den Verdichtungsvorgang der

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Teilchen in gründlich entlüftetem Zustand vorzunehmeil. Obgleich es unnötig ist, irgendein Bindemittel zu verwenden, kann es in. manchen Fallen zweckmäßig sein, eine geringe Menge Wasser oder eines anderen geeignete Bindemittels zuzusetzen, tun den Yerdichtungsvorgang zu unterstützen. Errechnungen aufgrund von Lastkräften, die auf die !falzen der Ye rdichtungsvor richtung; angelegt werden, v.-eisen darauf hin, daß der Druck, der auf die Aluisiniumoxidfeinstozfe in der vialze für eine zufriedenstellende Granulierung zur Bildung von gemigena. starken Pellets oder gewellten Platten ausgeübt v/erden soll, in der Größenordnung von 10 "bis Jp. vorzugsweise 15 bis 25 t/6,45 es"" ist · ( 1575-^725 kg/cci^, vorzugsweise 2J>6o-394o kg/cm²). Obgleich der Yerdichtiragsvoi/gang nur auf die Äluminiunosid-Calciniertmgrseinrichtuns-s-Feiristoffe allein angewendet v-^ror-den krv""i. ka^n en docli in manchen Fällen z"ecknäßig seil", ö.ie Feinstoffe :-i:it einem Teil vollständig calcinierter Teilchen, dis vor- den: Produkt der Caiciniermigseinriclitun,"' abgenommen v/erder·., zu vermischen. Alternativ kam die Yerdichtung aticii auf das ganze Abgabeprodukt der Calcinierungsvorrichtung oder einen Kauptteil davon &~n.ge^7eiicLe~b -.-/erden, \τ&ώχι dieses einen großen Anteil, z.3. 30Ji oder Eiehr, Teilchen mit einer Große von weniger als 44 u enthält. Es kann in diesem Falle eine weitere Fraktion mit weniger als 44 u durch eine Luftaufschlämrrrarx.a; des Produlcts der Calciniermigseiurichtimg erhalten v/erden-

Ss hat sich gezeigt, daß Körner, die vollständig aus gesarsTPelten Calcinierunarseinrichtunirs—Feinstoffen mit einera

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Wassergehalt von bis zu 25% gebildet worden sind, ohne besondere Schwierigkeiten in Mengen von mindestens 10% des gesamten Aluminiumoxids, das in die elektrolytische Reduktionszelle eingebracht wird, zugesetzt werden können und daß sogar noch höhere Mengen, beispielsweise bis zu etwa 25% oder sogar bis zu 50% oder mehr, in bestimmten Fällen zugesetzt werden können, ohne daß eine zu starke Rauchbildung durch Umsetzung des Wassers mit dem Fluoridelektrolyten der Zelle bewirkt wird. Da die gesamten gesammelten Feinstoffe, die bei dem Betrieb der Drehofen-CaIcinierungseinrichtung anfallen,normalerweise nur 3-10% des Abgabeprodukts der Calcinierungseinrichtung ausmachen, können folglich die von den Abgasen gesammelten Feinstoffe in Form von Körnern für den Betrieb von nur einem Teil der Zellen verwendet werden, welche normalerweise von der Calcinierungseinrichtung beschickt werden, und der Rest der Zellen kann mit Aluminiumoxid beschickt werden, zu dem keine gesammelten Feinstoffe rückgegeben worden sind und das folglich einen niedrigeren Staubgehalt aufweist. In den meisten Fällen werden jedoch die Körner in einer solchen Menge zu dem gesamten Abgabeprodukt der Calcinierungseinrichtung gegeben, daß sie mindestens 2% ausmachen. Das Abgabeprodukt der Calcinierungseinrichtung ist daher an Feinstoffen im Vergleich zu einem Produkt verarmt, bei dem sämtliche gesammelten Feinstoffe rückgegeben worden sind.

Obgleich das Bayer-Verfahren ein sehr wirksamer Prozeß der Extraktion von Aluminiumwerten aus Bauxiterzen ist und zur Herstellung von Aluminiumoxid mit genügender

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Reinheit führt, daß eine direkte Zugabe zu den elektrolytischen Reduktionszellen gestattet wird, ist es nichtsdestotrotz zu vermeiden, daß einige Verunreinigungen in der Aufschlußstufe in Lösung gehen und daß sie aus der Natriumaluminatlösung mit dem Aluminiumoxidtrihydrat ausgefällt werden. Es wurde festgestellt, daß Feinstoffe, die aus dem Abgas gewonnen werden, das von einer Calcinierungseinrichtung (einer Drehofen- oder Wirbelschichtbett-Calcinierungseinrichtung) abgegeben wird, einen erheblich größeren Anteil von "Verunreinigungen, z.B. von Na, Si und Fe, enthalten als sie in dem groben Abgabeprodukt des Drehofens oder eines anderen Calcinierungsofens enthalten sind. Die Verdichtung der abgetrennten Feinstoffe zu Körnern und die Absonderung der Körner von dem groben Calcinierungsprodukt ergeben daher die Möglichkeit, den Verunreinigungsgrad des Aluminiumoxids zu kontrollieren, das in die Zellen eingegeben wird.

Nach einem weiteren Merkmal· der Erfindung werden daher die Körner der verdichteten Feinstoffe mit dem groben Calcinierungsprodukt in unterschiedlichen Verhältnismengen wieder gemischt, so daß Aluminiumoxidproduktfraktionen mit relativ hoher Reinheit und solche mit relativ niedriger Reinheit erhalten werden. Nach einer weiteren Alternative werden die verdichteten Feinstoff-Körner gesondert gehalten und sie können sodann als entsprechender Teil der Aluminiumoxidbeschickung zu diesen elektrolytischen Zellen zugesetzt werden, die bereits ein Aluminiumprodukt mit relativ niedriger Reinheit abgeben.

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Um beim Ausfällungskreislauf des Bayer-Verfahrens eine größere Produktivität zu erhalten, führen einige Aluminiumoxid-Hersteller das Verfahren so, daß Aluminiumoxidtrihydrat mit einem Gehalt an feinen Aluminiumoxidtrihydratteilchen (weniger als 44 u ) erhalten wird, das bis zu hO% der TrihydratbeSchickung für die Calcinierungseinrichtung bildet. Solche Trihydrate führen zu einem sehr hohen Anteil an Teilchen mit weniger als 44 u in den Teilchen, die aus den Abgasen gewonnen v/erden. Die Verdichtungstechnik der vorliegenden Erfindung ist für solche Fälle von besonderem Vorteil, da sie eine hohe Produktivität des Ausfällungskreises gestattet, ohne daß die vollständigen Nachteile in Kauf genommen werden müssen, die von der extremen Staubigkeit des Produkts herrühren.

Somit kann es in einigen Fällen zweckmäßig sein, die Ausfällungsstufe in einer solchen Weise in Betrieb zu nehmen, daß 10 Ge\-j.-°/o oder mehr des ausgefällten Aluminiumoxidtrihydratprodukts (nach Abtrennung des Teils der Feinstoffe, der zum Impfen benötigt wird) in Form von Feinstoffen vorliegen, d.h. als Teilchen mit weniger als 44 u, was zu einer Zunahme der teilweise dehydratisierten Feinstoffe führt, die aus den Abgasen der Calcinierungsvorrichtung gewonnen werden. Es sollte beachtet werden, daß aufgrund des Aufbrechens der Teilchen in der Calcinierungseinrichtung ein Ausfällungs-Trihydratprodukt, das 6 Gew.-°6 Teilchen mit einer Größe von -44 u enthält, in typischerWeise zu einem Produkt führt, das 1C$ oder mehr Teilchen mit -44 u nach der Calcinierung

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(mit Einschluß der rückzugesetzten gesammelten Feinstoffe) enthält. Die Anwendung von Ausfällungsbedingungen, die zu einem größeren Teil von Feinstoffen in dem Abgabeprodukt der Calcinierungseinrichtung führt, ist noch akzeptierbarer, wenn diese Feinstoffe (oder ein großer Teil davon) gesammelt und durch Verdichtungsverfahren zu Körnern umgewandelt werden.

Die beigefügte Zeichnung -zeigt ein Fließschema einer AIuminiumoxidherstellungsanlage, die für den Betrieb gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist.

In einer herkömmlichen Aluiainiur.ioxidanlage für das Bayer-Verfahren wird feuchtes Aluminiumoxidtrihydrat aus der Ausfällungsstufe bei 1 in das obere Ende eines geneigten Drehofens 2 eingegeben und ein calciniertes Aluminiumoxidprodukt wird bei 3 abgezogen. Brennstoff und Luft werden in das Bodenende des Ofens 2 bei 4 eingespritzt und als Ergebnis davon wird ein sehx¹ großes Gasvolumen vom oberen Ende des Ofens abgelassen. Dieses Abgas wird, in ein Staubsammlersystem 5 der ersten Stufe eingeleitet, worin etwa 95% der Feststoffe abgetrennt werden, die in den Abgasen eingefangen sind. Diese Teilchen v/erden in das BeSchickungsende des Calcinierungsofens zurückgeschickt.

Das Abgas aus dem Sammlersystem 5 der ersten Stufe wird in ein Sammlersystem 6 der zweiten Stufe eingeleitet, das aus Multizyklon-Separatoren zusammengesetzt ist, worin die teilweise dehydratisieren Feinstoffe, die zum großen Teil im Größenbereich von -44 u liegen, bei schär-

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feren Schwerkraftsbedingungen gesammelt werden als in der ersten Stufe. Das Abgas aus der zweiten Stufe 6 kann sodann in eine elektrostatische Ausfällungseinrichtung 7 eingeleitet werden, bevor es durch einen Schornstein 8 an die Atmosphäre abgelassen wird. Die elektrostatische Ausfällungseinrichtung sammelt Teilchen einer Größe im wesentlichen unterhalb 33 U · Diese besitzen typischerweise einen Viassergehalt von 17 bis 22%, da sie in der Calcinierungseinrichtung eine geringere Verweilzeit aufweisen. In manchen Fällen kann es zweckmäßig sein, die Trennung der zweiten Stufe mit der elektrostatischen Ausfällungseinrichtung zu einer einzigen elektrostatischen Ausfällungsstufe zu kombinieren.

Das System ist, soweit es oben beschrieben wurde, herkömmlicher Art. Bei der herkömmlichen Praxis würden die teilweise deliydratisierten Teilchen, die in der zweiten Stufe gesammelt worden sind, und die 3 bis 5% des in den Drehofen 2 eingespeisten Aluminiumoxids ausmachen, mxt dem calcinierten Aluminiumoxidabgabeprodukt vom unteren Ende des Ofens kombiniert. Die erheblich feineren Teilchen, die in der elektrostatischen Ausfällungseinrichtung 7 gesammelt worden sind, würden in manchen Fällen mit dem Produkt vermischt und in anderen Fällen in das Bayer-Verfahren zurückgeschickt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden jedoch die teilweise deliydratisierten Aluminiumoxidteilchen von der zweiten Stufe 6 und dem elektrostatischen Separator 7 zu einem Beschickungsbehälter 9 befördert, wo eine pri-

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märe Entlüftung erfolgt. Es stellt ein wichtiges Merkmal der Erfindung dar, daß die gesammelten Feinstoffe in dem Beschickungsbehälter 9 gründlich entlüftet v/erden sollten und daß sie ohne Wiederbelüftung zu einem Beschickungstrichter 10 geleitet v/erden sollen, wo die Entlüftung mit einer verjüngten Beschickungsschraube 11 vervollständigtwird, bevor das Produkt in einen Standardwalzenverdichter 12 eingeleitet wird, worin dieses zu harten Flocken bei den oben bereits beschriebenen Verfahrensbedingungen umgewandelt wird. Obgleich naturgemäß auch andere Entlüftungsmaßnahmen bzw. -einrichtungen möglich sind, wurde doch festgestellt, daß die Retention der Teilchen über einen Zeitraum von mindestens 30 nin in einem Bett mit einer Tiefe von etwa 60 bis 120 cm eine angemessene Entlüftung bei einem kontinuierlichen Prozeß ergibt, bei dem die Teilchen des Separators der zweiten Stufe in einem kontinuierlichen Strom dem Behälter zugeführt werden.

Die Flocken fallen von dem Verdichter 12 in den rotierenden Käfig eines Granulators 14, worin sie mittels eines im Gegensinn rotierenden Messers aufgebrochen werden. Das durch Disintegration der Flocken in dem Granulat 14 gebildete Material wird durch einen Becherförderer 15 zu einer Reihe von Sieben 16 befördert, welche die Teilchen mit Übergröße abtrennen und sie über 17 in den Granulator 14 zurückschicken und die Teilchen mit Untergröße ebenfalls abtrennen und sie über 18 in die Verdi chtungs einrichtung 12 zurücksenden.

Es hat sich gezeigt, daß bei einem System mit einer vorgesehenen Kapazität von 4 bis 5 t/Tag gesammelte Fein-

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stoffe eine Verdichtungseinrichtung vom Komarck-Greaves-Typ 25CS9-3 zusammen mit einem Komarck-Greaves-Granulator, Modell 16-12, geeignet ist.

Die Produktkörner, die im Größenordnungsbereich von 2J-62 bis 220 u (oder einem anderen ausgewählten Teilchengrößenbereich) liegen, v/erden zu einem Lagerungsbehälter

19 befördert, von dem sie mittels einer Fördereinrichtung

20 zu einer beliebigen Transporteinrichtung 21 und zu der elektrolytischcn Reduktionsanlage befördert v/erden.

Wie aus den obigen Erläuterungen hervorgeht, können die Körner direkt mit dem Produkt von dem Drehofen 2 wieder gemischt v/erden oder sie können gesondert gehalten werden. Es wird ersichtlich, daß in jedem Fall der Gehalt an teilweise dehydratisiertem Aluminiumoxidstaub in dem calcinierten Aluminiumoxidprodukt im Vergleich zu dem Abgabeprodukt eines üblichen Aluminiumoxidcalcinierungssystems vermindert ist, das mit dem gleichen Aluminiumoxidtrihydratausgangsprodukt arbeitet.

Es sind ausgedehnte Versuche durchgeführt worden, um die Eignung von verdichteten Körnern von teilweise dehydratisiertem Aluminiumoxid als Beschickungsmaterial für elektrolytische Reduktionszellen als teilweise Ersatz für normales calciniertes Aluminiumoxid zu untersuchen.

Beispiel 1

Das normale Beschickungsmaterial für zwei elektrolytische Reduktionszellen war 907 kg pro Tag calciniertes

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Aluminiumoxid mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 1 "bis 2%. Bei einer Versuchsreihe wurde ein Teil der Aluminiumoxidbeschickung für eine Zelle durch 90,7 kg pro Tag verdichtete Multizyklon-Staubkörner ersetzt, welche ΛΟ% der Beschickung für die Zelle bildeten. Zu der anderen Zelle wurden 454 kg pro Tag Körner und 454 kg pro Tag normales Aluminiumoxid gegeben. Beide Zellen wurden normalerweise 33 Tage im Betrieb gehalten. Der Anteil der verdichteten Staubgranulate, die in die zweite Zelle eingegeben wurden, wurde sodann auf 680 kg pro Tag (75?o der Gesamtbeschickung für die Zelle) erhöht. Die Zelle arbeitete weiterhin zufriedenstellend, mit der Ausnahme, daß mehr Dampf während des Aufbrechens der Kruste abgegeben vmrde, als beim Normalbetrieb (Betrieb mit normalem calcinierten Aluminiumoxid) . Daraus wurde die Schlußfolgerung gezogen, daß die Körner von verdichteten teilweise dehydratisierten Aluminiumoxidfeinstoffen nicht mehr als 50% der Alurainiumoxidbeschickung für die Zelle auf regulärer Grundlage bilden sollten, obgleich ein zufälliger Überschuß keine Fehlfunktion der Zelle bewirken vmrde.

In beiden Zellen fiel der Verbrauch an AlF-, nicht aus dem

Rahmen des Verbrauchs heraus, der für einen normalen Betrieb der Zelle.erwartet wird. Die Reinheit des erzeugten Metalls mit Einschluß der Eisen- und Siliziummengen war ebenfalls normal. Es gab einige Anhaltspunkte, daß die Verwendung von verdichteten Körnern die Gebrauchszeit der Zellauskleidung erhöhte.

Beispiel 2

Bei einer v/eiteren Versuchsreihe wurden zwei identische

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Linien von Reduktionszellen verwendet. Die Zeller, der Linie A wurden rait ungefähr 907 kg pro Tag nornalerc calcrnierten Aluminiumoxid (mit Einschluß von etwa 5?j teilweise dehydratisierter. rückgegebenen Staub) beschickt. Die Zellen der Linie B wurden nit ungefähr Go2 kg pro Tag calciniertera Aluminiumoxid (das von gesammeltem Sta-ab frei war) und 45,4 kg pro Tag verdichteten Staub.feinstoffen des Separators der zweiten Stufe im Größenbereich von 21'52 bis 220 u beschickt. Die verdichteten Staubkörner wurden auf diese V/eise somit in einer Menge zugesetzt, die der Menge des zurückgegebenen Staubs entsprach, die in normalem calc.inierter·. Aluminiumoxid, wie in einem Drehofen borgestellt, enthalten ist.

Bei einer verlängerten Versuchsreihe -»-airde festgestellt, da Π kein statistisch signifikantor Unterschied der HF-Verluste zv/ische^v' der Lini^ Λ und der Linie 3 bestand.

Nit len EniGsionsproüukter eier Zellen in peeler Linie wurden Messungen durchgeführt, v-'obei die folÄenäo:: Ergebnisse erhalten -v/d

Teilche:'-!"örr,ip;e unc. po.pförrnir'e Ei^issi

Linie A Linie (no mal) (Test)

Gesagte teilchen:?ör:?.ige Produkte: kg/Zelle/Tag

gasföi-iriiges Fluor: kg/Ze'i Ie/Tag
freies Al₂O₇: kg/Zelle/Ta/-Al-Ionen (als Al₂O-): kg/Zelle/Tag

20,	Ö	11	,S3
C.	17	5	,62
5,	17	2	,22
8,	2

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BAD ORIGINAL

26Ü6979

geändert

Linie A Linie B (normal) (Test)

SO₂: kg/Zelle/Tag _^ . . 12,7 12,0 Abgasip: m^/min/Zelle 77, I 63,9

Es wird ersichtlich, daß eine sehr· signifikante Abnahme dei Emission der gesamten teilchenförmigen Produkte aus der ZelD.e erfolgte und daß insbesondere eine signifikante Abnahme der Emission von AliyainiuEioxidstaub (freies Al₂O^' erfolgte.

Hinsichtlich der anderen Betriebsparaneter, z.B. der Stro:i;lcistun.r; und der Ze 11 spannung, war kein signifikanter Unterschied festzustellen.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Aluminiumoxid durch elektrolytische Reduktion von Aluminiumoxid, dadurch gekennzeichnet , daß die Aluminiumoxidbeschickung für die elektrolytische Reduktionszelle calcinierte Aluminiumoxidteilchen und 2 bis 50 Gew.-% Körner enthält, die aus verdichteten Aluminiumoxidteilchen gebildet worden sind und bei denen ein Hauptgewichtsteil der Teilchen eine Größe von weniger als 44 u hat, wobei die Körner eine Größe im Bereich von 5000 bis 150 uhaben.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Körner im Größeiibereich von 2562 bis 220 u liegen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,. - daß die Körner 2 bis 10 Gew.-^o des der Zelle zugeführten Aluminiumoxids ausmachen.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Körner einen Kristallwassergehalt im Bereich von 5 bis 25 Gew.-%, bezogen auf das Trockengewicht, haben.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß man beim Betrieb einer Gruppe von elektrolytischen Reduktionszellen die Verhältnismenge der Körner, die in die Zellen ein-

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gespeist werden, entsprechend der Reinheit des Metalls, das in den einzelnen Zellen erhalten wird, einregelt, wobei man einen größeren Verhältnisteil von Körnern den Zellen zuführt, die ein Metall mit niedrigerer Reinheit ergeben.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß man die Körner durch Verdichten einer feinverteilten Aluminiumoxidteilchenfraktion bildet, die von den Abgasen eines AIuminiumoxidtrihydrat-Calcinierungsofens gesammelt wird, wobei die Teilchen entweder allein oder nach dem Vermischen mi L calcinierten Aluminiumoxidproduktteilchen verdichtet werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die Körner in der Weise herstellt, daß man einen Strom der gesammelten Aluminiumoxidteilchen einer Walzenverdichtungseinrichtung zuführt, die Teilchen zu einer kontinuierlichen Platte verformt, die Platte unter Bildung von Körnern von verdichteten Teilchen disintegriert, die Körner klassifiziert, um ein · Produkt innerhalb eines vorgewählten Größenbereichs zu erhalten, die Körner mit Untergröße zu der Verdichtungseinrichtung zurückschickt und daß man die Körner mit Übergröße in die Disintegrierungsstufe zurückführt.

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