DE3219288C1 - Verfahren zur Herstellung von grobem Aluminiumhydroxid - Google Patents

Description

• Ktistallisator-Nr. Aluminiumkonzentration g Al2O3/I im Kristallisatorauslauf 1 153,25 2 149,24 3 141,13 4 132,34 5 122,92 6 116,41 7 111,79 8 108,41 9 105,89 10 103,98 11 102,51 (Fortsetzung) Kristallisator-Nr. Aluminiumkonzentration g Al203/l im Kristallisatorauslauf 12 101,37 13 100,47 14 99,76 15 99,20 Es ergibt sich eine Gesamtausbeute der Kristallisation von 55,03 g Al2O3/l Aluminatlauge. In der Abbildung 1, obere Kurve, ist zu erkennen, daß der Abbau der Übersättigung sehr gleichmäßig über die Kaskade verteilt ist, und daß zu Beginn der Ausrührung eine besonders hohe Übersättigung in den Behältern aufrechterhalten wird.
• Vergleichsbeispiel 1 Es wurde berechnet, welche Ausbeuten und Übersättigungen mit einer Kristallisatorkaskade erhalten werden, die nach dem Stand der Technik nach den Erkenntnissen von Brötz und Pearson aufgebaut ist.
• Durch die Kaskade, die aus fünf Behältern besteht, wird ein Laugenstrom von stündlich ca. 129 m3 geführt, so daß sich bei den nachstehend aufgeführten Kristallisatoren eine durchschnittliche mittlere Verweilzeit von etwa 60 Stunden ergibt.
• 1. Kristallisator 250 m3 2. Kristallisator 500 m3 3. Kristallisator 1000 m3 4. Kristallisator 2000 m3 5. Kristallisator 4000 m3 Es wurde berechnet, welche Übersättigungen und Konzentrationen sich in den einzelnen Kristallisatoren der Kaskade ergeben, wenn die gleichen Startbedingungen wie im Beispiel 1, Natronlaugekonzentration = 150 g Na2O/l, Aluminiumkonzentration = 154,23 g Al203/l, Temperatur = 60"C, Impfstoffoberfläche = 9 m2/l, der Rechnung zugrunde gelegt weden. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengefaßt und in der Abbildung 1, untere Kurve, dargestellt.
• Kristallisator-Nr. Aluminiumkonzentration g Al2O3/l im Kristallisatorauslauf 1 145,13 2 133,28 3 120,62 4 109,62 5 101,90 Es ergibt sich eine Gesamtausbeute der Kristallisation von 52,33 g Al2O3/l Aluminatlauge. In der Abbildung 1, untere Kurve, ist zu erkennen, daß die in den Kristallisatoren zu Beginn der Ausrührung vorliegende Übersättigung relativ gering ist.
• Beispiel 2 In der gleichen Kaskade, wie sie im Beispiel 1 angegeben ist, wird Aluminiumhydroxid aus einer Aluminatlauge kristallisiert, die die Konzentrationen 140 g Na2O/l und 148,59 g Al2O3/l hat. Die Temperatur während der Ausrührung ist 60°C, die eingebrachte Impfstoffoberfläche beträgt 9 m2/l. Es ergeben sich die Konzentrationen in den Behältern der Kaskade, wie sie in der nachfolgenden Tabelle aufgelistet sind. Die in den Kristallisatoren herrschenden Übersättigungen sind in der Abbildung 2, obere Kurve, dargestellt.
• Kristallisator Nr. Aluminiumkonzentration g Al293/l im Kristallisatorauslauf 1 147,49 2 141,86 3 133,57 4 123,77 5 113,55 6 106,68 7 101,90 8 98,48 9 95,96 10 94,09 11 92,66 12 91,57 13 90,72 14 90,06 15 89,54 Die Gesamtausbeute beträgt 59,05 g Al2O3/l Aluminatlauge. Die obere Kurve in der Abbildung 2 zeigt, daß die Ubersättigung zu Beginn der Ausrührung sehr hoch ist.
• Vergleichsbeispiel 2 Die Konzentrationsverhältnisse, die sich in einer Ausrührkaskade, die nach den Angaben von Brötz und Pearson aufgebaut ist, einstellen, wenn eine Aluminatlauge mit den Konzentrationen 140 g Na2O/l und 148,59 g Al2O3/l bei 60"C unter Zusatz von 9 m2/l Impfstoffoberfläche ausgerührt wird, sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt; die Übersättigung in den Behältern ist in der Abbildung 2, untere Kurve, aufgezeichnet. Die Kaskade ist so dimensioniert, wie im Vergleichsbeispiel 1 angegeben wurde, ebenso ist der Durchsatz der gleiche.
• Kristallisator-Nr. Aluminiumkonzentration g Al203/l im Kristallisatorauslauf 1 138,06 2 124,79 3 111,17 4 99,78 5 92,18 Die Gesamtausbeute beträgt 56,41 g Al20371 Aluminatlauge. Die Übersättigung zu Beginn der Ausrührung ist relativ niedrig, wie in der Abbildung 2, unter Kurve, zu entnehmen ist. Die Ergebnisse der Beispiele werden nachfolgend nochmals zusammengestellt: Kristallisa- Übersättigung torausbeute zu Beginn der g Al203/l Kristallisation Beispiel 1 55,03 hoch (1,20) Vergleichsbeispiel 1 52,33 niedrig (1,08) Beispiel 2 59,05 hoch (1,34) Vergleichsbeispiel 2 56,41 niedrig (1,19) Der Zusammenstellung ist zu entnehmen, daß die Kristallisation in den erfindungsgemäßen Kaskaden zu höheren Ausbeuten bzw. Laugennutzungen führt als Kristallisatoren unter den gleichen Bedingungen in Kaskaden, die nach dem bisherigen Stand der Technik an Hand der Erkenntnisse von Brötz und Pearson aufgebaut sind. Die Verbesserungen liegen im untersuchten Bereich zwischen 4,7 und 5,2%, bezogen auf den Stand der Technik.
• Die Übersättigungssteigerung, die gegenüber dem Stand der Technik, durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erreicht wird, beträgt 11,2-12,6%. Diese Steigerung führt zu einer wesentlichen Verbesserung der Agglomeration des vorgelegten Aluminiumhydroxidimpfstoffes. Die Auswirkung der verbesserten Agglomeration auf die Korngröße des Endproduktes ist nicht ohne weiteres anzugeben, da auch die Kornverteilung des Impfstoffes einen Einfluß auf die Endkorngröße nach der Kristallisation hat.
• Im folgenden sind typische Ergebnisse von Versuchen angegeben, die durchgeführt wurden, um den Einfluß der Übersättigung auf die Kristallisation zu ermitteln.
• Als Kennwert für die Vergröberung des Aluminiumhydroxydes wird im allgemeinen der Anteil < 45 um im Produkt verwendet, da er es erlaubt, die Eignung des Materials für die Weiterverarbeitung über Aluminiumoxid zu Aluminiummetall zu beurteilen.
• Rel. Übersättigung) Steigerungder % <45 um % <45 um Veränderung Übersättigung im Impfer im Produkt in <45 um-Anteil

  0 7971 6,80/0 j 20,7 13,9 - 6,8

  O,ti751 1240/0 21,5 11,9 - 9,6

  0,759 , 28,4 9,2 -19,2

  1) Rel. Übersättigung = Konzentration zu Beginn der Kristallisation (g AC2O3/l) - 1 Konzentration im thermodynamischen Gleichgewicht (gAlO3/l Der Tabelle ist zu entnehmen, daß eine Steigerung der Übersättigung bei gleichzeitigem Angebot an Aluminiumhydroxid bei der Kristallisation sich sehr stark auf die Vergröberung des ausgeführten Aluminiumhydroxid gegenüber defn Impfer auswirkt. Da die Vergröberung auch von anderen Faktoren beeinflußt wird, beispielsweise von der Temperatur und auch von Verunreinigungen der Lauge, ist die absolute Höhe der Übersättigung nicht allein ausschlaggebend für den erzielbaren Agglomerationseffekt. Deutlich wird das dadurch, daß bei einer Übersättigung von 0,675 bessere Effekte erzielt werden, als bei einem Wert von 0,797.
• Es ist klar erkennbar, daß die Verwendung der erfindungsgemäßen Kaskade einen besseren Vergröberungseffekt in der Kristallisation von Aluminiumhydroxid zur Folge hat als nach dem Stand der Technik oder nach der Lehre von Pearson. Die Ursache dafür ist die Anhebung der Übersättigung zu Beginn der Ausrührung mit der erfindungsgemäßen Kaskade.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zur Herstellung von grobem Aluminiumhydroxid, bei dem Bauxit mit Alkalilaugen aufgeschlossen wird, der Laugenrückstand abgetrennt und aus der erhaltenen Natriumaluminatlauge unter Zusatz von festem Aluminiumhydroxid als Impfstoff das Aluminiumhydroxid kontinuierlich auskristallisiert wird, wobei mehrere Kristallisatoren in Serie geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kristallisation in einer Kristallisatorkaskade durchgeführt wird, die aus 5 - 20 einzelnen Kristallisatoren besteht, wobei die gereinigte Lauge mit dem suspendierten Aluminiumhydroxid zuerst die Kristallisatoren mit kleinerem Volumen durchströmt, ehe sie in die größeren Kristallisatoren gelangt, und wobei die Verweilzeit der Lauge in allen Kristallisatoren mit kleinerem Volumen l/lol/2 der Verweilzeit in der gesamten Kaskade beträgt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kleineren Kristallisatoren unter sich unterschiedliche Volumina haben, die im Verhältnis von 1:4 :10 :15 stehen, und die größeren Kristallisatoren gleiche Volumina haben, wobei der letzte der kleineren Kristallisatoren das 0,5-0,75fache Volumen des Volumens der großen Kristallisatoren besitzt.

   Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von grobem Aluminiumhydroxid, bei dem Bauxit mit Alkalilaugen aufgeschlossen wird, der Lagenrückstand abgetrennt und aus der erhaltenen Natriumaluminatlauge unter Zusatz von festem Aluminiumhydroxid als Impfstoff das Aluminiumhydroxid kontinuierlich auskristallisiert wird, wobei mehrere Kristallisatoren in Serie geschaltet sind.

   Dieser Stand der Technik ist aus der DE-OS 2941 335 zu entnehmen. Demgegenüber besteht die erfindunsgemäße Aufgabe, ein Verfahren zur Kristallisation von Aluminiumhydroxid zu entwickeln, das eine hohe Laugenproduktivität hat und ein grobes Hydroxid liefert, dessen Feinanteil <45 llm weniger als 15% beträgt.

   Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Kristallisation in einer Kristallisatorkaskade durchgeführt wird, die aus 5-20 einzelnen Kristallisatoren besteht, wobei die gereinigte Lauge mit dem suspendierten Aluminiumhydroxid zuerst die Kristallisatoren mit kleinerem Volumen durchströmt, ehe sie in die größeren Kristallisatoren gelangt, und wobei die Verweilzeit der Lauge in allen Kristallisatoren mit kleinerem Volumen '/lo bis 1/2 der Verweilzeit in der gesamten Kaskade beträgt.

   Untersuchungen über die Kinetik der Aluminiumhydroxid-Kristallisation haben eine Möglichkeit gezeigt, die Ausrührung von Aluminiumhydroxid so zu gestalten, daß in jeder Phase des Kristallisationsvorganges eine optimale Übersättigung vorliegt.

   Brötz »Grundriß der chemischen Reaktionstechnik« 1958, S. 304 - 308 lehrt, daß optimale Kristallisationsausbeuten erhalten werden, wenn die Volumina der Behälter eine Ausrührkaskade der Reaktionsordnung angepaßt werden. Nach Pearson ist die Hydroxid-Kristallisation eine Reaktion zweiter Ordnung. Danach wäre es naheliegend, Behältervolumina mit einem Volumenver- hältnis von 1: 2 :4 .... zu wählen, was aber zu unwirtschaftlichen Größen führen würde.

   Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß entgegen den Angaben der Literatur, beispielsweise Pearson »The Chemical Background of the Aluminium Industry«, die Kristallisation von Aluminiumhydroxid keine Reaktion zweiter Ordnung ist. Die Ordnung der Reaktion variiert mit der Temperatur und der Alkalikonzentration zwischen Werten von 1-3. Ohne eine genaue Erklärung für diesen Befund angeben zu wollen, kann geschlossen werden, daß komplexe, nebeneinander ablaufende Reaktionen zur Bildung von kristallisiertem Aluminiumhydroxid aus Aluminatlaugen führen.

   Bei den durchgeführten Untersuchungen über die Kinetik der Aluminiumhydroxid-Kristallistion hat sich gezeigt, daß die Ordnung der Reaktion eine Funktion der in der Lösung vorliegenden Übersättigung ist. Bei hohen Übersättigungen ist die Reaktionsordnung etwa 1 und sie steigt mit fallender Übersättigung an. Die Kristallisationsgeschwindigkeit ist am Beginn der Ausrührung sehr hoch und fällt dann rasch ab. Daraus folgt, daß es entgegen den von Pearson und Brötz nahegelegten Gedankengängen nicht erforderlich ist, den gesamten benötigten Ausrührraum in Form von volumenabgestuften Kristallisationskaskaden auszubilden, Mit der Abstufung eines Teils der Ausrührkaskade, so wie in den Ansprüchen dargetellt, lassen sich Übersättigungsverhältnisse in den einzelnen Kristallisatoren einstellen, die zur Erfüllung der Aufgabe der Erfindung führen, grobes Aluminiumhydroxid bei guter Laugenausnutzung zu erzeugen, ohne aufwendige Apparate zur Klassierung des Aluminiumhydroxids zu benötigen.

   Die Erfindung wird im folgenden anhand von Beispielen erläutert.

   Beispiel 1 Aluminatlauge wird unter Zusatz von Impfstoff in einer Kristallisatorkaskade ausgerührt, die aus 15 einzelnen Kristallisatoren beteht, die die folgenden Volumina haben: 1. Kristallisator 160 m3 2. Kristallisator 640 m3 3. Kristallisator 1600 m3 4. Kristallisator 2400 m3 5.-15. Kristallisator 4000 m3 Durch die Kaskade wird stündlich ein Laugenstrom von etwa 813 m3 geführt, so daß die Gesamtverweilzeit in der Kaskade ca. 60 Stunden beträgt.