DE970077C

DE970077C - Gewinnung von Eisenpulver durch Reduktion von Rotschlamm

Info

Publication number: DE970077C
Application number: DEG5656A
Authority: DE
Original assignee: Giulini Gebrueder GmbH
Current assignee: BK Giulini Chemie GmbH
Priority date: 1951-04-13
Filing date: 1951-04-13
Publication date: 1958-08-21

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 21. AUGUST 1958

G 5656 VI118 a

Es sind zahlreiche Verfahren bekannt, nach denen Eisenpulver zur Herstellung von gesinterten oder gepreßten Stücken erzeugt wird. Die Gewinnung des Eisenpulvers geschieht z. B. durch Zerkleinerung von festem Eisen oder durch Zerstäuben von flüssigem Eisen, ferner durch Reduktion von Eisenoxyd oder Elektrolyse von Eisensalzlösungen und zum Teil auch durch Zersetzung organischer Eisenverbindungen, wie Eisenkarbonyl oder Eisenformiat. Bei diesen verschiedenen Verfahren werden Eisenpulver unterschiedlicher Reinheit und physikalischer Beschaffenheit erlangt, und auch die Gestehungskosten weichen stark voneinander ab. Andererseits sind diese Faktoren dafür bestimmend, zu welchem Zweck man die einzelnen Sorten von Eisenpulver verwendet.

Für bestimmte Zwecke ist es erforderlich, daß das Eisenpulver eine sehr kleine Teilchengröße besitzt.

Diese Eigenschaft haben z. B. das Karbonyl- und das Elektrolyteisenpulver, bei denen die Korngröße im allgemeinen unter 50 μ liegt. Ein Nachteil dieser Pulver besteht in den hohen Herstellungskosten. Die nach den Reduktionsverfahren oder nach den Zerstäubungsverfahren hergestellten Pulver hingegen sind zwar billiger als die nach den vorgenannten Verfahren erzeugten, jedoch sind die Eisenteilchen für bestimmte Zwecke zu groß und oft auch zu kompakt.

Gegenstand eines älteren Vorschlages ist die Gewinnung eines Eisenpulvers, insbesondere eines solchen feinster Körnung, aus Rotschlamm, der bei der Herstellung von Tonerde nach dem Bayer-Verfahren als Abfallprodukt erhalten wird, durch Reduktion, z. B. mit Wasserstoff, Ammoniak, Leuchtgas, Alkohol u. a. In dem erhaltenen Produkt erkennt man Teilchen von 8 μ und weniger, jedoch sind selbst diese Teilchen noch

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als Aggregate anzusehen, zu denen sich kleinere Teilchen infolge ihrer unregelmäßigen Form zusammengeballt haben.

Der ältere Vorschlag berücksichtigt jedoch nicht, daß der Rotschlamm außer Eisenoxydhydrat noch andere Bestandteile, vor allem unaufgeschlossenes Aluminiumoxydhydrat, Natriumaluminiumsiljkat, Titandioxyd neben kleinen Beimengungen von Oxyden des Vanadins, des Mangans, des Phosphors und ίο Chroms, enthält. Je nach dem Verwendungszweck können die einen oder anderen Bestandteile sehr störend sein.

Die Erfindung schlägt deshalb vor, den Rotschlamm vor der Reduktion von seinen neben dem Eisenoxydhydrat vorhandenen anderen Bestandteilen durch eine Reinigungsbehandlung zu befreien.

Ist z. B. das Natriumaluminiumsilikat störend, so wird dies am besten auf bekannte Weise durch Behandlung mit verdünnten Säuren, vorzugsweise Schwefelsäure, entfernt. Aus den hierbei anfallenden Laugen lassen sich nach bekannten Verfahren das Alkali, die Tonerde und die Schwefelsäure wiedergewinnen. Nach anderen Verfahren kann man aus den Laugen aktive oder feinpulverige Kieselsäure und Natronalaun bzw. Tonerde und Natriumsulfat gewinnen. Durch die Säurebehandlung wird der Rückstand praktisch frei von SiO₂, Na₂O und SO₃. Die nun noch darin enthaltenen Reste Al₂O₃ und die Gesamtmenge an TiO₂ entfernt man, falls man das reduzierte Material z. B. als Kontaktsubstanz verwenden will, zweckmäßig nicht, da diese beiden Substanzen praktisch molekular mit dem Eisenoxydhydrat vermischt sind und somit eine ausgezeichnete Trägersubstanz darstellen. Für die Verwendung als Kontaktsubstanz ist im übrigen auch der Gehalt an Vanadinoxyd günstig. Der der- Säurebehandlung folgende Waschprozeß wird zweckmäßig mit einer Separation verbunden, durch welche die grießartigen Bestandteile im Rotschlamm (herrührend von pisolithischen Ein-Schlüssen von Hämatit oder Goethit im Bauxit!) abgetrennt werden.

Falls ein höherer Reinheitsgrad erwünscht ist, kann durch eine Natronlaugebehandlung, die zweckmäßig vor die Schwefelsäurebehandlung gelegt wird, der restliche Tonerdegehalt entfernt werden.

Bei der Verwendung für die Herstellung von Eisenpulver wird der Rotschlamm nach Behandlung mit verdünnten Säuren zwecks weitgehender Befreiung desselben von Natriumaluminiumsilikat mit geeigneten 50. Reduktionsmitteln behandelt, und man erhält so ein Pulver, dessen erkennbare Teilchengröße unter 3 μ liegt. Die wahre Teilchengröße ist aus dem vorstehenden Grund noch kleiner. Die Pulverteilchen besitzen eine so schwammige Struktur, wie sie nach keinem der bekannten Gewinnungsverfahren von Eisenpulver erzielt werden kann.

Der eingangs erwähnte ältere Vorschlag enthält bezüglich der Reduktionstemperatur nur die allgemeine Angabe, daß das Pulver aus Bayer-Masse in einem Behälter in einem Ofen mit sich erneuernden flüssigen oder gasförmigen Reduktionsmitteln zur Reaktion gebracht wird und die Beheizung des Ofens auf verschiedene Weise erfolgen kann, sofern überhaupt eine Beheizung erforderlich ist. Gemäß der Erfindung wurde jedoch festgestellt, daß bei Verwendung von Wasserstoff oder wasserstoffhaltigen Gasgemischen die Reduktion zweckmäßig bei Temperaturen von etwa 700⁰ C oder darüber durchzuführen ist. Bei Verwendung von Kohle als Reduktionsmittel haben sich Temperaturen von etwa 1050⁰C als vorteilhaft erwiesen.

Arbeitet man mit Wasserstoff bei etwa 750⁰C, so entsteht ein pyrophores Eisen, daß äußerst fein verteilt ist und eine hohe Oberfläche besitzt. Für bestimmte Verwendungszwecke ist ein solches pyrophores Eisen erwünscht. Wenn es aber für andere Zwecke, z. B. in der Pulvermetallurgie, verarbeitet werden soll, so empfiehlt es sich, das reduzierte Eisen durch Tempern, z. B. bei Temperaturen über 700⁰C, jedoch unterhalb der Sintertemperatur, also nicht über etwa 1100⁰C, in eine passivere Form überzuführen. Die Teilchengröße wird hierdurch nicht verändert. Statt durch Tempern kann man eine ähnliche Wirkung auch durch längeres Lagern des zunächst pyrophoren Materials in einer inerten Atmosphäre, z. B. von Stickstoff oder Argon, erhalten. Unter Beachtung besonderer Vorsichtsmaßregeln ist es schließlich auch möglich, die Reduktion bei Temperaturen über 700⁰C, jedoch unterhalb der Sintergrenze, so zu lenken, daß unmittelbar ein nicht pyrophores Eisen erhalten wird.

Das gemäß der Erfindung erhaltene pyrophore Eisenpulver läßt sich unter anderem auch für die Gewinnung von Eisenoxyd, das sehr stark ferromagnetisch ist, verwenden, indem man das pyrophore Pulver einer oxydierenden Behandlung, z. B. mit Luft, aussetzt. Man gewinnt auf diese Weise ein Eisenoxyd, das auf fest verteiltem Titanoxyd und Aluminiumoxyd als Trägerstoff gebettet ist und sich besonders gut für die Herstellung von Magnettonbändern eignet.

Anwendungsbeispiel

Ein beim naßalkalischen Aufschluß von Bauxit als Rückstand angefallener Rotschlamm mit der unten angeführten Analyse wurde vor der Trocknung in ausgerührter, auf 42° Be eingedampfter Tonerdenatronlauge mit einem Molverhältnis 3,85 Na₂O : 1 Al₂O₃ aufgeschlämmt.

Rotschlamm-Analyse

Fe₂O₃

Al₂O₃

SiO₂

TiO₂

CaO

Na₂O

SO₃

Glühverlust.

5W₀ 13.2% 7,8% 6,2%

0,15 °/o

7,O⁰Io _τ>τ ο/

'8⁰

Die Masse wurde im Autoklav 2 Stunden bei 160⁰C behandelt und nach Entspannung filtriert und gewaschen. Der nunmehr anfallende Schlamm wurde mit Schwefelsäure von 5⁰ Be bis zum pu-Wert 3,8 versetzt, Minuten gerührt, filtriert, mit Schwefelsäure von Be vorgewaschen und mit Wasser nachgewaschen. Anschließend wurde der Schlamm in einem trichterförmigen Gefäß, durch das Wasser von unten nach oben mit einer Strömungsgeschwindigkeit am weitesten Teil des Gefäßes von 5 cm/min floß, einem

Schlämmprozeß unterworfen; die überlaufende Trübe kam in Absitzbehälter. Nach Abziehen des überstehenden Wassers am nächsten Tage wurde der Schlamm filtriert, getrocknet und feinstens gemahlen. Er wies dann folgende Analyse auf:

Fe₂O₃ 8i,7%

Al₂O₃ i,i°/₀

SiO₂ 0,69%

TiO₂ 8,6%

Na₂O 0,28%

Glühverlust 6,8%

Das Pulver wurde 2 Stunden bei 750⁰C mit Wasserstoff behandelt, nach Abkühlung 3 Tage unter Stickstoff gelagert und wies sodann einen Gehalt an metallischem Eisen von 83,5% auf. Die erkennbare Teilchengröße lag bei durchschnittlich ι μ, maximal bei 3 μ.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Verfahren zur Gewinnung von Eisenpulver durch Reduktion des bei der Herstellung von Tonerde als Abfallprodukt anfallenden Rotschlammes, i dadurch gekennzeichnet, daß der Rotschlamm vor der Reduktion von seinen neben dem Eisenoxydhydrat vorhandenen anderen Bestandteilen durch eine Reinigungsbehandlung befreit wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Wasserstoff oder wasserstoffhaltigen Gasgemischen die Reduktion bei Temperaturen von etwa 700⁰C durchgeführt wild.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotschlamm vor der Reduktion durch Behandlung mit verdünnten Säuren ganz oder teilweise von dem neben Eisenoxydhydrat vorhandenen Natrium aluminiumsilikat befreit wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotschlamm mit Alkalilauge zur Entfernung von dem neben Eisenoxydhydrat vorhandenen Tonerdehydrat behandelt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der gereinigte Rotschlamm vor der Reduktion einem Wasch- und Schlämmprozeß unterworfen wird, wobei grießartige Bestandteile abgetrennt werden.

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