JPS62230613A - ボ−キサイトからの水酸化アルミニウムの製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はボーキサイトからアルミン酸ソーダ溶液でアル
ミナ分を抽出するバイヤー法に関し、更に詳細にはアル
ミナ抽出時のカセイソーダのＩＮＮ低量減少させ、更に
、いわゆるバイヤー法での赤泥を酸化鉄のようなアルカ
リ不溶解成分とソーダライト組成の脱珪組成物とに分離
するバイヤー法の改良に関するものである。

従来の技術 バイヤー法によるボーキサイトの処理は、一般に粉砕さ
れたボーキサイトをアルミン酸ソーダ溶液と混合し、オ
ートクレーブ中でアルミナ分を抽出するが、その際、ア
ルミナ分が抽出されると共に、ボーキサイト中に含まれ
るアルカリ６■溶性シリカ（以下、反応性シリカと称す
る）も溶出する。

この溶出したシリカを含んだ抽出液を水酸化アルミニウ
ム析出工程に送った場合には、析出工程で液中のシリカ
が分解析出し、水酸化アルミニウム中に混在し、水酸化
アルミニウムの品質を低下させる。そのため、抽出混合
ｉαを赤泥分離工程に送る前に、溶出したシリカを抽出
溶液中のアルミすおよびカセイソーダの一部と反応させ
て不溶性のソーダライトあるいはゼオライトとする脱珪
操作が必要となる。この脱珪操作時にボーキサイト中の
反応性シリカは、殆ど全て溶出するため、この溶出シリ
カは全て脱珪処理され、この脱珪生成物はボーキサイト
中のアルカリ不溶性物質である酸化鉄等とともに抽出残
渣として廃棄されるのでアルミナとカセイソーダの損失
を招いている。

このボーキサイト中の反応性シリカに起因するカセイソ
ーダ損失の低減法としては、特公昭３７−８２５７のボ
ーキサイト中のアルミナと反応性シリカの抽出液への溶
解速度差を利用してアルミナ分を選択的に溶解させるこ
とによって従来困難とされていた反応性シリカの含有量
の多いボーキサイトを利用し得るようにした方法、特公
昭４８−３７６７８のアルミナ分は充分に溶解させるが
反応性シリカ分の溶出を抑えて抽出残渣を分離する方法
などがある。また、バイヤー法の赤泥をその構成成分で
ある酸化鉄やチタニアの様なアルカリ不溶解成分と、ソ
ーダライト組成物の様な脱珪生成物とに分離する方法と
しては、特開昭５６−１６０３２１のボーキサイト中の
反応性シリカとアルミナの溶出を別々の工程で行い、シ
リカ溶出液を脱珪処理し、脱珪生成物を分離した後、前
記アルミナ抽出液に合流させる方法が挙げられる。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上記の特公昭３７−８２５７ではボーキ
サイトとして反応性シリカ含有量の多いものと通常含有
量のものの２種類を使用し、かつ抽出も別々の条件で行
うため、これを通常の反応性シリカ含有量のボーキサイ
トに適用すると第１段の抽出に配分される量は全ボーキ
サイトの高々５０％に過ぎず、残量は従来の抽出法で抽
出処理されるため、ボーキサイト全体から見れば、１０
〜２５％の反応性シリカの溶出の抑ｉＴ／Ｊとしかなら
ず、工程が煩雑な割にカセイソーダ節減量は小さい。次
に特公昭４Ｂ−３７６７８では抽出液中の溶解残渣を合
成有機高分子凝集剤を使用し凝集させ分離時間の短縮を
図っているが、短縮し得る時間には限度があり、その間
に反応性シリカの溶出が進行してしまうので、カセイソ
ーダの節減効果は、それ程大きくはない。

また、特開昭５６−１６０３２１では、脱珪生成物を赤
泥と別個に分離し、利用できる利点もあるが、工程が複
雑で操業管理が難しいという問題がある。

問題点を解決するための手段 発明者らは、ボーキサイト中のアルミナと反応性シリカ
のアルカリへの反応速度差を利用しカセイソーダ損失の
節減量を大きくし、また赤泥をアルカリ不溶解成分と脱
珪生成物とに分離するには、（１）アルミナと反応性シ
リカのアルカリへの反応速度差が大きくなるような抽出
操作を行い。

（２）アルミナが充分溶解したら、反応性シリカが溶出
し難い条件にすれば同時に脱珪反応も起こり難いことに
着想し、この（２）の条件を作り出すためには反応性シ
リカが低温では反応速度が大きく低下する点に着目し本
発明を完成するに到った。

本発明に係るボーキサイトからの水酸化アルミニウムの
製造法は、バイヤー法による水酸化アルミニウム製造法
において、ボーキサイトからアルミン酸ソーダ溶液でア
ルミナ分を管型反応器によって抽出し、抽出後直ちに抽
出液・溶解残渣の混合液をフラッシュして急冷し、溶解
残渣を分離除去し、次いで抽出液を脱珪処理した後、水
酸化アルミニウムを析出させることを特徴とするもので
ある。

アルミン酸ソーダ溶液中のボーキサイトのアルミナおよ
び反応性シリカの溶出量および脱珪生成物の生成ｍと抽
出時間との関係を示すと第１図のとおりで曲線（１）は
アルミナ、（２）は反応性シリカ。

（３）は脱珪生成物に対するものである。従来はＡ時点
まで抽出時間をかけ、溶出したシリカを不溶性の脱珪生
成物として析出させていたものを、本発明方法では、ア
ルミナが充分溶出した時点Ｂで抽出を止め抽出液・残渣
スラリーの温度を急激に低下せしめて抽出残渣を分離す
ることにより、脱珪反応を殆ど生起させず、分離された
残渣中の脱珪生成物量をごく僅かにすることができる。

また分離した抽出液中の溶存シリカｍは、従来に比べ大
幅に減少するが、なお、水酸化アルミニウムの析出工程
前に脱珪する必要があり、脱珪処理を施し、溶存シリカ
を不溶性の脱珪生成物として析出させ除去後、水酸化ア
ルミニウム析出工程に移行させるものである。

本発明方法は、通常のボーキサイトに適用されるが、当
然のことながら、アルミナと反応性シリカの溶解速度差
の大きなものであれば、なお一層好都合である。

アルミナと反応性シリカとの溶解速度差を大きくするた
めには、ボーキサイトの粉砕粒度は細かければ細かい程
有利であるが、粉砕動力費を考慮すれば、９メツシユ以
下、好ましくは２０メツシユ以下が良い。

アルミナの抽出にはタンク型の抽出槽を用いることもで
きるが、抽出時間が一定せず、アルミナの見かけの平均
溶解度が低下するので、原料ボーキサイトの抽出のため
の滞留時間を均一にし得る管型反応器が最適である。

管型反応器を用いた抽出方法としては、■管型反応器に
ボーキサイトスラリーと抽出原液および必要に応じ蒸気
をそれぞれ導入し、管型反応器のみで、混合、抽出を行
う方法。

■必要に応じて、ある程度の大きさの容器（以下、ヘッ
ダーという）にボーキサイトスラリーと抽出原液および
必要に応じ蒸気をそれぞれ導入し、混合へラダーで混合
し、その後、直列、並列あるいはそれらの組み合わせで
なる管型反応器で抽出を行う方法、等がある。

■の方法はアルミナの溶解速度の非常に速いボーキサイ
トの抽出に適し、■の方法は■の方法に比へ、滞留時間
の均一性では劣るが、設’ａｍが小さく、流通抵抗も小
さくなるので一般のボーキサイトの抽出には十分適用で
きるものであり、並列接続した管型反応器を用いる場合
は、流通抵抗等は大きくなるが、管型反応器の使用本数
により、生産量の変動への対応が容易となり、未使用の
管型反応器の補修等が容易となる利点がある。

なお、混合ヘッダーにボーキサイトスラリーと抽出原液
および必要に応じ蒸気をそれぞれ導入し混合ヘッダーで
混合し、その後、管型反応器に替えて小型の容器を複数
段設置し、複数の小型容器で抽出を行フてもよいが、ア
ルミナの均一反応性は前記■および■の方法より低下す
る。

混合ヘッダーの容積、小型容器の容積、管型反応器の管
径および管型反応器内の流速については以下の点に留意
して定められる。

即ち、混合ヘッダーおよびｌト型容器の容積は、平均滞
留時間が５分以内のものが好ましく、更に好ましくは平
均滞留時間３分以内の容積にする事が好ましい。平均滞
留時間が５分を越すと、アルミナ抽出の不均一が起こり
、見かけの平均溶解度が低下する。

管型反応器内の流速は、０．５〜５　ｍ１ｓｅｃが好ま
しく、より好ましくは１〜２　ｖｐ／ｓｅｃである。ア
ルミナの溶解速度は撹拌に大きく影響されるが、反応性
シリカの溶解速度はアルミナに較べ撹拌の影響は小さい
。また、スラリー中の固体を沈積させないためにも管内
流速は速い方が好ましい。しかし管内流速を必要以上に
速くすると、管型反応器の長さが長くなって設＠費が高
くなり、また管内の流通抵抗が増大し動力費も高くなる
ので好ましくない。

以上のことより、管型反応器および抽出方法の決定に際
しては、前記事項に留意し、使用ボーキサイトの特性、
生産量等を考慮して定めれば良い。

以下に一例として、抽出時スラリー量が５００ｍ　３　
／　ｔ＋ｒ〜８００　ｍ　３／　ｂｒであるアルミナ工
場で前記■法を採用する場合の混合ヘッダーの容積、管
型反応器の管径、管長等について述べる。

第１図において、最適抽出時間（Ｂ点）が、２．５分の
ボーキサイトを使用する場合、混合ヘッダーの容積を８
ｍ３とし、管型反応器の管径を１６８、管長を１９５ｍ
とする。この場合、混合ヘッダー内の滞留時間は５００
汀ｘ３／ｈｒの時約１分。

８００ｍ’／ｈｒの時約０．６分となる。管型反応器内
の流速は５００ｍ３／ｈｒの時１　、１　ｍ／ｓｅｃ、
　８００ｍ３／ｈｒの時１．７ｍ／ｓｅｃとなり、最適
抽出時−間に必要な管長は５００ｍ３／ｈｒの時的１ｏ
ｏｍ。

８００　ｍ３／ｈｒの時１９５ｍとなる。スラリー量が
低下する場合は途中よりバイパスさせて、次工程にスラ
リーを送る様にすれば良い。

ボーキサイトからのアルミナの抽出条件としては、抽出
後の液から水酸化アルミニウムを析出させるのに充分な
量のアルミナを溶解させることが必要であり、抽出液の
Ｎａ２０Ｗ度は１１０〜１５０　　ｇ／ｌ、温度は１３
０〜１５０℃、抽出時間は０．５〜１０分の範囲であり
、液の濃度、温度を高くすれば抽出時間は短くなるが、
濃縮または加温エネルギーを要し、バイヤー法全体とし
ての熱経済を考慮して上記範囲内で定める必要があり、
詳細な抽出条件の設定には、使用ボーキサイトについて
、アルミン酸ソーダ溶液に対するアルミナと反応性シリ
カの反応速度差を調べて決定すればよい。

反応性シリカの溶出速度は温度依存性が大である。従フ
て、シリカの溶出を抑えるためには、抽出液の温度を下
げることが非常に有効である。そこで、アルミナが充分
溶解した時点で直ちに抽出液の温度を下げる必要がある
。

短時間に大量のスラリーの温度を下げる手段としては、
フラッシュ冷却が効果的である。すなわち液をノズルか
らフラッシュタンク内でフラッシュさせることにより、
スラリ一温度を低下させ、一方、発生する蒸気を抽出原
液等の熱交換に使用するものである。１段フラッシュで
も効果があるが、２段以上で行うのが熱交換上好ましい
。フラッシュの条件、フラッシュタンク容量は処理液の
液量、温度等により定められる。このフラッシュ冷却に
より抽出液の温度を１気圧でのアルミン酸ソーダの沸点
まで下げることができる。これにより未反応の反応性シ
リカの急激な溶出を抑制することができる。

しかしながら、まだこの程度の液温では未反応の反応性
シリカの溶出を完全には抑ｉｔＩ＋１できない。

従って、さらに抽出混合液の温度を低下せしめるか、ま
たは未反応の反応性シリカを多量に含んでいる抽出残渣
を反応系から速やかに除外することが好ましい。スラリ
ーから溶解残渣を比較的短時間に分離する方法としては
、加圧濾過による方法。

遠心分離による方法２合成有機高分子凝集剤により懸濁
した溶解残渣を凝集沈降させる等の方法があり、これら
の何れの方法でも良く、特に限定されるものではない。

溶解残渣を分離したアルミン酸ソーダ液は、次いで水酸
化アルミニウムの析出工程に送られるが、このアルミン
酸ソーダ液には、相当量の溶出したシリカを含有してい
るので、脱珪操作を行い、その脱珪生成物を分離した後
に水酸化アルミニウムの析出工程に送ることが、水酸化
アルミニウムの品質を高める上で好ましい。

脱珪操作においては、脱珪時間を短縮し、かつ濾過性の
良い脱珪生成物を析出させるためにソーダライトを主成
分とする種子を添加するのが好ましい。脱珪操作の条件
としては、液温８０〜１１０℃、処理時間１５分〜５時
間９種子添加量１５〜１００ｇ／ｌで、更に好ましくは
液温９０〜１０５℃、処理時間３０分〜２時間９種子添
加ｆｆ１３０〜６−０ｇ／ｌの範囲である。処理温度は
前工程の温度により定められるが、この温度が高過ぎる
と液中に溶出しているシリカの瓜が多く、温度が低い場
合には脱珪の速度が遅くなる。また、脱珪処理時間が短
かすぎると脱珪が不十分となり、処理時間が長いと充分
脱珪されるが、設備を大きくする必要があり、更に種子
添加量が少ないと脱珪速度が遅くなり、多いと液循環に
要する動力が増大する。従ってこれらの値は、要求され
る水酸化アルミニウムの純度、バイヤー法全体の熱収支
を考慮して上記ｆ！囲内で定められる。

脱珪処理され析出した脱珪生成物は、液から分離され、
アルミン酸ソーダ溶液は水酸化アルミニウム析出工程に
送られる。分離された脱珪生成物はソーダライトを主成
分とするもので、この中には酸化鉄や酸化チタンは殆ど
含まれていない。なお、この脱珪生成物の一部は、次の
脱珪処理の種子として使用される。

発明の効果 （１）本発明方法によれば、従来法に比べてボーキサイ
トに含有されているアルミナ分の抽出率を減らすことな
く、硅素分の溶出率を大幅に低減することができ、かつ
処理するボーキサイト全量に適用するもので、その結果
、カセイソーダの消費量を大きく節減することが可能で
ある。

さらに、抽出残渣は高鉄分でＮａ２Ｏの非常に少ないい
わゆる赤泥と、鉄等の殆ど含まれないソーダライトを主
成分とする脱珪成生物とに分別されるので、従来利用方
法の少なかった赤泥を例えばセメント原料、道路資材等
として、また脱珪生成物は、プラスチックスの充填材等
とし、あるいはこの脱珪生成物からソーダ、アルミナの
回収も可能で抽出残渣の用途を拡大するものである。

（２）本発明方法は工程が簡単であり、新設のみならず
、既設のアルミナ製造工程にも容易に、かつ経済的に適
用できるものである。

即ち、多くの場合、既存のアルミナ製造工場が有してい
る設備をそのまま使用ないしは転用することができる。

例えば、そのまま使用できる設備としては、フラッシュ
タンク、熱交換器等の熱回収システム、洗浄シックナー
等があり、設備を転用するものとしては、従来液シック
ナーとして使用していたものを後段脱珪物のシックナー
に、従来抽出槽として使用していたものを後段脱珪用の
タンクに転用することが可能である。

実施例 以下に実施例により本発明を具体的に説明する。

なお、断わりのない限り、％は重量％を示す。

実施例　ｌ〜３ 次の分析値を有するボーキサイトを使用した。

Ｔ’５ｉ０２４．４６χ、　Ｒ−５ｉＯ２４，００Ｘ、
　Ｔ−Ａｌ２Ｏ３５３，６０Ｘ。

Ｆｅ２０ｚ　１１．８０Ｘ、　Ｔｉ０２１．３３Ｘ（な
お、Ｒ−５ｉ０２は、反応性シリカを示す。）上記ボー
キサイトを９メツシユ以下に粉砕し、Ｎａ２Ｏ１３１，
２ｇ／　ｌ　、　Ａｌ２Ｏ３７２，４ｇ／　ｌのアルミ
ン酸ソーダ液を抽出原液とし、ボーキサイトを抽出原液
に対し１３７ｇ／ｌの割合となるように添加し、管型反
応器に抽出原液とボーキサイトスラリーおよび蒸気を導
入して、混合後のスラリーの温度を１３５℃とした。

管型反応器としては、管径２４シチ、長さ２３０ｍのも
のを用い抽出操作を行った。管内の流速を１・１　ｍ　
／　ｓｅｃとし、管の途中で反応時間が１．２分（実施
例１）、２．４分〈実施例２）、３．５分（実施例３）
になる位置にスラリー取り出し口およびフラッシュタン
クを設けた。

それぞれのスラリー取り出し口からスラリーサンプルを
フラッシュタンクに導き、フラッシュして液温を下げ、
直ちに溶解残渣を分離した。溶解残渣は洗浄し、それぞ
れ付着母液を回収した。

反応時間１．２分（実施例１）の場合、溶解残渣（Ａ）
を分離した後の抽出液中の５ｉ０２は２．４８／１であ
った。この液に別に調製準備した脱珪生成物を、種子と
して５０ｇ／ｌ　　添加し、１００℃で１時間、脱珪操
作を行った。このスラリーから脱珪生成物（Ｂ）を瀘別
分離し、洗浄して母液を回収した。

残渣分離後の抽出液中の５ｉ０２は０．５５ｇ／ｌて、
充分脱珪されていた。

実施例　４ 実施例１〜３と同じボーキサイトおよび抽出原、液を用
い、ボーキサイトを抽出原液に対し１３７ｇ／ｌの割合
になる様に添加し、混合ヘッダーに抽出原液、ボーキサ
イトスラリーおよび蒸気を導入し、混合後のスラリ一温
度を１３５℃とした。

混合ヘッダーでの平均滞留時間は、１．５分であった。

混合後のスラリーを管径２イシブ、長さ２３０　ｒｎの
管型反応器に導き、抽出操作を行った。管内のスラリー
流速を１　、１　ｍ／ｓｅｃとし、混合ヘッダーとの合
計反応時間が５．０分になる位置にスラリー取り出し口
およびフラッシュタンクを設けた。

サンプル取り出し口からサンプルを採取、し、実施例１
〜３と同様に処理した。

比較例　ｌ 実施例１と同一の抽出原液、ボーキサイト、ボーキサイ
ト添加量、抽出温度で、抽出操作を通常のダイジェスタ
−で６０分行い、スラリーから赤泥を分離した。

実施例１の残渣（Ａ）、脱珪生成物（Ｂ）および比較例
１の赤泥の化学分析値を示すと次の第１表のとおりであ
る。

第　　１　　表 ５ｉＯ２Ａ＋２０３　Ｆｅ２ｒ３Ｎａ２０　（１）（Ａ
）　＋１．０１５゜１　５３．４０．７（Ｂ）　３１゜
８３２．４　０．８２４．３赤泥　ｉ５．３　　１７．
９　　　３９−３　　１０．１ボーキサイトの分析値、
各々の実施例で得られた残渣の分析値およびそれらの残
渣からソーダライト組成物を除いた赤泥の分析値を用い
、ソーダライトの組成式を１．３Ｎａ２０　・１．ｌＡ
ｌ２Ｏ３・２Ｓｉ０２・２１１２０として補正を施し、
それぞれについてアルミナ抽出率およびカセイソーダ原
単位を算出した。結果を第２表に示す。

実施例　５〜８ 次の分析値を有するボーキサイトを使用した。

Ｔ−５ｉ０２４．６１！、　Ｒ−ｓｉ０２３−７０Ｘ、
　Ｔ−Ａｉ２０３５１．３１Ｘ。

Ｆｅ２０ａ　１４．８６Ｘ、　ＴｉＯ２２，２５にこの
ボーキサイトを９メツシユ以下に粉砕し、Ｎａ２Ｏ１２
８，９ｇ／Ｉ、　Ａｌ２Ｏ３７１，２３／Ｉのアルミン
酸ソーダ溶液を抽出原液とし、前記ボーキサイトを混合
してスラリ一温度を１４５℃とし、実施例１〜３と同様
にして実施例５〜７のサンプルを、実施例４と同様にし
て実施例８のサンプルを取り出し、実施ｌｌＡｌと同様
に脱珪処理を行った。

比較１９１２ 実施例５〜８と同一の抽出原液、ボーキサイト。

ボーキサイト添加量および抽出温度により、抽出操作を
通常のダイジェスタ−で６０分間行った。

実施例５〜８の溶解残渣および比較ｆＭ２の赤泥の化学
分析値と実施例５〜８の溶解残渣からソーダライト組成
物を除いた残渣の分析値とボーキサイトの分析値より、
それぞれアルミナ抽出率およびカセイソーダ原単位を算
出した。結果を同じく第２表に示す。

第１表に示されるように、従来の赤泥と異なる利用価値
の高い残渣とソーダライト組成物に分離することができ
る。

第２表の実施例、比較例から示されるように、本発明方
法によれば、アルミナ抽出率を減することなく、カセイ
ソーダ原単位を大幅に向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、アルミン酸ソーダ溶液中のボーキサイトのア
ルミナ、シリカの溶出量および脱珪生成物の生成量と抽
出時間とのｌ係を示す図面である。 特許出願人　日本軽金属株式会社 同　　　日軽片小牧株式会社

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）バイヤー法による水酸化アルミニウム製造法にお
   いて、ボーキサイトからアルミン酸ソーダ溶液でアルミ
   ナ分を管型反応器によって抽出し、抽出後直ちに抽出液
   ・溶解残渣の混合液をフラッシュして急冷し、溶解残渣
   を分離除去し、次いで抽出液を脱珪処理した後、水酸化
   アルミニウムを析出させることを特徴とするボーキサイ
   トからの水酸化アルミニウムの製造法。
2. （２）前記脱珪処理が該抽出液に種子を添加して溶存す
   る硅素分を脱珪し、該脱珪生成物を分離除去することを
   特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載のボーキサイ
   トからの水酸化アルミニウムの製造法。