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Verfahren zur Gewinnung von Tonerde aus kieselsäure- und calciumaluminathaltigen
Schlacken Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Gewinnung von Tonerde
aus kieselsäure- und calciumaluminathaltigen Schlacken durch Laugung mit verhältnismäßig
dünner Sodalösung. Solche Schlacken kann man aus Tonen, kieselsäurehaltigen Bauxiten,
Kesselaschen u. dgl. z. B. dadurch gewinnen, daß diese Stoffe unter Ca0- und Kokszuschlag
im Schachtofen niedergeschmolzen werden, wobei sich eine schmelzflüssige Schlacke
bildet, das Fee 03, das in den Ausgangsstoffen enthalten ist oder diesen gegebenenfalls
zugemischt wird, zu Fe O reduziert und mit der Kieselsäure zu 2 Fe O Si 02 zusammentritt.
Bei der Erfindung handelt es sich um Schlacken, deren Kalk-Tonerde-Verhältnis wesentlich
größer als i ist.
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Die Hauptschwierigkeit bei der Erzeugung von reiner Tonerde aus calciumaluminathaltigen
Schlacken durch Laugen mit Sodalösungen beruht darin, die mit der Tonerde in Lösung
gegangene Kieselsäure abzuscheiden.
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Es wurde nun gefunden, daß die Kieselsäurefällung in einfacher Weise
bei Verwendung von verhältnismäßig dünner Sodalösung (etwa io bis 50
g/1) gelingt, wenn man in einem ersten Verfahrensgang vorgelaugte Schlacke mit einem
Kalk-Tonerde-Verhältnis von größer als i der Laugung unterwirft, in einem zweiten
Verfahrensgang die entstandene Natriumaluminatlauge zwecks überführen der gebildeten
freien Natronlauge in Soda mit einer Natriumbicarbonatlösung versetzt und diese
Mischlauge in einem dritten Verfahrensgang mit der frischen Schlacke verrührt, wobei
die noch vorhandene Soda zur Lösung von Tonerde und zur Fällung von Kieselsäure
verbraucht wird. Das Verrühren
der Schlacke erfolgt in vielen Fällen
zweckmäßig etwa 30 Minuten lang und bei einer Temperatur von 4o bis 6o°.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist in dem Stammbaum beispielsweise
dargestellt, und zwar gibt der gestrichelte Teil die Stufen zum Ansetzen des Verfahrens
wieder, während der ausgezogene Teil den eigentlichen Verfahrensverlauf veranschaulicht.
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Zur Einleitung des Verfahrens wird in. a eine gewisse Menge der zu
behandelnden Schlacke mit so viel verdünnter Sodalösung versetzt, daß der Tonerdegehalt
der Schlacke in hohem Maße ausgelaugt wird. -In b wird z. B. durch Filtration der
feste Rückstand von der Lauge getrennt. Mit der dabei gewonnenen unreinen, d. h.
kieselsäurehaltigen Natriumaluminatlauge ist die Ingangsetzung des Verfahrens beendet.
Das eigentliche Verfahren wird anschließend in ständigem Kreislauf beispielsweise
folgendermaßen durchgeführt: In c wird die unreine Aluminatlauge aus b mit einer
solchen Menge Bicarbonatlösung gemischt, daß die freie Natronlauge, die in der Natriumaluminatlauge
enthalten ist, zu Soda gebunden wird. In d wird die Mischflüssigkeit mit frischer
Calciumaluminatschlacke verrührt. Die Menge dieser Schlacke ist so bemessen, daß
deren löslicher Calciumaluminatgehalt ausreicht, um die in der Mischflüssigkeit
enthaltene Soda unter Ausfällung von Calciumcarbonat zu Natriumaluminat umzusetzen,
und die danach verbleibende Menge des Calciumaluminates etwa derjenigen Menge entspricht,
die einleitend zur Herstellung der unreinen Natriumaluminatlauge benutzt wurde.
Da also hier nur ein Teil der eingebrachten Schlacke ausgelaugt wird, handelt es
sich bei dieser Verfahrensstufe um eine Vorlaugung. Bei der Vorlaugung fällt die
Kieselsäure der Schlacke ohne Tonerdeverlust weitgehend aus, d. h., es wird in d
eine praktische entkieselte Aluminatlauge gewonnen. In e wird der Abgang aus der
Vorlaugung eingedickt. Die hierbei von der Schlacke abgetrennte entkieselte Lauge
wird über m nach f geführt. Hier wird sie beispielsweise durch Fällung mit Bicarbonatlösung
und anschließender Filtration auf Tonerdehydrat verarbeitet, wobei -das Bicarbonat
zu Soda umgesetzt wird.
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Die in e gewonnene vorgelaugte Schlacke gelangt nach g, wo sie mit
Sodalösung weitergelaugt wird. Hierzu wird vorteilhaft ein Teil der Sodalösung verwendet,
die in f anfällt und über t nach g geleitet wird. Die Menge der Sodalösung
ist so bemessen, daß sie ausreicht, um das restliche Calciumaluminat, das nach der
Vorlaugung noch in der. Schlacke enthalten ist, in hohem Maße auszulaugen, d. h.
fertigzulangen. Da die restliche Calciumaluminatmenge, wie gesagt, derjenigen entspricht,
die einleitend zur Herstellung der unreinen Natriumaluminatlauge benutzt wurde,
stimmt auch die bei g eingebrachte Menge Sodalösung mit der Menge überein, welche
zur Einleitung des Verfahrens verwendet wurde.
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Wie aus vorstehendem hervorgeht, wird in g die gleiche Menge Calciumaluminat
wie in a mit der gleichen Menge Sodalösung wie dort gelaugt. Infolgedessen entspricht
die Aluminatlauge, die in g anfällt, in ihrer Zusammensetzung der unreinen Aluminatlauge,
welche in a und b erzeugt wurde.
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Der Abgang aus der Fertiglaugung in g wird in h eingedickt und anschließend
das Eingedickte in i gefiltert. Während der Filterrückstand über o abgeleitet wird,
geht die Lauge, die in 1z und i anfällt, über 7i nach c. Hier wird sie wieder,
wie oben beschrieben, mit Bicarbonatlösung gemischt. Mit dem zuletzt angegebenen
Verfahrensschritt hat die Wiederholung des erfindungsgemäßen Kreislaufes begonnen.
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Die Bicarbonatlösung, die in c benutzt wird, gewinnt man vorteilhaft
aus dem restlichen Teil der Sodalösung, die bei der Fällung und Filtration der entkieselten
Lauge in f anfällt. Zu diesem Zwecke wird die restliche Sodalösung über p beispielsweise
in einen Rieseltürm q'geführt, wo die Soda mit C OZ zu Bicarbonat umgesetzt wird.
Die hier gewonnene Bicarbonatlösung wird dann teils über r nach
f,
teils über s nach c geführt.
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Verfolgt man die einzelnen Stufen des erfindungsgemäßen Verfahrens,
so sieht man, daß es sich im wesentlichen aus drei Verfahrensgängen zusammensetzt,
die sich zeitlich wie folgt aneinanderreihen: Mischung von unreiner Aluminatlösung
mit Bicarbonatlösung in c, Vorlaugung von frischer Schlacke mit der Mischflüssigkeit
in d und Fertiglaugung der vorgelaugten Schlacke mit Sodalösung in g.
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In dem Patentanspruch ist von der Sodalösung ausgegangen, die in g
eingeführt wird. Infolgedessen ist die hier stattfindende Laugung als der erste
Verfahrensschritt bezeichnet, an den sich die Mischung in c und die Laugung in d
als zweiter und dritter Schritt anschließen. .
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Es ist nicht erforderlich, daß man die Mischung der unreinen Natriumaluminatlauge
mit Bicarbonatlösung und die Vorlaugung der frischen Schlacke voneinander trennt.
Diese beiden Verfahrensgänge können vielmehr in. ein und derselben Einrichtung gleichzeitig
durchgeführt werden.
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Durch Versuche hat sich ergeben, daß die besten Verhältnisse sowohl
in bezug auf Ausbringen an Tonerde wie an Kieselsäurefreiheit dann erhalten werden,
wenn die Tonerdekonzentration bei der Laugung zwischen zö bis 30 g/1 beträgt.
Bei manchen Schlacken kann man auch noch gute Ergebnisse erzielen, wenn man die
Konzentration bis auf 5o g/1 steigert. Ausführungsbeispiel Es wurde eine Schlacke
mit 16, t % Si 02, 2o,2 % A12 03, 49,9'/o Ca 0, 9 0/0 Fe O, 1,610/a
Ti 02, 2,40/0 S (Kalk-Tonerde-Modul = i,8) benutzt. Zum Ansetzen des Verfahrens
wurden 85o g Schlacke mit 13 1 Sodalösung, die 24,3 g/1 Soda enthielt, bei einer
Temperatur von 50° 3o Minuten lang in a gelaugt. Die Lauge wurde dann in b vom Rückstand
durch Filtern getrennt. Der Tonerdegehalt dieser unreinen Natriumaluminatlauge betrug
11,9 g/1. Damit sind in der Natriumaluminatlauge 91% der in der Schlacke eingebrachten
Tonerde gelöst worden.
Eine Bestimmung der freien Natronlauge in
der Natriumaluminatlauge ergab 7,35 g/1. Es wurde nun in c je Liter Natriumaluminatlauge
0,41 Bicarbonatlösung mit 38,5 g/1 Bicarbonat hinzugefügt. Demnach wurden angewandt
13 1 N atriumaluminatlauge + 5,2 1 Bicarbonatlösung. Mit dieser Flüssigkeitsmenge
wurden in d 162o g frische Schlacke 30 Minuten lang bei 5o° verrührt und
vorgelaugt. Die so gewonnene entkieselte Aluminatlauge enthielt 16,3 g/1 A1203 und
o,o6°/o S102, bezogen auf A12 03. Der Gehalt an freier Natronlauge betrug schließlich
nur mehr 4,7 g/1.
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Die mit frischer Schlacke zusammengebrachte Lauge wurde anschließend
in e eingedickt und die Lauge in f gereinigt, d. h., die entkieselteAluminatlauge
wurde in bekannter Weise mittels Fällung und Filtration zu Tonerdehydrat verarbeitet.
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Bei der Vorlaugung wurden 770 g Schlacke durch Bicarbonat bzw.
durch Bicarbonatlösung verbraucht, die zu Soda umgesetzt war, und es verblieben
85o g nicht angegriffene Schlacke. Außerdem waren etwa 770 g ausgelaugter
Rückstand (an Stelle der ausgelaugten Tonerde tritt C O, und H2 O) vorhanden. Rückstand
und Schlacke wurden nun in g mit 13 1 Sodalösung gelaugt, wobei die lösliche Tonerde
aus dem bei der Entkieselung nicht angegriffenen Teil der Schlacke (85o g) in Form
von unreiner Natriumaluminatlauge gewonnen wurde. 1Tach der Sodalaugung wurde in
h eingedickt und in i. filtriert. Die dabei abgetrennte unreine Natriumaluminatlauge
wurde anschließend wieder in c mit 5,2 1 Bicarbonatlösung versetzt. Der für das
eigentliche Verfahren unbrauchbare Filterrückstand wurde abgeführt. Er eignet sich
-gegebenenfalls nach Zugabe von Zuschlagstoffen - zur Herstellung von Zement.
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Mit der zuletzt angegebenen Versetzung der unreinen Natriumaluminatlauge
mit der Bicarbonatlösung begann die Wiederholung des Kreislaufs.