DE43977C

DE43977C - Verfahren zur darstellung von thonerdehydrat und alkalialuminat

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Publication number: DE43977C
Application number: DE188743977D
Authority: DE
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Priority date: 1892-01-31
Filing date: 1887-07-17
Publication date: 1888-08-03
Also published as: DE65604C

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT. V&

Bei der Darstellung von schwefelsaurer Thonerde oder anderen Aluminiumverbindungen aus Bauxit oder ähnlichen Mineralien nach dem sogen, alkalischen Verfahren wird durch Glühen des Rohmaterials mit Soda, Natron oder schwefelsaurem Natron und Kohle Rohaluminat erhalten. Die durch Auslaugen des Glühproductes mit Wasser gewonnene Aluminatlauge wird durch Sättigen mit Kohlensäure in der Hitze zersetzt, wobei einerseits Thonerdehydrat niederfällt, andererseits eine Lösung von kohlensaurem Natron (Soda) entsteht, welche wieder in den Procefs eingeführt werden kann. Das ausgeschiedene Thonerdehydrat wird auf eine der üblichen Weisen filtrirt, gewaschen und sodann weiter verarbeitet.

Das von mir erfundene Verfahren, welches gegenüber dem eben beschriebenen sehr wesentliche Vorzüge besitzt, gründet sich auf die von mir beobachtete Thatsache, dafs sich eine in gewöhnlicher Weise erhaltene Aluminatlösung zu zersetzen beginnt, wenn man unter fortwährender Bewegung der Flüssigkeit Thonerdehydrat, welches durch freiwillige Zersetzung ausgeschieden oder durch Kohlensäure gefällt ist, einbringt, und dafs diese Zersetzung innerhalb bestimmter Zeiträume so weit fortschreitet, bis die Menge der molecularen Mengen von Thonerde und Natron (Al₂ O₃ und 2ViJ₂ O) sich wie ι zu 6 verhalten. Hier bleibt die Zersetzung stehen. Angenommen, das Atomverhältnifs in der ursprünglichen Aluminatlauge sei 1 zu 1,8, wie dies gewöhnlich der Fall ist, so werden sich bei Behandlung der Aluminate mit Thonerdehydrat etwa ³/₄ der vorhandenen Thonerde abscheiden, während '/₄ in Lösung bleibt.

Das abgeschiedene Thonerdehydrat stellt, wie das durch Kohlensäure in der Hitze gefällte, einen pulverig krystallinischen Niederschlag dar, der sich sehr gut waschen läfst und in Schwefelsäure leicht löst. Als Vorzug hat diese Abscheidung vor der durch Kohlensäure bewirkten den Umstand voraus, dafs etwa in der Lösung vorhandene Kieselsäure und Phosphorsäure nicht mitgefällt werden, wie dies dort der Fall ist.

Die Abscheidung des Thonerdehydrats bis zum stationären Verhältnifs erfolgt möglichst vollständig nur in der Kälte; das Erwärmen der Aluminatlaugen bis nahe zur Siedehitze fällt fort. Ebenso fällt der Verbrauch an Kohlen, Koks oder Dampf zur Erzeugung des Kohlensäuregases sowohl als auch zum Betriebe der Maschinen fort, die dazu dienen, das erzeugte Gas durch die zu saturirenden Lösungen zu drücken. Auch werden von vornherein die Anschaffungskosten für Druckpumpen, Koksoder Kokssteinöfen nebst dazugehörigen Waschapparaten und Rohrleitungen für das Kohlensäuregas erspart.

Die nach meinem Verfahren bei der Zersetzung des Aluminate resultirende alkalische Lösung wird, nachdem sie von dem abgeschiedenen Thonerdehydrat getrennt ist, in geeigneten Abdampfapparaten auf eine möglichst hohe Concentration gebracht und direct wieder mit Bauxit eingedampft und calcinirt. Die in der Lauge noch in geringer Menge vorhandene Thonerde stört dabei in keiner Weise. Auch diese Operation bringt wesentliche Vortheile mit sich, wie aus dem Nachstehenden erhellt.

Beim Glühen des Bauxits mit Soda darf man das Verhältnifs beider nur so wählen, dafs die molecularen Mengen Atome der im Bauxit enthaltenen Sesquioxyde (Al₂ O₃ + F_s O₃) sich zum Natron (Na₂ O) der Soda wie ι zu ι bis höchstens ι zu 1,2 verhalten. Nimmt man mehr Soda, so wird ihre Kohlensäure nicht vollständig ausgetrieben, und das Vorhandensein von kohlensaurem Natron in der Aluminatlösung bedingt leichtere Zersetzbarkeit derselben, während bei weniger Soda die Aufschliefsung des Bauxits unvollständig wird. Löst man die nach dem Glühen der vorhin erwähnten Mischung von Soda und Bauxit erhaltene Masse in Wasser auf, so scheidet sich bald beim Auflösen ein Theil des Thonerdehydrats aus, so dafs im günstigsten Falle nur etwa 75 pCt. der im Bauxit vorhandenen Thonerde zur Verwerthung kommen. Wenn man aber, wie dies meine Untersuchungen ergaben, dem zum Auflösen der calcinirten Masse bestimmten Wasser vorher noch etwa 30 pCt. des in derselben enthaltenen Natrons als kaustisches Natron zusetzt und dann mit der Auflösung beginnt, so findet keine Zersetzung statt, und man erhält die ganze aufgeschlossene Thonerde in Lösung.

Die Vortheile der Anwendung der durch meine Dissociationsmethode erhaltenen alkalischen Laugen zur Herstellung neuer Mengen Rohaluminats ergeben sich, nun von selbst. Hier kann man gleich von vornherein so viel Natron der Mischung beigeben, dafs beim Auflösen die gesammte Thonerde in Lösung bleibt; denn da kein kohlensaures Natron zugegen, ist auch keine Kohlensäure auszutreiben, und die oben berührten Uebelstände, die bei Anwendung von überschüssiger Soda entstehen, können hier nicht eintreten. Aus eben dem Grunde, weil keine Kohlensäure auszutreiben, ist die Masse in weniger als der Hälfte der Zeit fertig, als sie im anderen Falle benöthigt; sie braucht hier nur gut durchgeglüht zu werden, um gar zu sein. Es ergiebt sich daher auch hier eine abermalige Ersparnifs an Anlage sowohl als auch an Kosten und Arbeitskräften.

Die für mein Verfahren nöthigen Apparate beschränken sich lediglich auf die Zersetzungscylinder. Zu diesem Zwecke habe ich einen continuirlich wirkenden Apparat construirt, 'welcher aus vier grofsen, aufrecht stehenden Cylindern a_x a₂ a₃ a_i aus Eisenblech besteht, die so mit einander durch Röhren J₁ f₂f₃ verbunden sind, dafs die Flüssigkeit in jeden einzelnen Cylinder unten eintritt, um oben wieder auszutreten. In jedem der Cylinder bewegt sich fortwährend eine senkrecht stehende Welle b_x b₂ b₃ b_i mit schraubenförmig gewundenen Flügeln C₁ C₂ c₃ c₄. Auf der einen Seite der Cylinderbatterie läuft die Aluminatlösung von unten continuirlich durch Rohr ^, um auf der anderen Seite oben durch Rohr_/₄, bereits zersetzt, continuirlich abzufliefsen. Nur bei Beginn der Inbetriebsetzung giebt man in den ersten Cylinder etwas Thonerdehydrat als Erreger, während man beginnt, die zu zersetzende Lösung langsam zulaufen zu lassen und die Rührer in Gang zu setzen.

Die Gröfse und die Anzahl der Cylinder sowie die Schnelligkeit des Zulaufes richtet sich nach der Menge der zu zersetzenden Aluminatlaugen.

Die Abscheidung der Thonerde aus Alkalialuminatlösungen durch hineingebrachtes Thonerdehydrat beruht auf einer Beobachtung, die ich bei Gelegenheit der Untersuchungen über die Ursachen der leichten Zersetzbarkeit solcher Lösungen machte.

Eine Aluminatlösung, die das normale AIuminat enthält, in welchem Thonerde und Alkali im Aequivalentverhältnifs von 1 : 1 stehen, ist nur wenig haltbar, und sehr bald beginnt auch ohne Einwirkung der Kohlensäure der Luft sich Thonerdehydrat pulverig abzuscheiden, und einmal eingeleitet, geht diese Zersetzung weiter, bis schliefslich das Aequivalentverhältnifs von Thonerde zu Alkali in de- Lösung ι : 6 geworden ist.

Diese Zersetzung erfolgt nicht momentan bis zum angedeuteten Punkte, sondern erfördert eine verhältnifsmäfsig lange Zeit. Diese letztere ist theilweise abhängig von der Menge des den Lösungen beigegebenen Thonerdehydrats, der Temperatur und der mechanischen Bewegung.

Auf welche Art der Erscheinungen dies Verhalten zurückzuführen ist, mufs bislang noch als unentschieden gelten; vielleicht scheidet sich hier die Thonerde als Hydrat in einer besonderen Modification aus. Sie scheint sich erst beim Stehen der alkalischen Lösung in der Kälte zu bilden und bleibt eine Zeit lang im Zustande der Uebersättigung in Lösung; durch Hinzubringen von gleich zusammengesetztem Thonerdehydrat beginnt daher sogleich die Abscheidung desselben.

Für diese Ansicht spricht einestheils der Umstand, dafs warme Aluminatlösungen sich in viel geringerem Mafse und unvollständiger zersetzen als kalte, und ferner, dafs nur Thonerdehydrat und vielleicht isomorphe chemische Verbindungen, nicht aber andere pulverförmige Körper, von denen ich Glaspulver und Quarzsand versuchte, die Thonerde abzuscheiden vermögen. Das sich auf diese Weise abscheidende Thonerdehydrat hat die Zusammensetzung Al₂ O₃- 3 H₂ O.

Zur Erläuterung bringe ich nachstehend eine Reihe von Analysen, die diese Zersetzung veranschaulichen. Eine Aluminatlösung, die im Liter 63,49 g Al₂ O₃ und 66,96 g Na₂ O enthielt, wurde in zwei gleiche Theile getheilt und der eine Theil A für sich stehen gelassen,

der andere, B, mit lufttrockenem Thonerdehydrat versetzt und geschüttelt. Der Gehalt beider Lösungen A und B an Thonerde (Al₂ O₃) betrug zu den angegebenen Zeiten:

frisch

⁶3,49 g
03,49 g

nach
48 Stdn.

5M g
35,78 g

nach 66 Stdn.

45,6° g 29,44 g

nach 110 Stdn.

21,80 g

nach 130 Stdn.

42,60 g '7,7' g

Eine andere wie B behandelte Probe	nach 12 Stdn.	nach 24 Stdn.	nach 36 Stdn.	nach 48 Stdn.	ergab:
frisch	49,4» g	39,78 g	33,97 g	29,00 g	nach 72 Stdn.
6l,95 g	23,68 g

Nach 84 Stunden waren nur noch 17,5 g Al₂ O₃ im Liter Lösung enthalten, wonach der Versuch unterbrochen wurde.

Aus dem ersten Versuch ersieht man, dafs, nachdem im Falle A der Thonerdegehalt sich in 130 Stunden um nur Y₃ des ursprünglichen Gehaltes verringerte, sich also nur 33 pCt. abgeschieden hatten, im anderen Falle B, wo Hydrat zur Zersetzung beigegeben war, in derselben Zeit bereits 72 pCt. der Thonerde niedergefallen waren. Dieser Versuch wurde mit nur wenig Hydrat angestellt. Nimmt man aber, wie in dem weiteren Versuche, mehr Hydrat zur Zersetzung, so ist diese in der Regel in 90 bis 96 Stunden vollendet.

Claims

Patent-Ansprüche:

1. Die Zersetzung von Alkalialuminatlösungen durch Behandeln mit durch freiwillige Zersetzung ausgeschiedenem oder durch Kohlensäure gefälltem Thonerdehydrat unter fortwährendem Umrühren in der Kälte.

2. Die Verwendung des Productes, welches durch Eindampfen der nach Patent-Anspruch ι. erhaltenen zersetzten Aluminatlösung gewonnen wurde, zum Aufschliefsen von Bauxit und anderem thonerdehaltigen Rohstoff durch Glühen mit diesem Rohstoff.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.