DE3432473C3

DE3432473C3 - Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumtrihydroxids grober Kerngröße

Info

Publication number: DE3432473C3
Application number: DE3432473A
Authority: DE
Inventors: Benoit Cristol; Jacques Mordini
Original assignee: Aluminium Pechiney SA
Current assignee: Rio Tinto France SAS
Priority date: 1983-09-05
Filing date: 1984-09-04
Publication date: 1998-02-12
Anticipated expiration: 2004-09-05
Also published as: ZA846926B; FR2551429A2; DE3432473A1; AU568155B2; HU200572B; YU152084A; NO851239L; HUT36056A; AU3390384A; CA1252606A; CH662336A5; JPH0210088B2; ES535629A0; NL8402664A; IE842258L; ES8505318A2; GB2146012A; GB8422339D0; DE3432473C2; IT1178508B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstel lung eines Aluminiumtrihydroxids grober Korngröße der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung.

Bei der Erzeugung von Aluminiumoxid nach dem allgemein be kannten Bayer-Verfahren wird fein gemahlener Bauxit mit ei ner wäßrigen Natriumhydroxidlösung bei einer erhöhten Tem peratur in Mischern behandelt, wobei lösliches Natriumalu minat entsteht und die ungelösten Verunreinigungen mit dem Rotschlamm abfiltriert werden. Die Natriumaluminatlösung wird in Ausrührern mit einem Impfmaterial aus feinkörnigem Aluminiumtrihydroxid geimpft, um feinkörniges Aluminium trihydroxid (Tonerdehydrat) auszufällen, das anschließend zu Aluminiumoxid kalziniert wird.

Es gibt mehrere Varianten zur Erzeugung von Aluminiumtri hydroxid durch alkalischen Bayer-Aufschluß von Bauxit, die in zwei Kategorien, nämlich einmal in das sog. "europäische Verfahren" und zum anderen in das "amerikanische Verfahren" eingeteilt werden.

Bei dem "europäischen Verfahren" erfolgt die Ausfällung des Aluminiumtrihydroxids im Verlauf eines Zersetzungsvorganges der Natriumaluminatlösung, die eine relativ hohe Konzentra tion an kaustischem Na₂O von etwa 130 bis 170 g Na₂O pro l Natriumaluminatlösung besitzt. Der Ausdruck "Konzentration an kaustischem Na₂O" bezeichnet die Gesamtmenge an Na₂O in g/l, die als Natriumaluminat und als freies Natriumhydroxid in der Natriumaluminatlösung vorliegen. In die Natriumalu minatlösung wird eine Menge von 350 bis 600 g/l an Alumini umtrihydroxid Al(OH)₃ als Impfmaterial eingeführt, wobei der Zersetzungsvorgang bei einer Temperatur von höchstens 55°C abläuft. Dieses Verfahren führt zu einer relativ ho hen Produktivität an Aluminiumtrihydroxid von bis zu 80 g Al₂O₃ pro l Natriumaluminatlösung. Das erzeugte Aluminium trihydroxid hat allerdings eine feine Korngröße und die Feinkörnigkeit des durch Kalzinieren erhaltenen Aluminium oxids wirkt sich bei der Schmelzflußelektrolyse nachteilig aus.

Bei dem "amerikanischen Verfahren" erfolgt die Ausfällung des Aluminiumtrihydroxids durch Zersetzen der wäßrigen Na triumaluminatlösung, die eine relativ geringe Konzentration an kaustischem Na₂O von bis zu 110 g Na₂O pro l Natriumalu minatlösung besitzt. In dieser Natriumaluminatlösung wird als Impfmaterial eine Al(OH)₃-Menge eingeführt, die gerin ger als beim europäischen Verfahren ist und im Bereich von 100 bis 200 g/l Natriumaluminatlösung liegt, wobei diese Zersetzung bei einer höheren Temperatur von etwa 70°C er folgt. Das erzeugte Aluminiumtrihydroxid hat eine gröbere Körnung als das nach dem europäischen Verfahren erhaltene, so daß das durch Kalzinieren erzeugte Aluminiumoxid eine für die Schmelzflußelektrolyse gewünschte Korngröße auf weist. Die Produktivität an Al(OH)₃ ist jedoch wesentlich geringer als beim europäischen Verfahren und liegt etwa bei 50 g Al₂O₃ pro l Natriumaluminatlösung.

Aus der DE-OS 25 31 646 ist ein gattungsgemäßes Verfahren bekannt, bei dem eine übersättigte Natriumaluminatlösung in mehreren als Produkt-Ausrührern bezeichneten Zersetzungs stufen bei einer Temperatur von etwa 75 bis 90°C unter Einführung eines Impfmaterials aus Aluminiumhydrat-Kristal len ausgerührt wird. Dieser Zersetzungsvorgang erfolgt in mehreren kaskadenförmig angeordneten Produktausrührern, de nen die übersättigte Aluminatlösung parallel zugeführt wird. Die Herstellung des Impfmaterials aus Aluminiumtrihy drid-Kristallen erfolgt ebenfalls in mehreren gesonderten Ausrührern, die kaskadenförmig in zumindest einer Reihe an geordnet sind. Dem ersten dieser Impf-Ausrührer wird auf eine Temperatur von 50 bis 65°C heruntergekühlte originäre Natriumaluminatlösung (Mutterlauge) und die noch gelöste Tonerde enthaltende Ablauge aus jedem der Produkt-Ausrührer zugeführt. Der Austrag aus dem letzten Impf-Ausrührer wird filtriert, wobei der erhaltene Filterkuchen das Impfmateri al bildet und das noch restliche Anteile an ungelöster Ton erde enthaltende Filtrat nach einer Konzentrier-Verdamp fungs-Behandlung in eine vorangehende Stufe des Bayer-Ver fahrens zurückgeführt wird. Der Austrag aus dem letzten Produkt-Ausrührer wird filtriert, wobei der erhaltene Fil terkuchen das zu erzeugende körnige Aluminiumtrihydroxid bildet und das Filtrat in den ersten Impf-Ausrührer einge führt wird.

In der - nachveröffentlichten - DE-OS 33 24 378 ist ein Verfahren zur Herstellung eines relativ grobkörnigen Alumi niumtrihydroxids mit verbesserter Produktivität beschrie ben, bei welchem aus fein gemahlenem Bauxit durch Zusetzen einer Natriumhydroxidlösung eine Natriumaluminatlösung als sog. Mutterlauge erzeugt wird. Aus der gesamten Natriumalu minatlösung und dem gesamten Impfmaterial aus feinkristal linem Aluminiumtrihydroxid wird in einer ersten Gruppe von kaskadenförmigen Zersetzungsstufen eine Suspension mit ei nem hohen Feststoffgehalt von über 700 g/l Aluminatlösung bei einer Maximaltemperatur von 50 bis 80°C erzeugt. In einer Zersetzungsstufe einer zweiten nachgeordneten Gruppe wird ein Teilstrom von maximal 50% der Suspension abgezo gen. Das Gewichtsverhältnis von gelöstem Al₂O₃ zu kausti schem Na₂O in dieser Suspension beträgt maximal 0,7. Der abgezogene Suspensionsteil wird durch Klassieren in eine das Endprodukt darstellende Feststofffraktion und in eine noch gelöstes Aluminiumtrihydroxid enthaltende Flüssigfrak tion getrennt, die in die restliche Suspension zurückge führt wird. Die aus der letzten Zersetzungszone ausgetrage ne Suspension wird in einer Fest-Flüssig-Trennstufe frak tioniert, wobei der erhaltene Feststoffanteil das Impfmate rial bildet und der verbleibende Suspensionsteil in eine Vorstufe des Bayer-Aufschlusses zurückgeführt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der angegebenen Gattung aufzuzeigen, das eine erhöhte Produkti vität an Aluminiumtrihydroxid der gewünschten groben Korn größe durch verbesserte Zersetzung des Alkalialuminats er möglicht und gleichzeitig zu einer besseren Beherrschung der Korngröße der groben Aluminiumtrihydroxidteilchen und zu einer erheblich verbesserten Produktivität an körnigem Aluminiumtrihydroxid gegenüber dem Verfahren nach der DE-OS 33 24 378 führt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnen den Merkmale des Patentanspruchs gelöst. Dank der erfin dungsgemäßen Verfahrensschritte wird einerseits eine erhöh te Produktivität an Aluminiumtrihydroxid der gewünschten groben Korngröße entsprechend dem Verfahren nach der DE-OS 33 24 378 erzielt. Andererseits wird durch die zusätzlichen Verfahrensschritte zur Verringerung der Anzahl an sehr fei nen Teilchen in der Suspension eine gegenüber dem Vorgehen nach der DE-OS 33 24 378 verbesserte Beherrschung der Korn größe der erzeugten Aluminiumtrihydroxidteilchen sowie eine erheblich gesteigerte Produktivität erreicht.

Die Erfindung wird nachstehend anhand einer schematisch dargestellten Anlage zur Erzeugung von Aluminiumtrihydroxid beschrieben.

Nach Fig. 1 weist eine Zersetzungszone für eine Natriumalu minatlösung n Zersetzungsstufen auf, wobei in einer ersten Gruppe A p Stufen und in einer zweiten Gruppe B (n-p) Zer setzungsstufen vorgesehen sind.

Die zu zersetzende übersättigte Alkalialuminatlösung L_d wird insgesamt in wenigstens eine Zersetzungsstufe L_d1, L_d2, . . , L_dp der Gruppe A eingeführt. Ebenso wird das Impfmate rial aus Aluminiumtrihydroxid unausgewählter Korngröße nach der gleichen Aufteilung wie die Aluminatlösung entsprechend S_a1, S_a2, . . . , S_ap in die Gruppe A eingeführt.

Es wird eine Suspension mit hohem Feststoffgehalt von we nigstens 700 g/l Alkalialuminatlösung durch Einführen von Impfmaterial erzeugt, das aus Aluminiumtrihydroxid-Kristal len mit einer weiten Korngrößenverteilung besteht, wobei eine solche Suspension die Erzeugung eines relativ grobkör nigen Aluminiumoxids bei hoher Produktivität ermöglicht.

Die erzeugte Suspension mit hohem Feststoffgehalt verweilt in der Zersetzungszone bei einer Maximaltemperatur von 50 bis 80°C bis zum Erhalt eines Gewichtsverhältnisses von gelöstem Al₂O₃ zu kaustischem Na₂O von höchstens 0,7. Vor zugsweise liegt die Maximaltemperatur der Suspension in der Zersetzungszone im Bereich von 50 bis 68°C. Wenn die Maxi maltemperatur der Suspension im Bereich von 60 bis 80°C in wenigstens einer der Zersetzungsstufen liegt, sollte die in den übrigen Zersetzungsstufen strömende Suspension nach ih rem Austritt aus der betroffenen Zersetzungsstufe auf eine Maximaltemperatur von höchstens 60°C abgekühlt werden.

In einer Trennzone Z_s wird ein Teil der besonders feinen Aluminiumtrihydroxidteilchen zwischen den Zersetzungsstufen (n-p) und (n) abgetrennt. Diese Trennzone Z_s kann von we nigstens einem Teil des erzeugten Suspensionsstroms, d. h. von einem mehr oder weniger großen Teil oder von der Ge samtmenge dieses Suspensionsstroms, gespeist werden. Bei der Anlage nach Fig. 1 wird die Trennzone Z_s vom Teilstrom L(n-3)₁ des Suspensionsstroms Ln-3 gespeist, während der andere Teilstrom L(n-3)₂ in die folgende Zersetzungsstufe (n-2) eingeführt wird.

Das Einführen der Gesamtheit oder eines Teils Ln-3 der er zeugten Suspension in die Trennzone Z_s ermöglicht die Ab führung von wenigstens 5% der Gesamtzahl der feinen Teil chen von höchstens 40 µm Korngröße, während die restliche Suspension L_S2 in wenigstens eine Zersetzungsstufe (n-2) zurückgeführt wird. In besonderen Fällen können 5 bis 40%, vorzugsweise 10 bis 20% der Gesamtzahl der in der Suspen sion enthaltenen feinen Teilchen von höchstens 40 µm Korn größe in dem abgezogenen Teilstrom L_S1 enthalten sein.

Die in der Trennzone Z_s gemäß der Erfindung durchgeführte Abtrennung kann durch Dekantieren, Zyklonieren, Filtrieren und/oder Zentrifugieren erfolgen. Es können auch zwei Ab trennmaßnahmen, wie Dekantieren-Zyklonieren oder Dekantie ren-Filtrieren, kombiniert werden.

Die die feinen Teilchen enthaltende Fraktion L_S1 wird einer bekannten Behandlung zur Verminderung der Zahl dieser fei nen Teilchen um wenigstens 50% unterworfen und in wenig stens eine Stufe des Bayer-Verfahrens zurückgeführt. Diese Behandlung kann aus einer wenigstens 50%igen Auflösung die ser feinen Teilchen bestehen, die auch in einer Stufe des Bayer-Verfahrens, z. B. bei der Verdampfung der rückgeführ ten Alkalialuminatlösung, beim Bauxit-Aufschluß oder bei einer Entspannung der erhaltenen Suspension, durchgeführt werden. Diese Behandlung kann auch aus einer chemischen Ag glomerierung der feinen festen Teilchen bestehen, bei der die Teilchenanzahl um wenigstens 50% verringert wird, wo bei diese agglomerierten Teilchen auch als Impfmaterial in wenigstens einer Zersetzungsstufe 1 bis p der Gruppe A ver wendet werden können.

Nachdem sich die Suspension eine erforderliche Zeit in der Zersetzungszone aufgehalten und ganz oder teilweise die Trennzone Z_s durchströmt hat, wird ein Teil L_n-1 von höch stens 50% und vorzugsweise höchstens 30% dieser Suspensi on entnommen und in eine Klassierzone C eingeführt, aus welcher der körnige Teil L_g als Al(OH)₃-Produkt grober Korngröße als erfindungsgemäßes Erzeugnis abgezogen wird, während der übrige Suspensionsteil L_c aus der Klassierzone abgeführt und mit der restlichen Suspension vereinigt wird. Die aus der Zersetzungszone kommende Suspension L_n wird ei ner Fest-Flüssig-Trennung D unterworfen, wobei die flüssige Phase L_a zum folgenden Abschnitt des Bayer-Verfahrens ge leitet wird, während die feste Phase S_a das Aluminiumtrihy droxid-Impfmaterial gemäß der Erfindung bildet, das in we nigstens eine Stufe 1 bis p der Zersetzungszone zurückge führt wird.

Die das Impfmaterial bildende feste Phase S_a kann in dieser Form in die Alkalialuminatlösung eingeführt oder auch vorab in der gesamten oder einem Teil der Alkalialuminatlösung dispergiert werden.

Nach einer Variante wird eine geringere Menge des Alumini umtrihydroxid-Impfmaterials in die erste Stufe 1 der Zer setzungszone und die Restmenge in die zweite Zersetzungs stufe 2 eingeführt, wobei die in die zweite Zersetzungsstu fe 2 eingeführte Impfmaterialmenge wenigstens 70 Gew.-% des gesamten Impfmaterials beträgt. Bei dieser Verfahrensvari ante wird die gesamte Alkalialuminatlösung in die erste Stufe 1 der Zersetzungszone eingeführt. Es hat sich auch als voreilhaft erwiesen, wenigstens 20 Vol.-% der Alkali aluminatlösung in die erste Stufe 1 und die restliche Alka lialuminatlösung in die zweite Stufe 2 der Zersetzungszone einzuführen. Dabei werden Maximaltemperaturen in der ersten Stufe 1 von 65 bis 80°C und in der zweiten Stufe 2 der Zersetzungszone von 50 bis 65°C gewählt.

Die Fig. 2 veranschaulicht eine besondere Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens. Bei dieser Variante nach Fig. 2 befindet sich die Trennzone Z_s zur Abtrennung des Anteils von besonders feinen festen Alu miniumtrihydroxidteilchen innerhalb der Zersetzungszone n-2. Diese Trennzone Z_s wird von dem gesamten Suspensions strom L_n-3 durchströmt. Der abgetrennte Teil L_S1, der wenig stens 5% der Gesamtzahl der im Suspensionsstrom L_n-3 vor handenen einen Teilchen von höchstens 40 µm Korngröße ent hält, wird mit der aus der Fest-Flüssig-Trennung D austre tenden flüssigen Phase vor der Rückführung in eine (nicht dargestellte) Stufe des Bayer-Verfahrens vermischt. Die verbleibende restliche Suspension L_S2 wird in die Stufe (n-1) der Zersetzungszone eingeführt.

Beispiel

Es wurde die Zersetzung einer industriellen Natriumalumi natlösung untersucht, die durch Bayer-Aufschluß eines Gemi sches aus gleichen Gewichtsanteilen eines afrikanischen Bauxits und eines französischen Bauxits bei 245°C erzeugt worden war, wobei die beiden Bauxite die folgende Zusammen setzung in Gew.-% hatten:

Die übersättigte Natriumaluminatlösung hatte die folgende Zusammensetzung:

Kaustisches Na₂O\|160 g/l
Na₂O in Karbonatform	22 g/l
Al₂O₃	184 g/l
organischer C	15 g/l
Chlor	5 g/l
oxalischer C	0,25 g/l

Ein geringer Teil von 0,1 m³/h der Natriumaluminatlösung wurde einer Bayer-Anlage entnommen und in eine Pilotzerset zungseinheit eingeführt, die folgende Bestandteile ent hielt:

a) Eine Wanne von 0,1 m³ als Gruppe A, in welcher die Suspension mit hohem Feststoffgehalt durch kontinu ierliches Zusammenführen des gesamten Impfmaterials und der gesamten Alkalialuminatlösung hergestellt wurde,
b) eine Kaskade von 6 Zersetzern als Gruppe B, jeweils mit einem Volumen von 1 m³, einer Nutzhöhe von 1 m und in zwei Höhen angeordneten Dreiflügelrührern, wobei der erste Zersetzer über eine Pumpe mit der Suspension aus der Wanne der Gruppe A gespeist wur de und die Überleitung der Suspension von einem Zersetzer zum nächst folgenden der Gruppe B durch Abziehen mittels auf halber Höhe des jeweiligen Ge fäßes vorgesehenen Tauchrohren erfolgte,
c) eine Trennzone Z_s, mit
- c1) einem zylindrischen Ring von 0,33 m Durchmesser zur Schaffung einer beruhigten Zone, der mit einer Eintauchtiefe von 0,21 m koaxial im obe ren Teil des vorletzten Zersetzers der Gruppe B und in der Ansaugzone der Rührer angeordnet war, und
- c2) eine volumetrische Pumpe, die den Teilstrom L_S1 aus dem oberen Teil dieser beruhigten Zone ab zog,
d) einem Klassierer C, der mit einem Teilstrom von 30% der dem vorletzten Zersetzer zugeführten Sus pension gespeist wurde, wobei aus dem unteren Ab lauf das Aluminiumtrihydroxidprodukt grober und re gelmäßiger Korngröße ausgetragen und die überlau fende Suspension L_c in den letzten Zersetzer einge leitet wurde,
e) einem mit der Suspension L_n mittels Pumpe aus dem letzten Zersetzer beaufschlagten Bandfilter, dessen Filterkuchen S_a das in die Wanne der Gruppe A rück geführte Impfmaterial darstellt.

Die Betriebsbedingungen dieser Pilotanlage sind in Tabelle I angegeben und den Bedingungen einer Anlage nach der DE-OS 33 24 478 gegenübergestellt.

Tabelle I

Die erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle II zusammengefaßt:

Tabelle II

So kann festgestellt werden, daß die Durchführung des er findungsgemäßen Verfahrens im Vergleich mit der DE-OS 33 24 378 nicht nur eine wesentliche Verbesserung der Korn größenregelmäßigkeit des erzeugten Aluminiumoxids, sondern auch einen erheblichen Produktivitätsgewinn trotz des Alu miniumoxidverlusts entsprechend der Abtrennung von feinen Teilchen durch L_S1 und dank einer möglichen Verringerung der Zersetzungstemperatur bringt.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumtrihydroxids grober Korngröße mit maximal 10% Feinkornteilchen unter 45 µm Korn größe durch Zersetzen einer durch alkalischen Aufschluß von Bauxit erhaltenen übersättigten Alkalialuminatlösung durch Zugabe von Impfmaterial aus kristallinem Aluminiumtrihydroxid bei einer Maximaltemperatur von 50 bis 80°C, bei welchem
- a) eine Suspension aus der Alkalialuminatlösung (L_d) und dem Aluminiumtrihydroxid-Impfmaterial (S_a) in einer Zersetzungszone (A, B) gebildet wird, die mehrere als Kaskade in Reihe angeordnete Zersetzungsstufen (1 bis n) aufweist,
- b) die grobkörnigen Aluminiumtrihydroxidkristalle als Endprodukt (L_g) aus der Suspension abgetrennt werden,
- c) das Aluminiumtrihydroxid-Impfmaterial (S_a) aus der verbleibenden Suspension in einer Fest-Flüssig-Trenn zone (D) abgetrennt und in die Zersetzungszone (A, B) eingeführt wird und
- d) die in der Fest-Flüssig-Trennzone (D) erhaltene Rest lösung in eine Stufe des Bauxit-Aufschluß-Verfahrens zurückgeführt wird,
  dadurch gekennzeichnet, daß
- e) die gesamte Alkalialuminatlösung (L_d) und das gesamte Impfmaterial (S_a) in die Zersetzungsstufen (1 bis p) einer ersten Gruppe (A) der Zersetzungszone (A, B) eingeführt werden und eine Suspension mit einem Feststoffgehalt von 800 bis 2000 g Al(OH)₃ pro l Alka lialuminatlösung (L_d) erzeugt wird, die in eine zweite Gruppe (B) von Zersetzungsstufen (n-p bis n) überführt wird,
- f) in einer Trennzone (Z_s) ein Teil (L_S1) des in dieser zweiten Gruppe (B) von Zersetzungsstufen (n-p bis n) zirkulierenden Suspensionsstroms abgezogen wird, der wenigstens 5%, insbesondere 10 bis 20%, der Ge samtzahl der im Suspensionsstrom vorhandenen Feinkorn teilchen von maximal 40 µm Korngröße enthält,
- g) aus diesem Teil (L_S1) des Suspensionsstroms wenigstens 50% der feinen Teilchen durch Agglomeration oder Auflösung vor einer Rückführung in eine Stufe des Bauxit-Aufschluß-Verfahrens abgetrennt werden, wobei der restliche Suspensionsteil (L_S2) aus der Trennzone (Z_s) in eine Zersetzungsstufe der zweiten Gruppe (B) eingeführt wird,
- h) die Suspension solange in der Zersetzungszone (A, B) gehalten wird, bis das Gewichtsverhältnis von gelöstem Al₂O₃ zu kaustischem Na₂O maximal 0,7 beträgt,
- i) maximal 50% der Suspension aus einer der Trennzone (Z_s) nachgeordneten Zersetzungsstufe (n-1) der Gruppe (B) in eine Klassierzone (C) eingeführt wird, in welcher
  - i1) das grobkörnige Al(OH)₃ als Endprodukt (L_g) ab getrennt wird und
  - i2) der andere Teil (L_c) als Suspension mit dem Rest teil der unklassierten Suspension in einer end seitigen Zersetzungsstufe (n) der Gruppe (B) ver einigt wird und
- k) diese vereinigte Suspension (L_n) in der Fest-Flüssig-Trennzone (D) in eine das Impfmaterial (S_a) bildende feste Phase und in die in das Bauxit-Aufschluß-Ver fahren rückgeführte Restlösung (L_a) getrennt wird.