DEP0025413DA - Verfahren zur Herstellung von Tonerde - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Tonerde aus tonerdehaltigen Rohstoffen, z.B. Bauxit.

Eines der zurzeit hauptsächlich in Anwendung stehenden Verfahren ist der sogenannte "Pedersen-Prozess". In seiner ursprünglichen Durchführung wurde Bauxit mit Kalk und Koks in einem elektrischen Ofen zusammengeschmolzen, wodurch man metallisches Eisen und eine Calcium-Aluminat-Schlacke erhielt. Diese wurde zerkleinert und mit einer Flüssigkeit ausgelaugt, die in der Hauptsache Natriumcarbonat und eine geringe Menge Natriumhydroxyd gelöst enthält. Die erhaltene Lauge wird mit Kohlensäure behandelt und dadurch Tonerde-Trihydrat ausgefällt. Als in späteren Jahren die zur Verfügung stehende elektrische Energie für eine Vergrösserung der Erzeugung von Calcium-Aluminat-Schlacke nicht mehr ausreichte, oder wenn der Vorrat an Bauxit für eine ungedrosselte Erzeugung ungenügend war, zeigte sich, dass dasselbe Auslaugungsverfahren mit Sintermaterial durchgeführt werden konnte, das man aus Kalk und Bauxit oder anderen tonerdehaltigen Rohstoffen herstellte.

Der grösste Nachteil des Pedersen-Verfahrens besteht in dem hohen Kieselsäuregehalt, der gewonnenen Tonerde. Die Ursache hierfür ist darin zu suchen, dass bei der Ausfällung des Tonerde-Trihydrates mit Kohlensäure das Verhältnis von Kieselsäure zu Tonerde in der Ausfällung im wesentlichen dasselbe ist wie in der Lauge, aus der die Ausfällung vorgenommen wird. Da andere Gewinnungsverfahren für Tonerde, z.B. der Bayer-Prozess, ein Erzeugnis mit einem Gehalt von nur etwa 0,02 - 0,03% Kieselsäure liefern, ist es äusserst wünschenswert, auch beim Pedersen-Verfahren ein Erzeugnis von diesem Reinheitsgrad zu erhalten.

Ursprünglich enthielt beim Pedersen-Verfahren die Auslaugungsflüssigkeit etwa 30-40 g pro Liter Gesamtalkali. Damit erhielt man ein Lauge, die ungefähr 30 g pro Liter Tonerde und etwa 0,25% Siliciumdioxyd, berechnet auf Tonerde, enthielt. Um diesen unzulässig hohen Kieselsäurewert herabzusetzen, hat man die Konzentration der Behandlungsflüssigkeit immer stärker bei auf etwa 18 g pro Liter Gesamtalkali herabgesetzt, die zurzeit im allgemeinen angewendet wird. Man erhält damit Laugen mit 14 g Tonerde pro Liter und einen Kieselsäuregehalt von etwa 0,1%. Ein solcher Gehalt liegt immer noch wesentlich höher als der, den man mit anderen Verfahren, z.B. dem Bayer-Prozess, erhält, der ein Erzeugnis von nur 0,02 - 0,03% Kieselsäuregehalt liefert; es war jedoch bisher nicht möglich, in dieser Beziehung eine Verbesserung zu erhalten.

Obwohl das Pedersen-Verfahren vor anderen Verfahren in sonstiger Beziehung viele Vorteile voraus hat, wies es bisher den sehr erheblichen Nachteil des hohen Kieselsäuregehaltes der damit hergestellten Erzeugnisse auf; einen weiteren Nachteil bildete die Notwendigkeit, mit sehr niedrigen Alkalikonzentrationen zu arbeiten, und die dadurch bedingten grossen Flüssigkeitsmengen, mit denen man arbeiten musste.

Bisher wurde die Auslaugung bei Pedersen-Verfahen bei Temperaturen von etwa 40-45°C durchgeführt. Obwohl eine Steigerung dieser Arbeitstemperatur beim Pedersen-Verfahren auf etwa 60-70°C auch eine Erhöhung des Kieselsäuregehaltes der Lauge zur Folge hat, wurde überraschenderweise gefunden, dass eine Steigerung der Auslaugungstemperatur über 80°C mit einem steilen Abfall des Kieselsäuregehaltes verbunden ist, und dass gleichzeitig der Tonerdegehalt für jede Alkalikonzentration ansteigt; wenn also die Auslaugungstemperatur über 80°C gesteigert wird, kann man die Alkalikonzentration der Auslaugungsflüssigkeit grösser wählen, ohne dadurch den Kieselsäuregehalt des Endproduktes zu erhöhen. Es wurde ferner gefunden, dass eine Vergrösserung des Alkaligehaltes der Auslaugungsflüssigkeit auf wenigstens über etwa 70 g pro Liter bei Auslaugungstemperaturen oberhalb etwa 80°C den Kieselsäuregehalt der erhaltenen Lauge nicht merkbar vergrössert, wohl aber ihren Tonerdegehalt heraufsetzt. Es ist auf diese Weise möglich geworden, aus Laugen, die man bei Arbeitstemperaturen von etwa 90°C mit Alkalikonzentrationen von etwa 70 g pro Liter bis 170 g pro Liter oder mehr erhielt, Tonerdefällungen zu bekommen, bei denen das Verhältnis von Kieselsäure zu Tonerde ebenso niedrig oder noch niedriger lag als bei Fällungen, die mit dem Bayer-Verfahren erhalten wurden.

Das Hauptmerkmal eines Verfahrens nach der Erfindung besteht demzufolge im wesentlichen darin, dass man eine Calcium-Aluminatschlacke oder ein Sintermaterial, das man aus Kalkstein und einem tonerdehaltigen Rohstoff hergestellt hat, mit einer Natriumcarbonatlösung der bei Pedersen-Verfahren üblichen Zusammensetzung, d.h. einer Lösung, die eine kleine Menge Natriumhydroxyd enthält, bei eienr Temperatur von über etwa 80°C und vorzugsweise bei einer Temperatur von etwa 90°C oder darüber auslaugt. Obwohl mit der Benutzung von Temperaturen über etwa 90°C eine Steigerung der Tonerdekonzentration der Lauge verbunden ist, ist diese Steigerung im allgemeinen doch nicht so hoch, dass sie die erhöhten Kosten einer Arbeitsweise oberhalb 100°C rechtfertigt, die die Anwendung druckfester Gefässe erfordern würde. Infolgedessen ist in den meisten Fällen die Benutzung einer Arbeitstemperatur von etwa 90°C am günstigsten.

Die Alkalikonzentration, die man benutzt, hängt von bekannten Überlegungen ab; es ist indessen zweckmässig, hohe Konzentrationen anzuwenden, um dadurch Laugen von möglichst hohem Tonerdegehalt zu bekommen und mit einer geringeren Menge Arbeitsflüssigkeit auszukommen, ausserdem wird durch höhere Alkalikonzentrationen die Tonerdekonzentration der Lauge heraufgesetzt, ohne dass sich dabei im wesentlichen gleichzeitig die Kieselsäurekonzentration erhöht. Infolgedessen werden die Fällungen einen kleineren Prozentgehalt an Kieselsäure aufweisen. Ein weiterer Vorteil hoher Tonerdekonzentrationen besteht darin, dass die Ausfällung von Tonerdetrihydrat aus der Lauge durch Animpfung mit Kristallen dieser Verbindung wie bei Bayer-Prozess bewirkt werden kann. Eine Ausfällung auf diesem Wege durch Animpfung ist einer Ausfällung mit Kohlensäure überlegen, weil dabei das Aluminiumoxydtrihydrat schneller ausfällt als die Kieselsäure mit dem Ergebnis, dass die hergestellte Tonerde einen höheren Reinheitsgrad besitzt. Es lassen sich ohne weiteres Alkalikonzentrationen von über 100 g pro Liter sogar bis 150 g pro Liter und mehr benutzen. Eine Alkalikonzentration von 130 g pro Liter (als Natriumcarbonat) ergibt bei einer Arbeitstemperatur im Bereich von 90°C eine Lauge mit einer Tonerdekonzentration von etwa 90 g pro Liter.

Die Auslaugung wird bei der praktischen Ausführung der Erfindung zweckmässig in zwei Stufen durchgeführt, wie es in Verbindung mit dem Pedersen-Verfahren bekannt ist. In der ersten Stufe wird Calcium-Aluminat-Schlacke oder ein Sintermaterial, das aus einem kalkhaltigen Material wie Kalkstein und einem tonerdehaltigen Material, gewöhnlich Bauxit, hergestellt wurde, mit einer Lösung gemischt, die Tonerde, Natriumcarbonat und eine kleine Menge Natriumhydroxyd enthält und aus einer voraufgegangenen zweiten Auslaugungsstufe stammt. Die auf eine Volumeneinheit der Auslaugungsflüssigkeit entfallende Schlacken- oder Sintermenge wird in bekannter Weise aus den Konzentrationen der Auslaugungsflüssigkeit an Tonerde, Natriumcarbonat und Natriumhydroxyd so berechnet, dass noch nicht die gesamte in der Schlacke oder dem Sintermaterial befindliche gewinnbare Tonerdemenge ausgelaugt und die Kieselsäurekonzentration in der Lauge aus der ersten Verfahrensstufe auf einem niedrigen Wert gehalten wird. Die Arbeitstemperatur liegt zweckmässig bei etwa 90°C, und die Konzentration der Lösung an Gesamtalkali (d.h. Natriumcarbonat und Natriumhydroxyd kann von etwa 70 g pro Liter aufwärts bis zu jeder höheren Konzentration liegen, die zweckmässig oder wirtschaftlich erscheint da diese Konzentration von Gesichtspunkt der Erfindung aus nach oben nicht begrenzt ist. Ist die erste Verfahrensstufe beendet, so wird die Lauge von den Rückständen in bekannter Weise getrennt; der Gesamtalkaligehalt der Flüssigkeit besteht nun grösstenteils aus Natriumhydroxyd, von dem sich ein Teil in der Lösung mit der Tonerde zu Natriumaluminat verbindet, und welches gewöhnlich als Gesamtätzalkali bezeichnet wird.

Die in der ersten Verfahrensstufe anfallende Lauge wird zur Gewinnung von Tonerdetrihydrat einer Ausfällung unterworfen. Dieser Verfahrensschritt kann entweder im ganzen in für das Pedersen-Verfahren bekannter Weise mit Hilfe von Kohlensäure so durchgeführt werden, dass sich der Tonerdegehalt der Lauge in einem Schritt im wesentlichen auf 0 verringert, oder die Ausfällung wird zum Teil wie beim Bayer-Verfahren durch Animpfung bewirkt und dann mit Hilfe von Kohlendioxyd bis zum Ende durchgeführt. Die Ausfällungstemperatur wird nach bekannten Gesichtspunkten bestimmt.

Die zweite Stufe des Auslaugungsverfahrens besteht nun darin, dass man den Rückstand aus der ersten Verfahrensstufe mit der Flüssigkeit behandelt, die nach der Ausfällung zurückbleibt. In dieser zweiten Verfahrensstufe wird aus den Rückständen soviel Tonerde wie möglich herausgezogen. Der nach der zweiten Auslaugung verbleibende Rückstand wird ausgewaschen und fortgeworfen.

Im Nachfolgenden wird ein praktisches Ausführungsbeispiel der Erfindung gegeben. Ein aus Bauxit und Kalkstein hergestelltes Sintermaterial ergab bei der Analyse folgende Zusammensetzung:

Glühverluste 0,31%

Al(sub)2O(sub)3 38,74%

SiO(sub)2 1,40%

CaO(exp)2 36,09%

Na(sub)2O 2,46%

P(sub)2O(sub)5 1,33%

Der Rest von 19,67% bestand grösstenteils aus Ferrioxyd.

Dieses Sintermaterial wurde bei 90°C anderthalb Stunden mit einer Flüssigkeit ausgelaugt, die 130 g pro Liter Gesamtalkali, 15 g pro Liter Gesamtätzalkali (berechnet als Natriumcarbonat) und 10 g pro Liter Tonerde (Al(sub)2O(sub)3) enthielt; auf 300 g Sintermaterial kam ein Liter Behandlungsflüssigkeit. Die in dieser Verfahrensstufe entstehende Lauge enthält 90 g pro Liter Tonerde, 130 g pro Liter Gesamtalkali, 125 g pro Liter Gesamtätzalkali, 0,02 g pro Liter Kieselsäure (SiO(sub)2) und 0,004 g pro Liter P(sub)2O(sub)5. Durch Einleitung von Kohlensäure in diese Lauge wird ein Aluminiumoxydtrihydrat gefällt, welches beim Brennen eine Tonerde mit einem Gehalt von etwa 0,02% SiO(sub)2 und etwa 0,004% P(sub)2O(sub)5 liefert. Die nach der Ausfällung zurückbleibende Flüssigkeit, die 130 g pro Liter Gesamtalkali, 4-6 g pro Liter Gesamtätzalkali und 203 g pro Liter Tonerde enthält, wird zu eienr zweiten Auslaugung der Sinterrückstände aus der ersten Auslaugungsstufe benutzt. Die bei der zweiten Auslaugungsstufe anfallende Flüssigkeit hat die Zuzsammensetzung, die oben für die Auslaugungsflüssigkeit der ersten Auslaugungsstufe genannt wurde.

Wie das vorstehende Beispiel erkennen lässt, wies das Sintermaterial einen gewissen Phosphorgehalt auf, doch war der Phosphorgehalt der Tonerdefällung trotzdem klein. Es ist ein Vorteil der Erfindung, dass der Phosphor aus der Fällung herausgehalten werden kann, so dass infolgedessen in Verbindung mit der Erfindung auch phosphorhaltige Tonerde oder kalkhaltige Rohstoffe mit Phosphorgehalt benutzt werden können, ohne dass deshalb ein minderwertiges Endprodukt entsteht.

Claims (3)

1. Verfahren zur Herstellung von Tonerde aus Schlacken oder Sintermaterialien, die aus Kalk und tonerdehaltigen Rohstoffen hergestellt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlacken oder Sinter in einer Natriumcarbonatlösung, die Natriumhydroxyd enthält bei einer Temperatur oberhalb 80°C ausgelegt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlacken oder Sinter in einer Natriumhydroxyd enthaltenden Natriumcarbonatlösung bei einer Temperatur von 90°C oder darüber ausgelaugt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Natriumcarbonatlösung für die Auslaugung der Schlacken oder Sinter eine Alkalikonzentration von mehr als 100 g pro Liter besitzt.