KR830000529B1 - 순수 알루미나의 제조방법 - Google Patents

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내용 없음.

Description

순수 알루미나의 제조방법

제1도는 본 발명을 실시하기 위한 공정도임.

본 발명은 불순물을 함유하는 알루미늄 광석을 염산처리하여 생성된 액체를 농축처리하고, 염화알루미늄 6수화물의 대부분을 침전시키고 제1염산모액으로부터 분리하며 염산을 재순환함과 동시에 침전물을 열가수 분해하여 순수 알루미나를 얻으며, 제1모액중 염화알루미늄의 잔여부분을 HCl기체로 흡입하여 침전시키고 제2염산모액에서 분리하고, 마지막으로 용액에 존재하는 불순물을 황산침전에 의해 분리되는 순수 알루미나의 제조방법에 관한 것이다.

알루미늄 광석으로부터 알루미나를 추출하기 위하여 염산으로 처리하는 방법은 오랫동안 제안되어 왔다. 비록 상기 방법들이 염산으로 처리하는 것은 같으나 광석에서의 불순물을 제거하기 위해 사용되는 방법은 매우 다르다. 그러므로, 영국특허 제982,098호는 하소된 점토광을 20% 염산용액에 의해 하소된 점토광석을 처리한 후, 실리카로 구성된 불모 물질을 분리시킨 다음, 분리된 용액에 존재하고 주로 철로 구성된 불순물을 고체수지나 유기용매상에서 이온교환에 의해 추출하는 방법을 제시하고 있다.

염화알루미늄 6수화물은 정제용액을 증발시키므로써 침전되었다. 비록 이 방법

보다 최근의 방법으로 영국특허 제1,104,008호는 알루미늄광석을 염산처리하는 방법을 기술하고 있는데 몇 단계의 결정화에 의해 염화알루미늄 6수화물을 결정화하는 것으로, 예컨대 제1단계에서는 순수염화알루미늄 6수화물 얻는 반면, 기타 단계에서는 불순한 염화알루미늄 수화물을 얻는 방법이다. 처리후 용액 중에서 원광에 존재하는 불순물은 증발 및 결정화에 의하여 염화알루미늄 6수화물의 최종결정화단계에서 생성된 모액의 샘플로부터 제거된다.

비록 상기 방법이 본 숙련가들에게 호평을 받았으나 실제적으로 여러 단점이 있었으며 그 중 두 가지는 심각한 것이었다.

a) 염화알루미늄의 최종결정화단계에서 형성된 모액의 시료는 대량으로 취해지므로 물을 증발에 의해 불순물을 증발하는데 많은 양의 에너지가 소모된다.

b) 상기 사실외에도 최종 결정화단계 후 얻어진 상기 용액에는 13%이상의 알루미늄이 존재하므로 막대한 손실이 된다.

마지막으로, 보다 최근의 방법은 프랑스특허 제1,541,467호에 기술되어 있다. 알루미늄광석을 염산처리한 후 물의 증발에 의해 염화알루미늄 6수화물을 최소한 두단계로 결정화하고, 염화알루미늄 6수화물의 제1결정화 단계 후에 얻어지고 모액내에 존재하는 칼슘은 황산칼슘 형태로 침전된 다음 화학당량의 황산을 가함으로 모액으로부터 분리되는 한편, 철은 선택적 유기용매나 격리제에 의해 추출되었다. 이 방법은 수용액과 함께 용매가 손실되는 단점뿐만아니라 염화알루미늄의 손실과 함께 용매에 의해

비록 상기 순환방법이 여러 이점을 갖고 있을지라도, 에너지 소비가 많고 자연보호문제로 현경제적 여건에서는 널리 이용될 수 없다.

이러한 문제를 연구하던 중 본 발명자들은 알루미늄 광석을 염산처리하는 방법을 개발하였는데, 상기에 대부분의 염화알루미늄 6수화물을 침전 및 분리시킨 후에 수득된 모액을 효과적으로 정제하는 방법을 추가한 것으로서 이 방법으로 집적된 모든 액체는 정제된다.

본 발명은 광석을 고온에서 염산처리하고, 잔사와 액체를 분리한 후 잔사를 세척한 다음 용액을 농축시켜 AlCl₃-6H₂O를 침전한 다음 염화물을 하소하고 유출물을 재순환하므로써 불순물을 함유하고 하소되거나 하소되지 않은 알루미늄광석으로부터 매우 순도높은 알루미나를 얻는 방법에 있어서, 제1단계에서 용늄에 존재하는 Al₂O₃가 염화알루미늄 6수화물의 형태로 75%로 될때까지 처리용액을 농축하고 ; 제2단계에서, 제1단계로부터 AlCl₃-6H₂O를 분리하므로서 얻어지고 불순물 함유용액에 용해된 알루미나는 기체 HCl를 도입하므로 침전되고 알루미나가 소량여고 불순물을 다량 함유하는 염산용액으로부터 분리되며 처리용액에 재순환하는 반면 알루미나가 적고 불순물이 풍부한 염산용액을 재순환황산액과 혼합하고, 제2단계에서 사용되는 HCl 기체를 회수하도록 가열하므로써 탈기되고 ; 선택적으로 재순환되는 약간의 칼륨은 상기 액체로부터 광석으로부터 발생된 불순물량에 상당하는 기타 불순물의 황산과 황산철칼륨을 농축에 의해 침전시키고 불순물이 유리된 황산 모액을 제2단계에서 수화된 염화알루늄액으로

본 발명에 따른 방법은 다음 양상으로 되어 있다.

a) 그 성질에 따라 하소되거나 비하소되고, 철, 칼슘 등을 함유하는 알루미늄 광석을 20중량%의 유리 HCl과 1-3중량%의 형화알루미늄 및 각종 금속 불순물 등을 함유하는 재순환 염산수용액으로 처리하여 염루미늄이 풍부하고 Al₂O₃농도가 8-9중량%인 용액을 만들고 ;

b) 함침된 처리 잔사와 염산 용액을 분리하고 ;

c) 적당량의 세척수를 사용하여 상기로부터 함침된 액체를 추출하기 위하여 처리잔사를 처리하므로 제기된 불활성물질과 재순환되는 수용액을 수득하고 ;

d) 존재하는 알루미나의 최대 75%가 AlCl₃6H₂O의 형태인 염화알루미늄 수화물형으로 침전될 때까지 알루미나와 가용성 불순물을 함유하는 염산수용액을 농축하고 ;

e) 상기 제1결정화부분, 모액으로 함침된 염화알루미늄 수화물과 용액에 알루미나의 잔여부분과 거의 모든 불순물을 함유하는 제1염산모액을 분리하고 ;

f) 상기 염화알루미늄 수화물의 결정을 염산용액으로 세척하고 ;

g) 염화알루미늄수화물의 세척으로부터 얻어진 염산용액을 광석의 처리단계로 재순환하며 ;

h) 염화알루미늄수화물을 열분해하여 순수알루미나를 수득하고 염화수소유출

i) 함유된 알루미나를 회수하기 위하여 불순물이 풍부한 제1염산을 HCl기체로 염소화하고 ;

j) 염화알루미늄수화물의 제2결정화부분과 용해된 불순물이 풍부한 제2염산 모액을 분리하고 상기 고체부분을 농축시키기 전에 처리용액으로 재순환시키며 ;

k) 재순환된 황산용액을 불순물이 풍부한 제2염산모액으로 도입하며 ;

l) HCl기체를 상기 염소화처리단계로 재순환하여 얻어진 설포염산모액을 탈기하고 ;

m) 선택적으로 재순환되는 적당한 형태의 칼륨, 환산염, 염화물이나 백반을 도입하며 ;

n) 환산염의 불순물이 광석처리사와 도입된 황산칼륨으로부터 유래된 불순물의 양에 대응하는 양으로 침전될때까지의 최종흔적량을 분리함과 동시에 황산모액을 농축하고 ;

o) 마지막으로, 용액이 탈기되기전 불순물이 많은 염산모액으로 재순환되는 황산용액과 불순물의 황산염결정체를 분리한다.

알루미늄 광석처리용용액은 염산함유 재순환 수용액으로 구성되었는데 그 성분은 손실을 보충하기 위하여 회로 어느곳에라도 새로운 HCl을 첨가할뿐 아니라 불활성물질세척용으로 사용된 물을 첨가하므로 20%처리용액을 만들 수 있도록 조절될 수 있다.

알루미늄 광석을 비점 및 대기압상태에서 1/2-5시간 동안 고온처리한다.

광석을 염산처리한 후 염화알루미늄과 가용성불순물이 용해되어 있는 액상과 불활성물질로 구성된 고체상을 함유하는 처리생성물이 분리된다.

고상의 처리잔사를 적당량의 물로 세척하고, 그 세척액은 불활성물질이 세척될 때 광석처리에 재순환된다.

알루미늄광석을 염산처리하여 얻은 용액은 75%의 알루미나가 염화알루미늄 6수화물형태로 침전될때까지 증발농축되고, 상기 염화알루미늄 6수화물은 불순물을 함유하는 염산모액으로부터 분리된다.

이렇게 생성되어 염산용액으로 세척된 염화알루미늄 수화물의 결정은 매우 순도가 높다. 상기 결정체를 공지된 방법으로 하소하여 원하는 순수알루미나와 약간의 HCl기체를 얻으며, HCl기체는 물에 흡수되고 HCl이 풍부하고 상기 침전물을 세척하는데 사용되는 HCl기체이다.

6수화염화 알루미늄을 세척하므로 염산용액은 침전물에 존재하는 불순물을 수반하는 반면 2% 정도의 적은 알루미나를 용해한다. 세척 후 상기 용액을 반응의 상단으로 재순환시켜 알루미늄광석처리 용액을 이룬다.

철, 티탄 나트륨, 칼륨, 마그네슘, 칼슘등으로 구성된 대부분의 불순물뿐만 아니라 무시할 수 없는 양의 알루미나부분을 함유하는 염화알루미늄 6수화물 결정으로부터 분리된 제1염산모액은 재순환 염화수소를 도입하므로써 HCl로 포화되고 잔류 염화알루미늄 6수화물의 침전을 유도한다.

분리후에, 비교적 다량의 불순물이 함유된 염화알루미늄 수화물을 처리결과 생성된 용액속으로 재순환하여 용해시키고 전술한 바대로, 물을 증발시켜 농축하고 염화

불순물이 제1모액중에 존재하는 알루미나로부터 제거되고, 이 불순물이 함유된 제2염산모액을 45-65%유리 H₂SO₄를 함유하는 재순환황산 용액과 혼합하므로써 불순물을 함유하는 설포염산 용액을 생성한다. 상기 설폰염산수용액을 가열하여 탈기하고 전술한대로 알루미나의 침전을 유도하기 위하여 불순물이 함유된 제1염산모액을 염소화하는 염산기체를 집적한다.

재순환칼륨이 첨가될 수 있는 황산용액을 광석처리하여 생성된 불순물이 황산염의 형태로 침전될때까지 증발 농축시킨다. 침전염은 본래 페티포타슘티타늄-포타슘 황산염, 칼슘, 인, 마그네슘 및 황산나트륨으로 구성되어 있고 기타 불순물을 함유한다.

분리반응후에 염산처리도중 처리공정에 도입된 양과 동일한 양의 불순물이 유리된 황산용액을 고체잔사 예컨대 칼륨 및 기타 성분을 집적하기 위하여 여러방법으로 처리하며 재순환하고 선택하소하여 H₂SO₄로 전환한 후 공정에 재순환하므로써 SO₂의 값을 증가시킨다.

본 발명에 따른 방법은 순수 알루미나와 단일 혹은 이중 황산염의 형태로 존재하는 불순물의 염혼합물을 단리시키는 순환방법이다.

시약의 소비량은 대단히 적으며 염산 및 황산 손실을 보충하기만 하면 되는 것이다.

본 발명에 따른 방법은 불순물을 함유하는 천연 혹은 인조 알루미늄물질을 처리하는데 이용될 수 있다. 상기 물질로는 카올린, 규화코오크사이트, 카올린점토, 석탄을

본 발명은 첨부도면을 참고로 자세히 설명된다.

도면에 따라, 원광은 (A)에 위치하여 하소된다.

하소된 광석과 재순환된 처리염산용액 L7을 처리반응기(B)에 도입한다. 처리후 얻어진 펄프를(B)에서 (C)로 이송하고, (C)에서 처리잔사 S1은 알루미나 및 용해된 불순물을 함유하는 염산용액 L1으로부터 분리된다. 잔사 S1을 함침하기 위한 모액은 (D)에서 충분량의 물에 의해 추출되고 생성된 액체 L2는 재순환되기전에 액체 L7과 혼합된다.

잔사 S2를 다시 단리한다 : 이로인해 처리에 의해 용해되지 않는 산화물과 실리카가 형성된다.

광석처리후 불모물질을 분리하여 얻어진 용액 L1은 (E)에 도입되어 염화알루미늄 6수화물에 의해 형성된 고체부분 S9을 용해시킨다. 상기 고체부분 S9에는 처리될 광석에 존재하는 적어도 25%의 알루미나로서 비교적 다량의 불순물이 포함되어 있다.

이 부분은 일단 용해될 때 (E)에서 나온 용액 L3를 (F)로 보내고 여기서 광석내에 존재하는 알루미나중 75%가 AlCl₃6H₂O인 6수화염화 알루미늄의 형태로 침전될 때까지 증발농축된다.

(F)에서 증발생성된 부분 L4는 실상 고상과 액상으로 구성된 펄프인데 이들은 광석내에 초기에 존재하는 침전되지 않은 알루미나 25%뿐만 아니라 철, 티탄, 나트륨,

염화알루미늄 수화물의 결정질 S5를 (H)로 도입한 후 재순환염산용액 L₁₄로 세정한다. 염산용액이 제거된 AlCl₃6H₂O의 순수결정질 S6를 수득하며 L₁₄모액은 소량의 불순물만을 함유하는 염상용액 S6와 합쳐져 불활성물질을 세척하는데 사용되었던 용액 L2와 합류된 후 처리용액 L7을 형성한다.

세정용액으로 함침된 순수결정질 S6를 (0)에서 열분해하여 순수알루미나와 (P)에서 흡수되는 염산기체와 수증기를 함유하는 기체혼합물 G3를 생성한다.

이미 설명한 바와같이, 분리장치 G에서 방출된 용액 L5는 용액상태에서 대부분의 불순물과 광석내에 초기에 나타나는 알루미나를 최소 25%정도 포함한다.

상기 용액 L5를 (I)에 도입한 후 재순환 HCl의 기체부분 G1을 도입하여 HCl로 포화시키고 6수화염화알루미늄을 침전시킨다.

(I)에서 나온 부분 L8은 염산용액내의 염화알루미늄 수화물의 현탁액으로 구성된 펄프이다.

상기 펄프 L8을 (J)에 도입하고 여기서 상분리되어 포화용액의 존재로 인하여 비교적 다량의 불순물을 함유하며 용해역(E)에 재순환되는 수화염화 알루미늄결정 S9과 광석에 초기에 나타난 불순물을 함유하는 염산용액 L9을 수득한다.

염산용액 L9을 재순환황산용액 L13으로 처리하고 공정 각 단계에서의 손실을 보충하기 위하여 H₂SO₄와 HCl을 선택적으로 첨가한다. 상기 각종 용액의 혼합물을 용

칼륨은 황산염이나 염화물같은 염의 형태로 용액 L11에 도입되고, 이렇게 생성된 용액은 (M)으로 이송되며, 여기서 물을 증발하고 가스상부분 G2로 구성된 최종 HCl을 제거하므로서 (P)에서 농축이 실시된다.

(M)에서 방출되는 부분 L12는 (M)에서 증발도중 침전제거되는 불순물의 황산착염으로 구성된 고상과 황산용액인 액상을 함유하는 펄프형태로 존재한다.

2개의 상은 후에 하소될 수 있는 철, 티타늄 등의 황산착염의 혼합물인 잔사 S13과 분리기 (J)와 탈기 처리기 (K)사이로 재순환되는 염산불순물용액 L9에 첨가되는 용액 L13으로 (N)에서 분리된다.

[실시예]

다음 조성을 갖는 하소된 카올린은 본 발명에 따른 방법에 의해 처리되었다.

상기 광석 2,619kg을 (A)에서 하소하고 다음을 중량 %로 갖는 염산용액 L7 1,240kg 중에서 (B)로 옮긴다.

공격매체는 108℃에서 2시간동안 유지되었다.

처리 후 수득된 펄프를 (C)로 보내고 고상 S1과 용해된 알루미나와 대량의 광석초기에 나타난 불순물을 함유하는 액상 L1을 분리하였다.

잔사 S1을 (D)에서 적당량의 물로 세척하고 불활성물질을 함유하는 모액수를 추출하여 불활성잔사 S2와 용액 L6에 첨가되어 상기한 처리용액 L7을 구성하는 4,711kg의 잔류용액 L2를 생성한다.

건조상태의 잔사 S2는 1,626kg이며 다음 조성을 중량 %로 갖는다.

광석을 처리하고 불활성 물질을 분리하여 얻어진 용액은 질량이 12,607kg이며 다음 조성(중량 %)을 갖는다 :

상기 용액 L1을 (E)로 통과시키며 여기서 (J)에서 분리된 재순환잔사 S9을 용해시킨다.

잔사 S9은 불순한 염화알루미늄 6수화물로 구성되었고 2,439kg의 함침모액수와 혼합되며 다음의 조성(중량 %)을 갖는다 :

(E)에서 처리한 후 15,046kg의 용액 L3를 (F)에 도입하고 거기서 증발농축하여 6,000kg의 물을 방출하고 9,046kg의 알루미나와 불순물을 함유하는 염산용액의 염화알루미늄 6수화물 현탁액 L4를 수득한다. 이 현탁액 L4를 (G)로 이송하여 아직 세정되기전의 5,433kg의 잔사 S5와 3,616kg의 침전되지 않은 알루미나 및 철, 티탄 등의 불순물의 함유하는 모액 L5를 분리시킨다.

잔사 S5는 농도가 32%인 재순환 염산용액 L14(7,763kg)으로 (H)에서 세정하여 5,500kg의 AlCl₃6H₂O의 함침결정 및 7,696kg의 용액 L6를 수득한다.

세정후에 염화알루미늄 6수화물의 순수결정은 (0)에서 열분해되어 1,000kg의 순수알루미나와 HCl 및 수증기의 혼합가스를 생성하며, 상기 혼합가스는 (P)에서 물에 의해 세척 및 흡수되어 농축기체분 G2와 함께 염화알루미늄 6수화물을 세정하기 위한 용액 L14를 얻었다.

HCl과 알루미나가 본 공정에서 물리적으로 손실된다.

상기한 처리에 재순환되는 용액 L16는 다음 조성(중량 %)을 갖는다 :

처리용액을 구성하는 용액 L2와 L6의 혼합물은 12,407kg이며 다음 조성(중량 %)을 갖는다 :

이며 전술한 바, (G)에서 분리처리된 염산모액 L5는 침전되지 않은 알루미나와

(I)로 이송한 후 상기 용액을 탈기처리장치(K)에서 나온 기체 HCl 522kg을 도입하여 염소화하였다.

염소화생성물을 (J)로 보내어 1,696kg의 염산모액 L9과 염화알루미늄 6수화물의 불순한 결정질 S9을 생성하였는데 그 질량과 조성은 상기한 바 있다.

분리처리장치 (J)에서 나온 L9은 다음 조성(중량 %)을 갖는다 :

상기 염산용액 L9에 분리처리단계(N)에서 나온 8,000kg의 황산용액 L13을 첨가하였으며 그 조성(중량 %)은 다음과 같다 :

용액 L9과 L13의 혼합물은 10,321kg이며, 313kg의 H₂SO₄와 115kg의 HCl을 더 첨가하여 공정상의 손실을 보충한다. 이와같이하여 생성된 물질은 10,749kg이며 다음 조성(중량 %)을 갖는 용액 L10으로 구성되어 있다 :

용액 L10을 (K)에 도입하여 가열탈기하므로써 522kg의 기체 HCl을 생성하고 G1을 통하여 (I)로 운송하며 황산염의 형태로 15kg의 K₂O가 첨가되는 불순물 함유황산용액 10,227kg의 용액 L11을 수득한다.

상기 용액 L11을 (M)으로 운송하고 1,088kg의 물을 분리농축하고 최종 HCl잔여분을 제거하는데 수증기와 기체 HCl은 HCl이 흡수되는 (P)로 보내진다.

(M)을 떠나는 부분 L12는 질량 8,542kg이고 액상에 현탁된 고상으로 되어있다. (N)에 도입되어 상기 L12는 잔사 S13(542kg)과 황산용액 L13(8,000kg)을 수득한다.

잔사 S13은 불순물의 황산복염으로 형성되어 있는데 (M)에서 증발도중 침전되어 제거되며 다음 조성(중량 %)을 갖는다 :

황산용액 L13을 분리단계(J)로 하향재순환되어 용액 L9에 첨가된다.

수득된 알루미나는 극히 순수하며, 그 성분을 분석한 결과, 공업적인 공정으로 수득된 알루미나에서 측정되는 것보다 적은 ppm으로 불순물이 존재한다는 것을 입증

Claims (1)

1. 광석을 고온에서 염산처리한 후, 처리잔사와 처리용액을 분리한 다음, 처리잔사를 세척하고, 처리용액에 존재하는 알루미나중 75%가 얻어질때까지 처리용액을 농축하여 AlCl₃ㆍ6H₂O를 침전하고, 이 염화물을 하소한 다음 유출물을 재순환하므로써 불순물을 함유하는 하소되거나 하소되지 않은 광석으로부터 순수알루미나를 제조하는 방법에 있어서, 처리용액중 75%해당하는 AlCl₃ㆍ6H₂O결정체로 구성된 제1부분을 분리(G)한후, 상기 용액에 용해되어 있는 알루미나의 제2부분은 HCl가스를 도입하므로써 AlCl₃ㆍ6H₂O형태로 침전된 다음 알루미나가 적고 불순물이 많으며 처리용액으로 재순환되는 염산용액으로부터 분리(J)되고, 한편 알루미나가 적고 불순물이 많으며 알루미나의 제2부분으로부터 분리되어 얻어진 염산용액을 재순환된 황산용액과 혼합하고, 이 혼합물은 알루미나의 제2부분을 침전하는데 사용되는 HCl가수를 회수하기 위해서 가열에 의해 탈기(K)되며, 황산용액의 농축에 의해 황산 페리칼륨과 광석중의 불순물양에 해당하는 기타 불순물의 황산염을 침전하기 위해서 선택적으로 재순환된 약간의 칼륨이 불순물의 황산용액으로 도입(L11)하며, 불순물이 없는 황산모액을 제2알루미나 부분의 침전에 의해 얻어진 염산모액으로 재순환하는 것을 특징으로 하는 순수알루미나의 제조방법.

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