DE2849636B2

DE2849636B2 - Verfahren zur Behandlung von Rotschlamm

Info

Publication number: DE2849636B2
Application number: DE2849636A
Authority: DE
Inventors: Akio Tomakomai Kainuma (Japan)
Original assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Current assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Priority date: 1978-04-24
Filing date: 1978-11-16
Publication date: 1980-05-08
Also published as: JPS5912805B2; GB2019236B; US4270875A; JPS54141027A; DE2849636A1; IT7829847A0; IT1101714B; GB2019236A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von Rotschlamm, der bei dem zur Herstellung von Aluminiumoxid durchgeführten Bayer-Verfahren als Nebenprodukt anfällt.

Bei dem Bayer-Verfahren wird Bauxiterz in einer Alkalilösung unter Erhitzen und unter Druck behandelt, um den Aluminiumoxidgehalt in die Lösung hineinzuextrahieren. In dieser Stufe wird eine erhebliche Menge von unslöslichen Rückständen erzeugt oder aus dem Bauxit freigegeben. Die üblicherweise als Rotschlamm bezeichneten RücKstände enthalten leine Teilchen von Eisenoxiden, Natriumaluminosilicaten, Titanoxiden und Quarz. Die Abtrennung des Rotschlamms von der Aluminatlauge und seine Verwerfung sind bei dem Bayer-Verfahren eine ziemlich schwierige Stufe.

Dies ist auf die 1 atsache zurückzuführen, daß - weil der Rotschlamm aus sehr feinen Teilchen besteht nicht nur ein langer Zeitraum zum Absetzen und Abtrennen unter Verwendung eines Verdickers oder dergleichen notwendig ist, sondern daß der abgetrennte Rotschlamm auch eine schlammartige Konsistenz hat und daß er einen erheblichen Aluminiumoxid- und Alkaligehalt aufweist, so daß ein ausreichendes vielstufiges Wuschen mil einer Reihe von Verdickern oder dergleichen notwendig ist, um die verwertbare Komponente zu gewinnen. Der Rotschlamm befindet sich weiterhin nach der Waschbehandlung im Zustand einer Aufschlämmung und er weist einen geringfügigen Alkaligehalt auf, so daß es unvermeidbar ist, diesen zur Ablagerung mittels einer Aufschlämmungspumpe zu transportieren. Dazu kommt noch, daß der Ablagerungsplatz völlig von einem Damm oder dergleichen umschlossen sein muß, damit ein Aussickern des Rotschlammes verhindert wird und damit die Umwelt geschützt bleibt. Der Ablagerungsort des durch die Aufschlämmungspumpe transportierten Rotschlamms ist daher auf eine Gegend in der Nähe der Anlage oder Fabrik begrenzt.

Überdies ist der Ablagerungsbereich des Rotschlammes, der durch die Ablagerung des schlammartigen Rotschlammes gebildet wird, sehr schwach, und selbst in (icgenden mit geringem Regenfall sind mehrere Woche;·, erforderlich, bis der Schlamm ohne Gefahr von Menschen betreten werden kann. Schwere Fahrzeuge können jedoch niemals in eine soiehe Gegend eintreten, so daß diese nicht direkt als Land verwendet werden kann (vgl. hierzu beispielsweise »Dewatering Large Volume Aqueous Slurries: Sand Bed Filtration of Bauxite Residue«, von Vogt, M. E., D.L. Stein, A.I.M.E. Symposium in Las Vegas [1976]).

Es wurden nun verschiedene Untersuchungen durchgeführt, um die obengenannten verschiedenen Probleme der Behandlung von Rotschlamm, der bei

in dem Bayer-Verfahren gebildet wird, zu lösen. Dabei wurde festgestellt, daß - wenn man den Rotschlamm zu einem Zustand komprimiert und entwässert, daß der Rotschlammkuchen ein Hohlraumverhältnis von weniger als 1,5, vorzugsweise 1,0 bis 1,5, hat, welches

Ii als Verhältnis des Gesamtvolumens der Hohlräume in dem Rotschlammkuchen zu dem Nettovolumen der Rotschlammteilchen in dem Kuchen ausgedrückt ist - der resultierende Rotschlammkuchen einen extrem verbesserten Charakter aufweist und daß er in der

-'Ii gleichen Weise wie übliche Erde und Sand zur Ablagerungtransportiert und gehandhabt werden kann. Es wurde weiterhin gefunden, daß mit einem solchen Rotschlammkuchen ein starker Grund gebildet werden kann, wenn man den Rotschlammkuchen in ein

r> geeignetes freies Land bringt und dort aufstapelt und einen geringen Walzdruck ausübt, so daß der so gebildete Grund leicht als solcher oder erforderlichenfalls, nachdem er lediglich mit einer dünnen Schicht von Erde und Sand bedeckt worden ist, verwendet

κι werden kann.

Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Behandlung von Rotschlamm, der bei dem zur Herstellung von Aluminiumoxid durchgeführten Bayer-Verfahren in der Rotschlammabtrennungsstufe

i> ausgetragen wird, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man den Rotschlamm zu einem Zustand komprimiert und entwässert, daß das Hohlraumverhältnis, welches als Verhältnis des Gesamtvolumens der Hohlräume in dem Rotschlammkuchen zu dem Nettovolumen der

to Rotschlammteilchen in dem Kuchen ausgedrückt ist, 1,5 oder weniger, vorzugsweise 1,0 bis 1,5, ist.

Erfindungsgemäß können die Rotschlammkuchcn in der gleichen Weise wie übliche Erde und Sand beim Transportieren und Aufstapeln gehandhabt werden.

4i Am Ablagerungsplatz sind keine Wälle oder Deiche notwendig. Es ist weiterhin nicht wahrscheinlich, daß die abgelagerten Rotschlammkuchen durch Absorption von Wasser zerfallen. Die angesammelte Schicht kann von Menschen betreten und von Fahrzeugen be-

-,0 fahren werden, und sie kann in einfacher Weise als Land verwendet werden, wenn man lediglich einen sehr geringen Walzdruck anwendet.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

y, Fig. 1 ein Diagramm, das die Abhängigkeit des obengenannten Hohlraumverhältnisses und des Wassergehalts, bezogen auf die trockene Grundlage, von dem Kompressionsdruck zeigt, und

Fig. 2 ein Diagramm, das Kurven der Trocken-

,o dichte zeigt, die gegen den Wassergehalt, bezogen auf die trockene Grundlage, erhalten beim Verdichtungstest des Rotschlammkuchcns, aufgetragen sind.

Bei der Filtrierung von Rotschlammaufschlämmung, die durch Absetzen in der Rotschlammabtrcn-

■rt nungs- und -waschstufe des Bayer-Verfahrens mittels eines üblichen Filters, beispielsweise eines Vakuumfilters, abgetrennt worden ist, werden nasse Rotschlarnrnküchcn mit einem Wassergehalt von Ί5% er-

halten. In diesem Zustand der Rotschlammkuchen ist das Hohlraumverhältnis 2,2 bis 2,5. Die Rotschlammkuchen sind immer noch viskos, und sie können leicht durch Durchbewegen bzw. Rühren zu einem fließfähigen Produkt (d. h. zu einem Schlamm) umgewandelt werden. Das Material ist daher immer noch schwierig zu handhaben und es kann nicht ohne einen Wall aufgestapelt werden.

Wenn diese gefilterten Rotschlamm kuchen oder die Rotschlammaufschlämmung in Filtersäcke gegeben werden und mittels eines Kompressors mit einer Kompressionskammer und einer Ramme oder mittels eines Diaphragmas unter Verwendung von Druckwasser komprimiert werden, dann werden die Rotschlammkuchen unter Erhöhung des Rammendrucks oder des Wasserdrucks kompaktiert, wodurch das Hohlraumverhältnis vermindert wird, und entwässert.

In Fig. 1 ist die Abhängigkeit des Hohlraumverhältnisses und des Wassergehalts auf Trockenbasis (d. h. % der Wassermenge-die in den Rotschlammkuchen enthalten ist, zu dem Trockengewicht der Rotschlammkuchen) von dem Kompressionsdruck gezeigt.

Untersuchungen haben ergeben, daß bei einer Verminderung des Hohlraumverhältnisses auf w eniger als 1,5 der Wassergehalt weniger als etwa 50% wird und daß zur gleichen Zeit die Viskosität verlorengeht und die Handhabungseigenschaften der Rotschlammkuchen verbessert werden. Sie können daher wie übliche Erde und Sand durch einen üblichen Schaufellatier an einem geeigneten Platz aufgestapelt werden, und zwar ungeachtet, ob es sich um einen überdachten oder freien Platz handelt. Dazu kommt noch, daß die Rotschlammkuchen, die zu einem Zustand mit einem Hohlraumverhältnis von weniger als 1,5 komprimiert worden sind, fast kaum Wasser absorbieren und daß es, wenn sie im Freien aufgestapelt werden, nicht langer wahrscheinlich ist, daß sie durch Regenwasser oder dergleichen zerfallen (d. h. daß eine Wiederaufschlämmung erfolgt). Es wurde weiterhin festgestellt, daß die aufgestapelte Schicht zu einem Grund mit einer starken Belastbarkeit verformt werden kann, wenn man auf die Oberfläche mit Reifenwalzen oder dergleichen einen leichten Walzdruck ausübt.

Erfindungsgemäß wird der Rotschlammkuchen bis zu einem Ausmaß komprimiert, daß das Hohlraumverhältnis 1,5 oder weniger beträgt. Bei einer extremen Kompression besitzt der resultierende Rotschlammkuchen einen geringeren Wassergehalt als der optimale Gehalt zur Verdichtung und Aufstapelung, was vom Standpunkt der Handhabung und der Ersparung von Entwässerungskosten unzweckmäßig ist. Demgemäß beträgt das Hohlraumverhältnis vorzugsweise 1,0 bis 1,5.

Nachstehend sind Ergebnisse von Tests zusammengestellt, die von den Erfindern durchgeführt wurden.

1. Wassereintauchtest:

Rotschlammkuchen wurden nach dem Filtrieren mittels eines Kompressors bei einem Druck von 12 kg/cm- komprimiert, wodurch komprimierte Kuchen mit einem Hohlraumverhältnis von 1,24 und einem Wassergehalt von 31,1% auf Naßbasis (45,1% auf Trockenbasis) erhalten wurden. In Tabelle I sind die Veränderungen des Wassergehaltes der resultierenden Rotschlammkuchcn im Verlauf der Zeit zusammengestellt, als die Kuchen in Wasser eingetaucht Tabelle 1
Eintauchzeit
in Wasser (h) 0 24 96 192 288

Wassergehalt

(% auf Naßbasis) 31,1 31,6 31,9 31,9 31,9 Wasser-

g^ehalt

(Vc auf Trok-

kenbasis) (45.1) (45.2) (46.S) (46,8) (46,8)

Aus den obigen Ergebnissen wird ersichtlich, daß die komprimierten Rotschlammkuchen fast kaum Wasser absorbieren. Dies bedeutet, daß - wenn sie im Freien in der gleichen Weise wie übliche Erde und Sand aufgestapelt werden - Regenwasser nicht zu einem Zerfallen führt.

2. Im Freien erfolgender Aufstapelungstest:

Die bei dem obigen Test (1) erhaltenen komprimierten Rotschlamm-Kuchenmassen wurden mit einem Schaufellader auf einen Kippwagen aufgeladen. Sie wurden von dem Kippwagen auf einen Grund abgeladen und sodann mit einem Schaufellader zu einer Höhe von 2,5 m aufgestapelt. Bei diesem Vorgang wurden die Rotschlammkuchen zerkleinert, um eine Korngrößenverteilung von der größten Korngröße von 100 mm bis zu mehreren mm zu erhalten. Die Teilchen zeigten jedoch keine gegenseitige Haftung und der Vorgang konnte, wie im Falle von üblicher Erde und Sand, glatt durchgeführt werden. Die Schüttdichte der so erhaltenen angesammelten Schicht betrug 1,58 g/cm\ Die Menge des trockenen Referenzrotschlammkuchcnspro 1 m' des Stapels bctrug 1,1 t.

Weiterhin floß Regenwasser nicht als Oberflächenwasser weg, sondern es wurde vielmehr in den Hohlräumen des Stapels gehalten, und es verdampfte, wenn der Stapel sich in feinem Zustand befand.

Um einen Grund aus solchen komprimierten Rotschlammkuchen zu bilden, wurden Verdichtungstests durchgeführt, bei denen komprimierte Rotschlamm-Kuchenmassen verwendet wurden. Die Anzahl der Stampfschläge wurde variiert, wodurch Kurven crhalten wurden, die die Beziehung zwischen dem Wassergehalt auf Trockenbasis und der Trockendichte wiedergeben, wie sie in Fig. 2 gezeigt sind.

Aus den obigen Ergebnissen wird ersichtlicn, daß die maximale Trockendichte bei einem Wassergehalt von etwa 30%, d. h. dem optimalen Wassergehalt (was einem Hohlraumverhältnis von 0,8 entspricht), beim Stampfen mit 45 Schlägen erhalten wird. Bei einer Zunahme des Wassergehalts (d. h. des Hohlraumverhältnisses) nähert sich die Trockendichte der Null-Hohlraumverhältniskurve (d. h. der Sättigungskurve) an, ohne daß die Anzahl der Stampfschläge von Einfluß ist. Insbesondere bei einem Wassergehalt von mehr als etwa 35% (entsprechend einem Hohlraumverhältnis von 1,0) kann die angesammelte Rotschlamm-Kuchenschicht durch einen einfachen Verdichtungsvorgang in einen dichten und kompakten Zustand, der von Hohlräumen frei ist, umgewandelt wrden.

Aus den Ergebnissen der obigen zwei unterschiedliehen Versuchsarten ergibt sich, daß, um eine Akkumulierungder Rotschlammkuchcn und eine Verdichtung mit einem Walzdruck zu gestatten, der Rotschlamm zu einem Zustand mit einem Hohlraum-

Verhältnis von 1.0 bis 1,5 komprimiert und entwässert werden kann.

Nachstehend werden die Eigenschaften eines Grundes beschrieben, der erhalten worden ist, wenn man komprimierte und entwässerte Rotschlammkuchen, die zu einem Hohlraumverhältnis von 1,0 bis 1,5 komprimiert und entwässert worden sind, aufschichtet.

Der für den Test vorgesehene Grund wurde auf folgende Weise vorbereitet.

Aus dem Verdicker der letzten Stufe der Rotschlamm-Waschstufe des Bayer-Verfahrens ausgetragene Rotschlammaufschlämmung wurde bei einem Druck von 15 kg/cnr komprimiert und entwässert. Hs wurden plattenartige Rotschlammkuchen mit einem Hohlraumverhältnis von 1,2 bis 1,3 und einem Wassergehalt auf Trockenbasis von 42 bis 45% erhalten. Das Material wurde aufgeschichtet und auf die folgende Weise kompaktiert.

(A) Das Material wurde auf eine Fläche von 100 nv zu einer Dicke von 0,3 m ausgelegt. Die so gebildete Schicht wurde sodann einmal mit einer Reifenwalze der 3-t-Klasse gewalzt. Sodann wurde auf der ersten Schicht eine weitere Schicht aus Rotschlammkuchen mit der gleichen Dicke gebildet und in der gleichen Weise gewalzt. Dieser Vorgang wurde wiederholt, um eine Grundschicht mit einer Dicke von 3 m zu bilden.

(B) Das Material wurde auf eine Fläche von 100 nv zu einer Dicke von 0,3 m ausgelegt. Die so gebildete Schicht wurde hierauf mehrmals mit einer Reifenwalze der 8-t-Klasse gewalzt. Dieser Vorgang wurde wiederholt, um eine Grundschicht mit einer Dicke von 1 m zu bilden.

Nach der Bildung dieser zwei verschiedenen Grundschichten (A) und (B) wurden ihr Wassergehalt, ihre Trockendichte und ihre zulässige Tragkapazität durch den Flachplatten-Belastungstest (eine Hälfte der Ausbeutelast) gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle II zusammengestellt.
Tabelle II

Grund Wassergehalt Trocken- zulässige

auf Trocken- dichte Tragkapazität

basis

A 36,5% 1.35 g/cm^; 7.2 tnr

B 37.1 ^r'c 1.37 g/cm' 17.6 t/m^:

Aus den Ergebnissen der Tabelle II wird ersichtlich, daß beim Grund (A). der durch sehr leichtes Walzen (einmaliges Walzen mit einer Reifenwalze der 3-t-Klasse) gebildet worden war. eine zulässige Tragekapazität von 7 t/m^: erhalten wird. Es wird weiterhin ersichtlich, daß ein Grund mit einer erheblichen Tragekapazität von 17,6 t/m₂ erhalten wird, wenn man mit einer schweren Reifenwalze walzt (mehrmaliges Walzen mit einer Reifenwalze der 8-t-Klasse).

Gemäß einem weiteren Aspekt werden in der Rotschlamm-Trennstufe des Bayer-Verfahrens ausgetragene Rotschlammkuchen mehreren Waschstufen in einer Reihe von Verdickern unterworfen, um den Alkaligehalt zu entfernen. Selbst nach dieser Waschbehandlung liegt jedoch immer noch ein geringfügiger Alkaligehalt vor. Das Ausmaß der Ausschwitzung und Dispersion von Alkali wurde untersucht, indem ein Untergrund-Wasserpermeationstest mit dem Grund (A), der erfindungsgemäß gebildet worden war, durchgeführt wurde. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle III zusammengestellt.

Tabelle Hi

Zeit der Probeannahme	pH	Gesamt
		Na,O
vor der Bildung	7.10	0,42
10 Tage nach der Bildung	6,90	0,40
40 Tage nach der Bildung	6,70	0.37
60 Tage nach der Bildung	7,15	0,40
90 Tage nach der Bildung	6,78	0,37
150 Tage nach der Bildung	6,90	0,38
200 Tage nach der Bildung	7,05	0,40

Aus den Ergebnissen der Tabelle Hl wird ersichtlich, daß der erfindungsgemäß gebildete Rotschiamm-Kuchengrund selbst dann genügend kom- > pakt ist, wenn der Grund (A) mit einer sehr geringen Last kompaktiert worden ist. Der Permeationskoeffizient liegt in der Gegend von 10~^K cm/sec. Dies bedeutet, daß die Permeationseigenschaften verlorengegangen sind und daß keine Ausschwitzung oder

-<> Dispergierung von Alkali in Untergrundwasser erfolgt.

Wie vorstehend beschrieben, ist es durch Bildung eines Grundes durch Akkumulierung und Aufstapelung von Rotschlamm-Kuchenmassen, die zu einem

:"> Hohlraumverhältnis von 1,0 bis 1,5 komprimiert und entwässert worden sind, im Gegensatz zu der Urbarmachung mit Rotschlamm nach dem Stand der Technik möglich, eine Urbarmachung zu erhalten, die hinsichtlich Umweltaspekten extrem verbessert worden

in ist. Bei dem Grund erfolgt kein Überfließen des Regens und keine Permeation der Rotschlammkuchen vom Boden des urbargemachten Grundes. Da weiterhin gemäß der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik ein fester Grund leicht gebildet werden kann,

i'i indem Rotschlammkuchen leicht gewalzt werden, und da weiterhin der so gebildete Grund nicht wasserpermeabel ist und von einer Permeation und Dispergierung von Alkali in den Rotschlammkuchen frei ist was im Gegensatz zu einem Rotschlammgrund steht.

4(1 der nach bekannten Methoden hergestellt worden ist -, besteht keine Notwendigkeit, einen Wall bzw. einen Deich vorzusehen, um eine Ausschwitzung der Rotschlammaufschlämmung und Dispergierung von Alkali zu verhindern. Weiterhin sind die erforderli-

4-, chen Kosten sehr niedrig. Schließlich zerkrümelt die Oberfläche des so gebildeten Grundes aus Rotschlammkuchen niemals zu Teilchen unter der Einwirkung von Regen. Weiterhin ist die Staubbildung an der Oberfläche extrem reduziert.

in Ein Torf bzw. ein Rasen wurde gezüchtet, indem der erfindungsgemäß hergestellte Rotschlamm-Kuchengrund mit üblicher Erde zu einer Dicke von 5, 10,15 und 20 cm bedeckt wurde. Selbst bei einer Erddicke von nur 5 cm erfolgte ein zufriedenstellendes Wachstum. Es wurde weiterhin ein zufriedenstellendes Wachstum von Akazienbäumen erhalten, wenn mit Erde zu einer Dicke von 50 cm bedeckt wurde. Während bei den bekannten Verfahren die Menge der Flüssigkeit, die 11 von trockenem ausgetragenen Rot-

fco schlammkuchen begleitet, zum Zeitpunkt der Austragung aus dem Vakuumfilter etwa 0,82 m³ und im Falle eines Verdickers-Unterstromschlamms 2,5 bis 3,7 m^;i beträgt, wurde diese Menge erfindungsgemäß erheblich auf 0,33 bis 0,49 m³ vermindert. Es ist daher mög-Hch, eine Einsparung von Alkali- und Aluminiurnoxidverwerfung zusammen mit den Rotschlammkuchen bei dem Bayer-Verfahren zur Herstellung von Aluminiumoxid vorzunehmen.

Naturgemäß kann die Erfindung außer auf die übliche Rotschlammaufschlämmung auch auf solche Materialien angewendet werden, die einer Neutralisationsbehandlung mit Schwefelsäure und dergleichen unterworfen worden sind.

Der erfindungsgemäß erhaltene Rotschlammkuchen kann nicht nur- wie oben erwähnt - zur Landui -

barmachung verwendet werden, sondern vermutlich auch zu einem weiten anderen Anwendungsbereich, beispielsweise als Zementmaterial, feuerfestes Material oder ein anderes keramisches Material, da das Produkt leicht gehandhabt und transportiert werden kann und da es als gemahlenes Material praktisch kein Wasser absorbiert.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Behandlung von Rotschlamm, der bei dem zur Herstellung von Aluminiumoxid durchgeführten Bayer-Verfahren in der Rotschlammabtrennungsstufe ausgetragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß man den Rotschlamm zu einem Zustand komprimiert und entwässert, daß das Hohlraumverhältnis, welches als Verhältnis des Gesamtvolumens der Hohlräume, in dem Rotschlammkuchen zu dem Nettovolumen der Rotschlammteilchen in dem Kuchen ausgedrückt ist, 1,5 oder weniger, vorzugsweise 1,0 bis 1,5, ist.