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Verfahren zur Herstellung von Tonerde unter Aufschluß von Ton mit
Schwefelsäure. Die Anwendung von Ton als Rohmaterial für die Aluminiumindustrie
ist mit gewissen technischen Schwierigkeiten verbunden. Dies hat dazu geführt, daß
die Aluminiumdarstellung hauptsächlich noch auf die Anwendung anderer Rohmaterialen
gegründet ist, die nur in einer geringen Anzahl Fundorten vorhanden sind.
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Bei dem vorliegenden Verfahren zur Darstellung von Tonerde wird gewöhnlicher
Ton als Rohmaterial verwendet, und es sind für die Durchführung des Verfahrens überhaupt
keine selten vorkommenden Rohmaterialien erforderlich. Außerdem fällt jegliche Verwendung
schwer durchführbarer chemischer, wärmetechnischer oder mechanischer Verfahren fort,
so daß das ganze Verfahren sehr einfach durchgeführt werden kann.
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Weiterhin vermeidet das Verfahren alle Eindampfungsvorgänge. Hierdurch
wird nicht nur angestrebt, Brennmaterial zu ersparen, sondern es werden auch Apparatschwierigkeiten,
die durch die stark angreifende Wirkung der einzudampfenden Flüssigkeiten auf Metalle
bewirkt werden, vermieden.
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Man erreicht dadurch, daß trotz des im Vergleich zu anderen Verfahren
dieser Art geringen Tonerdegehalts des Tons kein größerer Brennstoffverbrauch eintritt,
als ihn die Aluminiumdarstellung aus den genannten selten vorkommenden Rohmaterialien,
die nahezu den vierfachen Gehalt Tonerde haben, erfordert.
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Das Wesen des Verfahrens besteht darin, daß der Kaligehalt des Tons
zur Bildung von Kalialaun derart verwertet wird, daß das hierdurch gewonnene Kaliumsulfat
zum größeren Teil in dem Verfahren als Darstellungsmittel für Alaun verwendet werden
kann. Im Vergleich mit dem bekannten Ammoniakverfahren zur Darstellung von Aluminiumoxyd
aus Ton hat das Verfahren den sehr großen Vorteil, daß das Kalium-in dem Verfahren
im Kreislauf zirkulieren kann, was mit Ammoniak nicht möglich ist. Hierzu kommt
noch, daß die Verwendung des Ammoniaks für die Alaunbildung Eindampfungen bedingt.
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Das Verfahren zerfällt in drei Hauptteile. Im ersten Teil des Verfahrens
wird der Ton mittels Schwefelsäure aufgeschlossen, so daß ein Gemisch von Sulfat
und freier Kieselsäure gebildet wird, welches durch Filtration getrennt wird, so
daß man eine Lösung von Kalialaun nebst einem im wesentlichen wertlosen eisenhaltigen
und kieselsäurehaltigen Schlamm erhält.
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Die nächste Stufe des Verfahrens besteht in der Ausfällung des Kalialauns,
derart, daß praktisch eisenfreier Kalialaun gebildet wird.
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In dem dritten und letzten Teil des Verfahrens
wird
dieser Kalialaun in Aluminiumoxvrl, Scliwefeloxydgase und Kalitnusulfat zersetzt,
«-elch letzterer Körper wieder gewonnen wird, um in der zweiten Stufe des Verfahrens
bei der Alaunfällung Verwendung zu findest, während der Uberschuß ein wertvolles
Nebenprodukt des Verfahrens bildet.
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Es ist bereits bekannt, Ton mit Schwefelsäure aufzuschließen, das
hierbei gebildete Aluminiumsttlfat durch Kaliumsulfat in Alaun überzuführen und
den gefällten Alaun in Tonerde, Kaliumsulfat und Schwefeloxyde durch Wärme zu zersetzen.
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Die Erfindung besteht nun darin, daß ein kalireicher Ton verwendet,
und claß das bei Zersetzung des Alauns gewonnene Kaliumsulfat im Kreisprozeß zur
weiteren Fällung von Alaun benutzt wird.
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Zweckmäßig verfährt man in der Weise, daß nur lufttrockner, zerkleinerter
Ton mit einer theoretisch nicht ganz ausreichende>> Menge von Kammersäure vermischt
wird, das Gemisch etwa 24 Stunden lang stehen gelassen und dann zwecks Unlöslichmachens
der Kieselsäure auf etwa 200' erhitzt wird.
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Es hat sich gezeigt, daß die Durchführung des Verfahrens in dieser
Weise eine Reihe technischer Vorteile bietet, die im folgenden beschrieben sind.
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Man geht von einem Ton aus, welcher ungefähr 1G Prozent Tonerde, etwa
8 Prozent Eisenoxyd, etwa 3 Prozent Kali und etwa ,3( Prozent Kieselsäure nebst
solchen Bestandteilen enthält, die keinen wesentlichen Einfluß auf den Verlauf des
Verfahrens haben.
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Der Ton wird zunächst luftgetrocknet und zerkleinert und sodann mit
Kammersäure vermischt (die X"erwendung einer stärkeren Säure hat sich nicht als
zweckmäßig erwiesen). Die Erfahrung zeigt, daß tnasi einen Überschuß von Ton der
Säure gegenüber benutzen muß. weil man hierdurch die Aufschließung einer größeren
Tonerdemenge erreicht, als wenn man. mit den theoretischen Mengenverhältnissen arbeitet.
Außerdem wird die aufgelöste Ilengr Eisensulfat erheblich vermindert, man erhält
eine feste, leicht zu behandelnde Masse, und die Masse wird neutral. Die Schwefelsäure,
welche sonst an Eisen gebunden werden würde, verwertet man bei dieser Arbeitsweise
zum Aufschließen der Aluminium- und Kaliverbindungen.
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Das Vermischen mit Säure kann auf be-
liebige Weise stattfinden,
in Haufen oder mittels Trommel oder Rührwerke. I?s werden erhebliche Wärtnetnengen
entwickelt, so daß die Temperatur des gebildeten Gemisches biss auf i.lo° ansteigt.
Es ist von Bedeutung, daß Ton nur in lufttrockenem, nicht aber in kalziniertem Zustand
verwendet wird, weil alsdann das bei der Einwirkung der Schwefelsäure auf das Eisenoxydul
gebildete Ferrosulfat keinen Alaun bildet. Bei der Aufschließung wird zwar vorzugsweise
Ferrosulfat gebildet, da der Ton Eisenoxydul enthält, aber im Verlauf des Verfahrens
kann jedoch etwas Ferrosulfat zu Ferrisulfat oxydiert werden. Dieses Ferrisulfat
wird indessen bei Vorhandensein von Ton in Überschuß als basische Ferrisulfat ausgefällt
werden. Das letztere kann deshalb abfiltriert werden. Die Lösung wird somit von
alaunbildendem Ferrisulfat frei.
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Bei der Reaktion werden auf bekannte Weise die Silikate unter Bildung
entsprechender Sulfate und freier Kieselsäure zersetzt. Die Reaktion wird in zwei
Stufen durchgeführt, indem man zweckmäßig nach der Hauptreaktion eine \Tachreaktion
im Laufe von etwa 24 Stunden stattfinden läßt, wodurch die Bildung der Sulfate vervollständigt
wird. Hierbei erhärtet die Masse zu harten Klumpen.
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Die nächste Stufe des Aufschließungsvorganges besteht in einer Erhitzung
der Reaktionsmasse auf etwa Zoo' C, um die Kieselsäure in amorphe, leicht abfiltrierbare
Form überzuführen. Gleichzeitig wird die möglicherweise noch vorhandene Schwefelsäure
sich in Sulfat umsetzen, so daß jede Spur von Schwefelsäure entfernt wird, was von
wesentlicher Bedeutung für die nachfolgend;: Filtration ist. Die Durchführung dieses
Erhitzungsvorganges kann in einer offenen rotierenden Trommel mit schwacher Neigung
von der Beschickungsstelle für die 'Tasse nach dem anderen Ende zu erfolgen, wo
die Trommel mit der Feuerung oder mit einer Leitung für heiße Gase in Verbindung
steht.
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Die Masse befindet sich nun in einem solchen Zustande, daß sie nach
der Auflösung filtriert werden kann. Man löst in heißem Wasser unter Umrühren auf,
und zwar mit so viel Wasser, daß die filtrierte Lauge ein spezifisches Gewicht von
etwa i.3 bis i,.i (etwa 35y leauzne) hat. Die Lauge enthält dann etwa 8o
bis 9o g Aluminiumoxyd im Liter. Das Waschwasser wird zum Auflösen weiterer Metzgen
von Reaktionsmasse benutzt.
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Die auf diese Weise erhaltene noch warnte Lauge wird auf gewöhnliche
Temperatur abgekühlt, wodurch Kalialaun zumKristallisieren gebracht wird im Verhältnis
zu der Kalimenge, die zur Auflösung gebracht worden ist (für i ooo kg Ton etwa 200
bis 25o1",- Kalialaun) ; der Alaun wird darauf auf einem Vakuumfilter abfiltriert.
Bei diesem Kristallisationsvorgang wird ungefähr ein Viertel des Gehalts von Aluminiumoxyd
in der Lauge gewonnen. Die Kristallisation findet unter Kühlung und Bewegung der
Flüssigkeit statt.
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Die im Vakuumfilter vorhandene Lauge
wird nun mit
pulverisiertem Kaliumsulfat (welches auf einer späteren Stufe des Verfahrens erhalten
wird) in kaltem Zustande und unter Umrühren versetzt. Im Laufe einiger Stunden wird
dabei die dem zugefügten Kalisulfat entsprechende Menge Alaun ausgefällt und auf
einem Vakuumfilter abfiltriert. Die Mutterlauge, die Eisensulfat nebst etwas Alaun
enthält, kann auf irgendeine Weise in dem Verfahren verwendet werden (z. B. beim
Aufschließen des Tons), sie kann aber auch selbständig verwertet werden.
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Der bei den beiden Kristallisationen erhaltene Alaun enthält noch
wenige Prozente Eisensulfat, welches entfernt werden muß. Zu diesem Zweck wird der
Rohalaun in einer möglichst geringen Menge heißen Wassers aufgelöst und unter Kühlung
und Bewegung der Flüssigkeit wieder zum Kristallisieren gebracht. Der umkristallisierte
Alaun, welcher nun weniger als o,oi Prozent Eisen enthält, wird auf einem Vakuumfilter
abfiltriert, und die zurückbleibende Lauge geht zu dem Behälter zurück; worin die
Auflösung der Reaktionsmasse stattfindet.
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Nun folgt die dritte Hauptstufe des Verfahrens, bei der es sich darum
handelt, die Zersetzung des Alauns auf möglichst wirtschaftliche Weise zu bewirken.
Bevor diese Zersetzung durchgeführt wird, hat es sich aus technischen Gründen erforderlich
erwiesen, den Alaun seines Kristallwassers zu berauben, da eine unmittelbare Zersetzung
des wasserhaltigen Alauns außerordentlich große Apparatschwierigkeiten verschiedener
Art herbeiführt, besonders die, daß der zersetzte wasserhaltige Alaun eine zähe,
harte Masse bildet, die zusammenbackt und an allen Apparatteilen festklebt. Um das
Kristallwasser aus dem Alaun auszutreiben, wird dieser an die heißeste Stelle eines
Ofens gebracht, also an das Ende des Trommelofens, wo die Feuerung stattfindet.
Das plötzliche scharfe Erhitzen bewirkt ein Zersprengen der Kristalle, und deren
Neigung zum Zusammenbacken wird vollständig aufgehoben.
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Die Zersetzung findet nun dadurch statt, daß der wasserfreie Alaun
auf 7oo bis 8oo° C erhitzt wird, was ebenfalls in einem rotierenden Trommelofen
erfolgen kann. Hierdurch wird die an das Aluminiumoxyd gebundene Schwefelsäure in
Form von Schwefeloxyden abgegeben, während das in dem Alaun vorhandene Kaliumsulfat
unverändert bleibt. Die erhaltenen Schwefeloxydgase werden auf bekannte Weise zu
Schwefelsäure verarbeitet, die im ersten Teil des Verfahrens Verwendung findet.
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Der so erhaltene zersetzte Alaun wird nun zusammen mit kaltgesättigter
Kaliumsulfatlösung bis auf ioo° erwärmt. Diese Kaliumsulfatlösung löst das in dem
zersetzten Alaun vorhandene Kaliumsulfat, und man kann nun das Aluminiumoxyd in
einer Filterpresse abfiltrieren. Das Auswaschen mit Kaliumsulfat bezweckt eine Erhöhung
der Konzentration der zuerst verwendeten kaltgesättigten Lösung. Hierauf wird die
heißgesättigte Kaliumsulfatlösung abgekühlt, so daß Kaliumsulfat auskristallisiert.
Es wird auf einem Vakuumfilter abfiltriert, während die Lauge aufs neue im Verfahren
verwendet wird. Wie oben erwähnt, wird der größere Teil des so erhaltenen Kaliumsulfats
in dem Verfahren verwendet zur Kaltfällung von Alaun im zweiten Teil des Verfahrens,
während das übrige aus der Fabrikation geht und ein wertvolles Nebenprodukt bildet.
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Der gesamte Verlauf des Verfahrens, wie in dem obigen Beispiel beschrieben,
kann zweckmäßig durch das beigefügte Schema vera schaulicht werden.