NO143496B - Aluminiumoksyd-agglomerater med god mekanisk styrke og innstillbar partikkelstoerrelsesfordeling og fremgangsmaate for fremstilling av slike agglomerater - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører aluminiumoksyd-agglomerater med god mekanisk styrke og innstillbar partikkelstørrelses-fordeling fremstilt ved termisk behandling av et hydratisert aluminiumsulfitt, og med et svovelinnhold, uttrykt som SC^/

på høyst 0,6 vektprosent, og med et spesifikt BET overflateareal på 2-130 m 2/g, og det særegne ved aluminium-oksydagglomeratene i henhold til oppfinnelsen er at de er oppnådd ved å komprimere et mellomprodukt som skriver seg fra ufullstendig termisk spalting av et hydratisert aluminium-sulf itt og som ennå inneholder 3 til 15, men foretrukket 5

til 10 vektprosent svovel, uttrykt som SO,,, med etterfølgende granulering og varmebehandling av det komprimerte produkt.

Oppfinnelsen vedrører også en fremgangsmåte for fremstilling av de nevnte aluminiumoksyd-agglomerater, og det særegne ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er at et mellomprodukt oppnådd ved ufullstendig termisk spalting av et hydratisert aluminiumsulfitt og som ennå inneholder 3-15

og foretrukket 5-10 vektprosent svovel, komprimeres før det granuleres ved at det føres kontinuerlig mellom to sylindere som utøver mellom seg en kompresjonskraft på minst 1 tonn pr. lineær cm over bredden av de nevnte sylindere, eller ved at det komprimeres med et trykk på minst 600 kp/cm 2, hvoretter det klassifiseres' i henhold til ønsket partikkel-størrelse og kalsineres ved maksimalt 1500°C.

Disse og andre trekk ved oppfinnelsen fremgår av patentkravene.

Oppfinnelsen vedrører således aluminiumoksyd-agglomerater

ved god mekanisk styrke og en innstillbar partikkelstørrelse slik at de er tilpasset brukerens tekniske krav.

Aluminiumoksyd-agglomeratene har god mekanisk styrke og kan oppnås i varierende former oppnådd ved forming under trykk etterfulgt av kalsinering....

Den industri som har spesialisert seg på fremstilling av aluminiumoksyd og omdannelse av dette til aluminium ved smelteelektrolyse, har lenge hatt en del vanskeligheter som man har prøvd å løse.

En første vanskelighet er tapet av aluminiumoksyd ved at dette støver, særlig ved håndtering og når det anvendes i celler for smelteelektrolyse. På grunn av dette har det vist seg nødvendig å konstruere dyre anlegg for gjenvinning av støvet.

En annen vanskelighet som oppsto var gjenvinning av noen av de elementer som er inkludert i den gassformede utstrømning fra cellene for smelteelektrolyse.

En vanlig anvendt teknikk for dette formålet går ut på å skape intim kontakt mellom den gassformede utstrømning og det aluminiumoksyd som føres til cellene.

Det er bekreftet at det aluminiumoksyd som på denne måten bringes i kontakt må ha et spesifikt BET overflateareal tilpasset denne praksis hvis elementene skal absorberes til-fredsstillende .

En ytterligere og større vanskelighet vedrørte de variasjoner som finnes i partikkelstørrelsen av aluminiumoksydet. Det var således ønskelig å ha en partikkelstørrelse som ville være i det vesentlige konstant over tiden, slik at driften av cellene for smelteelektrolysen ikke skulle påvirkes uheldig av slike variasjoner.

På grunn av disse mange vanskeligheter og ulemper, har man vært inne på tanken å bringe aluminiumoksyd i form av agglomerater i en form som er spesielt egnet for smelteelektrolyse, slik at det oppnås et produkt hvor de ønskede egenskaper ville være reproduserbare, det vil si permanente over tiden.

For å finne løsning på disse ulemper er det foreslått mange metoder for agglomerering av aluminiumoksyd, og disse er beskrevet i spesiallitteraturen.

En første type av slike foreslåtte metoder består i mekanisk agglomerering av en pasta oppnådd ved å blande et "Bayer"-aluminiumoksyd og et passende bindemiddel som kan være en løsning av en syre, av aluminiumsalter som f.eks. aluminium-nitrat eller aluminiumstearat.

Etter agglomerering ved ekstrudering, komprimering eller hvilke som helst andre mekaniske metoder, ble de oppnådde granuler kalsinert. Disse metoder var dyre og ga granulerte produkter som var forurenset, ikke bare små mengder fra selve Bayer-prosessen, men også med bindemidlet, eller det som var tilbake av dette av varmebehandlingen.

En annen prosess som utgjorde en markert forbedring er foreslått i fransk patent nr. 2.267.982 og går ut på å fremstille et agglomerert aktivt aluminiumoksyd under an-vendelse av det aluminiumhydrat som oppnås ved Bayer-prosessen som råmateriale.

Råmaterialet, som bare kunne inneholde en liten mengde forurensninger, og mer spesielt natriumforurensninger, ble først tørket for å fjerne impregneringsvannet. Det ble så komprimert, uten tilsetning av noe bindemiddel, ved å føre det kontinuerlig mellom to sylindre med det ønskede trykk etablert mellom dem. Den kontinuerlige strimmel fremstilt på denne måten, ble fragmentert til de ønskede dimensjoner og fragmentene underkastet konvensjonell aktiverende kalsinering.

De forskjellige prosesser som hittil har vært foreslått gikk ut på agglomerering av et hydratisert aluminiumoksyd som hovedsakelig skrev seg fra innvirkningen på bauxitt ved Bayer-prosessen. Bortsett fra denne grunnleggende prosess,

er det også foreslått en sur prosess som består i å om-

sette den opprinnelige, på forhånd kalsinerte malm, med svovelsyrling ved et relativt høyt trykk på 5 - 10 bar og temperatur under 100°C. Denne prosessen er et viktig mellom-trinn ved fremstilling av et aluminiumoksyd ved omdannelse av aluminiumoksydet i malmen til et hydratisert aluminium-sulf itt med den generelle formel A1203, xS02, yH20, hvori x og y kan variere innen vide grenser, men tilsvarer kjente sulfitter som hører til gruppen omfattende hydratiserte basiske sulfitter og et nøytralt sulfitt av aluminium.

Generelt sagt kan x ha en verdi på 0,2 - 3, mens y har en maksimal verdi på 5.

Ved termisk spalting av det nevnte hydratiserte sulfitt i samsvar med likningen Al-^O^, xS02, YH2° —* A^ 2°3 + xS02 + yH20, viste det seg mulig å styre spaltingen ved å variere tiden og temperaturene slik at det ble oppnådd et ufullstendig spaltet hydratisert mellomprodukt som fremdeles inneholdt en mindre mengde svoveloksyder.

Når det skjer en total spalting av de hydratiserte aluminium-sulf ittene, er det oppnådde aluminiumoksyd i form av fine partikler som har tendens til å unnvike som støv og som også har flere av de ovennevnte ulemper.

Det var derfor ønskelig å forsøke å agglomerere det aluminiumoksyd som oppnås ved termisk spalting av aluminiumsulfitter.

Den erkjennelse som ligger til grunn for den foreliggende oppfinnelse er at det ble funnet at det var mulig å fremstille aluminiumoksydgranuler med god mekanisk styrke og en innstillbar partikkelstørrelse fra et aluminiumoksyd-sulfitt.

Det mellomprodukt som komprimeres oppnås ved ufullstendig

termisk spalting av hydratisert aluminiumsulfitt, frem-

stilt f.eks. ved innvirkning av syre på forhåndskalsinerte aluminosilikatholdige malmer, på en slik måte at svovelinnholdet uttrykt som SC^, er fra 3 til 15%, men foretrukket

fra 5 til 10%.

Mellomproduktet blir vanligvis komprimert tørt. Det er imidlertid funnet at tilsetning av en viss mengde vann til det mellomprodukt som skal komprimeres, ikke overstigende 10 vektprosent av produktet, ikke i særlig grad påvirker de gode egenskaper av aluminiumoksyd-agglomeratene.

Mellomproduktet definert på denne måten underkastes deretter en agglomereringsprosess og en eksempelvis utførelsesform av denne er gitt i fig. 1.

I denne prosess innføres mellomproduktet P.I. lagret i (A), gjennom (1) i en blandeinnretning (B) som også gjennom (6) mottar en del omfattende granulerte produkter som er mindre enn den ønskede størrelse. Produktet føres så gjennom (2)

inn i en enhet (C) hvor komprimering gjennomføres kontinuerlig. Enheten (C) har en presseinnretning som f.eks. kan være en komprimeringsinnretning av den konvensjonelle sylinder-type med tilhørende for-komprimeringsinnretninger. Kom-primeringstrykket er minst 1 tonn pr. lineær centimeter over bredden av sylinderne. Deretter vil det komprimerte pro-

dukt foreligge i form av en kontinuerlig strimmel som brytes opp i grove stykker når den forlater komprimerings-trinnet og føres gjennom (3) inn i en granuleringsinnretning

(D) hvor den fragmenteres til de ønskede dimensjoner. Fragmentering gjennomføres ved hjelp av kjente apparater

som f.eks. piggsylindere, kjedeknusere, slagmøller, etc.

De granuler som kommer ut fra fragmenteringstrinnet (D)

føres gjennom (4) til en seleksjonssone (E) hvor de deles opp i minst tre kvaliteter "a", "6" og "y" med forskjellige dimensjoner.

Kvalitet "a" utgjør granuler av dimensjoner som faller innenfor det størrelsesområdet som ønskes av brukeren. Denne kvalitet føres deretter gjennom (7) inn i kjent type ovn (F) hvor kalsinering foregår ved en maksimal temperatur på 1500°C.

Kvalitet " 8", bestående av for små granuler, føres gjennom (6) inn i blandeinnretningen (B) for resirkulering i prosessen .

Kvalitet "y", bestående av for små granuler føres gjennom (5) til den granuleringsinnretning (D) hvor den fragmenteres på nytt og returneres deretter gjennom (4) til seleksjons-sonen (E).

Etter varmebehandlingen i (F) oppsamles kvaliteten "a" ved

(G) ferdig for bruk.

Ved en modifisert form for prosessen, kan den kontinuerlige

komprimeringsenhet (C) erstattes av en pelletiseringspresse med et komprimeringstrykk på minst 600 kp/cm 2.

Det pelletiserte produkt føres så inn i granuleringsinn-retningen hvoretter det følger den tidligere beskrevne behandlingssyklus.

Etter at kalsineringen er ferdig utført har aluminiumoksyd-agglomeratet uten bruk av noe bindemiddel oppnådd spesielt interessante fysikalske egenskaper, bortsett fra at de har en jevn partikkelstørrelse som kan innstilles i samsvar med brukerens ønske.

Svovelinnholdet, uttrykt som SC^, er generelt meget lavt og mindre enn 0,6%.

Spesifikt BET overflateareal, målt ved nitrogenabsorbsjon

i samsvar med standardisert metode AFNOR Standard XII-621,

er fra 2 til 130 m 2/g, i samsvar med betingelsene for varmebehandlingen.

Endelig frembyr aluminiumoksyd-agglomeratene i henhold til oppfinnelsen god motstand overfor abrasjon, i form av god motstand overfor sammenfalling av kornene ved gjentatte termiske og mekaniske sjokk.

Det er også mulig å fremstille agglomerater med godt definerte former ved kjente metoder, f.eks. forming under trykk, ekstrudering. etc. Dette gjør det mulig å fremstille f.eks. kuler med forkjellige dimensjoner, kompakte eller hule, sylindere, små plater, etc. Kalsineringen etter formingen følger en utvalgt oppvarmingssyklus bestemt av den tilsiktede bruk av de formede gjenstander.

Andre trekk og fordeler ved oppfinnelsen fremgår tydeligere av det etterfølgende eksempel.

Eksempel 1

Et mellomprodukt inneholdende 6,4 vektprosent svovel uttrykt som SO 2 og som skriver seg fra ufullstendig spalting av Al^O^, 2SC>2, 5H20 pelletiseres ved forskjellige trykk.

Komprimeringen gjennomføres ved hjelp av en hydraulisk presse ved et trykk på 3000 kg/cm 9.

Pelletene har en diameter på ca. 24 mm og en tykkelse som varierer fra 4 til 7 mm, i samsvar med mengden innført mellomprodukt.

Pelletene oppnådd på denne måten kalsineres så ved 1050°C

i en muffelovn, som oppvarmes gradvis med temperaturøkning 5°C pr. minutt.

De fysikalske egenskaper av pelletene etter kalsineringen fremgår av den etterfølgende oppsummerende tabell.

Kulefalltesten gjennomføres ved å la en stålkule med diameter 18,25 mm og som veier 24,80 gram, og som styres i et glassrør med diameter 20 mm, falle ned på midten av pelleten. Glassrør med økende høyde anvendes inntil et enkelt fall på kulen bringer pelleten til å knuses.

Claims (4)

1. Aluminiumoksyd-agglomerater med god mekanisk styrke og innstillbar partikkelstørrelsesfordeling fremstilt ved termisk behandling av et hydratisert aluminiumsulfitt, og med et svovelinnhold, uttrykt som S02, på høyst 0,6 vekt-nrosent, og med et spesifikt BET overflateareal på 2-130 2 , m / a, karakterisert ved at de er oppnådd ved å komprimere et mellomprodukt som skriver seg fra ufullstendig termisk spalting av et hydratisert aluminiumsulfitt og som ennå inneholder 3 til 15, men foretrukket 5 til 10 vektprosent svovel, uttrykt som S02, med etterfølgende granulering og varmebehandlin<q> av det komprimerte produkt.

2. Aluminiumoksyd-agglomerater som angitt i krav 1, karakterisert ved at de er oppnådd fra et hydratisert aluminiumsulfitt hørende til gruppen av basiske og nøytrale hydratiserte aluminiumsulfitter og som har den generelle formel Al-jO^ • xSO-j • yH2° nvori x er fra 0,2 til 3 og y er høyst 5.

3. Aluminiumoksyd-agglomerater som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at de er oppnådd f ra, et mellomprodukt som før komprimeringen er fuktet med en mengde vann som ikke overstiger 10 vektprosent av mellomproduktet.

4. Fremgangsmåte for fremstilling av det aluminiumoksyd-agglomerat som er angitt i krav 1, karakterisert ved at et mellomprodukt oppnådd ved ufullstendig termisk spalting av et hydratisert aluminiumsulfitt og som ennå inneholder 3 - 15 og foretrukket 5-10 vektprosent svovel, komprimeres før det granuleres ved at det føres kontinuerlig mellom to sylindere som utøver mellom seg en kompresjonskraft på minst 1 tonn pr. lineær cm over bredden av de nevnte sylindere, eller ved at det komprimeres med et trykk på minst 600 kp/cm 2, hvoretter det klassifiseres i henhold til ønsket partikkel-størrelse og kalsineres ved maksimalt 1500°C.