PL106568B1 - Sposob wydzielania siarczanu glinu - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wydzielania glinu w postaci siarczanu z roztworu zawierajacego ten zwiazek.

Znane sa liczne sposoby, w których surowiec zawie¬ rajacy glin, np. glinokrzemian poddaje sie dzialaniu roz¬ tworu siarczanów. Powstaly goracy roztwór zawiera glówcie siarczan glinu ale takze nadmiar wolnego kwasu siarkowego i inne siarczany metali takie jak siarczan zelaza, tytanu i ewentualnie potasu, sodu i/lub magnezu, których rodzaj i ilosc zalezy oczywiscie od skladu surowca wyjsciowego i warunków procesu.

Znane sa rózne sposoby wydzielania z takich roztwo¬ rów glinu; glin jest wydzielany w postaci siarczanu lub w postaci chlorku, które nastepnie moga byc rozlaczone w celu wytwarzania tlenku glinu.

Znane sa siarczany glinu: obojetny bezwodny siarczan, obojetni siarczany uwodnione 4, 6, 9, 12, 14, 16 lub 18 wodne, siarczany zasadowe, rózne siarczany kwasne nie¬ rozpuszczalne o 1, lub 1/2 H2S04 i 12 HaO (patrz Journal of Hetals, lipiec 1966, strony 811—818, albo Linke 4 wyd. tom. 1, Van Nostrand Company Inc. 1958, str. 206 i na¬ stepne).

Krystalizacja niektórych siarczanów glinu jest powolna a ich zdolnosc filtrowania slaba, osad powstaly po ich oddzieleniu nawet przez filtracje jest nasiakniety znaczna iloscia lugów macierzystychtak, ze wyniki analiz sa niepewne nawet po przemyciu. Kiedy przechodzi sie od roztworu czystego do roztworu przemyslowego, który jak wyzej powiedziano, zawiera rozpuszczone inne siarczany, obec¬ nosc znacznej ilosci lugów macierzystych poza klopotami z oddzieleniem, które ze soba pociaga, jest uciazliwa gdyz w masie stalej oddzielonej pozostaja w ilosciach niepoza¬ danych siarczany metali przy czym calkowite pózniejsze oddzielenie niektórych z nich od siarczanu glinu wymaga kompleksowych i kosztownych operacji. W sumie oddzie¬ lenie to jest bardzo trudne: wymaga duzo czasu i licznych kolejnych operacji zeby otrzymac tlenek glinu wystarczajaco czysty do celów metalurgicznych.

Przedmiotem wynalazku jest sposób wydzielania siar¬ czanu glinu dobrze krystalizujacego dajacego podczas oddzielania od lugów macierzystych osad zawierajacy wzglednie malo tych lugów i latwo odmywalny.Stwierdzono, ze warunki te spelnia siarczan o wzorze Al2 (S04)3.0,5 H2S04.11 do 12 H20. Wydzielenie jego wymaga dokladnie okreslonych warunków, gdyz pewne obszary wydzielania sie siarczanów glinu sasiaduja ze soba, istnieja równowagi metastabilne i liczne stany przesycenia, a takze szybkosci wydzielania sie kazdego z mozliwych siarczanów, zwlaszcza z roztworów przesyconych sa rózne co powoduje wydzielanie sie jednoczesne kilku siarczanów, których mieszanina jest trudna do filtrowania i odmycia.

Sposób wedlug wynalazku polega na tym, ze zanieczysz¬ czony roztwór siarczanu glinu powstajacy w wyniku dzialania roztworem siarczanów na surowiec zawierajacy glin, o temperaturze równej w przyblizeniu temperaturze pierw¬ szego krystalizatora wprowadza sie do pierwszego z eo¬ najmniej dwóch krystalizatorów. Sklad roztworu jest taki jak w obszarze temperatury tego krystalizatora roztwór jest w stanie przesycenia i na wykresie fig. 3 gdzie na osi od¬ cietych jest zawartosc procentowa wolnego kwasu siarkowego a na osi rzednych zawartosc procentowa AL3Oj punkt 106 5681C6 5S3 3 obrazujacy jego sklad znajduje sie wewnatrz trójkata, którego wierzcholek A odpowiada wydzielonemu siarcza¬ nowi, a pozostale wierzcholki Bi C maja poszczególne odciete 39 i 56% i rzedne 1 i 0,5%. W pierwszym krystali- zatorze utrzymuje sie temperature najwyzej 80°C. Zawiesina cyrkuhije z jednego krystalizatora do drugiego przyczym temperatura kazdego krystalizatora jest nizsza od poprzed¬ niego. Temperatura ostatniego krystalizatora moze byc niska, nawet 15CC Czas przebywania zawiesiny w kazdym z krystalizatorów jest dostateczny, zeby otrzymac stezenie Ala03 w roztworze w postaci siarczanu glinu tym blizsze równowadze statycznej w temperaturze krystalizatora im ta temperatura jest nizsza. Na koncu krysztaly oddziela sie od roztworu.

Nalezy zaznaczyc, ze wspólrzedne wierzcholków B i C wyzej okreslonego trójkata ABC moga byc nieco zmienione przez obecnosc w roztworze innych siarczanów niz siarczan glinu.

Sklad roztworu mozna doprowadzic do obszaru wyzej okreslonego znanymi sposobami jak: odparowanie, doda¬ wanie wody, dodawanie kwasu siarkowego.

Korzystnie jest przemyc krysztaly oddzielone od roz¬ tworupokrystalizacyjnego.

Jak stwierdzono poprzednio dazy sie, zeby w kazdym krystalizatorze otrzymac w roztworze stezenie siarczanu glinu bliskie równowadze statycznej w temperaturze krystalizatora. Przez równowage statyczna rozumie sie stezenie, które byloby osiagniete po bardzo dlugim czasie i ponizej, którego krystalizacja nie przebiega. Ze wzgledu na cyrkulacje zawiesiny ustala sie pewien sklad lugów macierzystych, który utrzymuje sie w poblizu równowagi statycznej aby uniknac wydzielania sie innych typów siarczanów glinu. Zeby otrzymac pozadana bliskosc do¬ biera sie czas przebywania w kazdym krystalizatorze i jego . temperature.

Zasadniczo stosuje sie szereg kolejnych krystalizatorów których temperatura stopniowana jest miedzy 80° a 15 °C, Dla tego samego roztworu wyjsciowego ilosc calkowita siarczanu glinu wykrystalizowanego jest tym wieksza im temperatura ostatniego krystalizatora jest nizsza.

Jednakze mozna zrezygnowac z obnizenia temperatury ponizej 30—40 °C, zeby uniknac trudnosci zwiazanych z nizszymi temperaturami, szczególnie klopotów wynika¬ jacych ze wzrostu lepkosci fazy cieklej zawiesiny, który powoduje wzrost proporcji lugów macierzystych w osadzie oddzielonym podczas filtracji zawiesiny koncowej.

Ilosc i objetosc krystalizatorów sa dobrane dla -danej wydajnosci w zaleznosci od szybkosci krystalizacji siar¬ czanu Ala (S04) 3.0,5 H3S04.11 do 12 H20 w kazdej tem¬ peraturze i zadanego stopnia bliskosci w kazdej tempera¬ turze miedzy stezeniem siarczanu glinu w fazie cieklej zawiesiny obecnej w krystalizatorze, a stezeniem odpowia¬ dajacym równowadze statycznej w temperaturze krystali¬ zatora. Mozna w tym celu stosowac krystalizatory o róznych objetosciach i odstepach temperaturowych takich samych miedzy,kolejnymi krystalizatorami; czas przebywania jest , wówczas równy dla poszczególnych krystalizatorów.

Ze wzgledów technologicznych na ogól stosuje sie kolejne krystalizatory o tej samej objetosci; w tych warunkach Otrzymuje sie najlepsza wydajnosc dla danego calkowitego czasu przebywania wybierajac w przyblizeniu równe od¬ stepy temperaturowe miedzy krystalizatorami.

Zawartosc A1203 w postaci siarczanu glinu w kazdej fazie cieklej, jak juz bylo powiedziane, jest bliska tej, która od¬ powiada równowadze statycznej w warunkach w jakich 4 znajduje sieta faza. Na przyklad miedzy 40a 60 °C korzystnie gdy zawartosc A1203w fazie cieklej nie przekracza wiecej niz o 0,7% zawartosc, która odpowiada równowadze statycznej; w 70°C korzystnie gdy ta róznica nie przekracza 1,3%.

Korzystnie jest zawrócic krysztaly dla wprowadzenia zarodków zasadniczo od pierwszego krystalizatora; takie zawracanie do innych krystalizatorów nie ma uzasadnienia praktycznego gdyz krystalizatory te sa zasilane zawiesina.

Korzysci z postepowania zgodnie z opisanymi warunkami widac jednoznacznie, gdy rozwazy sie rysunki zalaczone, które we wskazanej skali przedstawiaja fazy krystaliczne otrzymane w przypadku fig. 1 z krystalizacji przez ochlodze¬ nie bez specjalnych ostroznosci siarczanu glinu, którego sklad znajdowal sie wewnatrz trójkata ABC przedstawio- nego na fig. 3 i w przypadku fig. 2 traktujac wedlug wyna¬ lazku roztwór siarczanu glinu o skladzie zblizonym do poprzedniego.

Jest rzecza jasna, ze w przypadku fig. 1 otrzymuje sie mieszanine róznych rodzajów krysztalów bardzo zagmatwana i trudna do filtrowania, w przypadku fig. 2 otrzymuje sie krysztaly jednego rodzaju, dobrze wyksztalcone i latwe do filtrowania.

Przyklad I. Dysponowano roztworem o skladzie Siarczany: Al (przeliczono na A1203) 6,88 % Fe (przeliczono na Fe203) 0,195 % Na (przeliczono na Na20) 1,5 % Ti (przeliczono na Ti02) 0,113 % K (przeliczono na K20) 1 % H2S04 niezwiazany 29,7 % i o temperaturze 120 °C.

Temperature tego roztworu obnizono o 78°C przez od¬ parowanie pod próznia odprowadzajac 55 g wody na 1000 g poczatkowego roztworu. Po tym zatezeniu zawartosci wolnego H2SQ4 i A1203 daly punkt o odcietej 31,5% i rzednej 7»2% na wykresie o wspólrzedowych wolnych H2S04 — A1203.

P r z y k l a d II. Dysponowano czterema krystalizato- 40 rami o objetosci jednostkowej 3500 1 o podwójnej sciance, wyposazonymi w mieszadlo mechaniczne i umieszczonymi > kaskadowo jeden wzgledem drugiego; przelew z jednego odplywal do nastepnego. Roztwór o temperaturze 78 °C wprowadzono w ilosci 1056 l/h w sposób ciagly do pierw- 45 szego krystalizatora, który byl utrzymywany w temperaturze 70°C Tworzyla sie zawiesina Al2(SO4)3.0,5 H,S04.11 do 12 H20.

Po srednim czasie przebywania wynoszacym trasy godziny zawiesina odplywala do drugiego krystalizatora utrzymywa- 50 nego w temperaturze 60 °C. Krystalizacja postepowania w srednim czasie przebywania trzech godzin, Przez pnelew zawiesina wyplywala do trzeciego krystalizatora, w którym byla utrzymywana temperatura 50 °C &edni czas przebywania wtymkrystalizatorze wynosil trzy godziny. 55 Przez przelew zawiesina wyplywala do czwartego krystali¬ zatora, w którym utrzymywana byla temperatura 40°C* Na wyjsciu z ostatniego krystalizatora zawiesina byla kiero¬ wana na filtr obrotowy. Odbierano 760 kg/h osadu zawiera¬ jacego 145 kg/h lugów macierzystych i 615 kg/h krysztalów 60 o skladzie Al^SO^.O^ HaSO^lW do 12*5 H20» które byly latwe do odmycia. Krysztaly analogiczne do pokazanych fig. 2,mialy bardzo mala zawartosc zanieczyszczen w postaci siarczanów: Fe (przeliczone na Fe3Oj) 0,0089% 65 Na (przeliczone na NaaO) 0,2 %i IW 568 K (przeliczone na K20) 0,1 % Ti (przeliczone na Ti02) 0,07 %

Claims (3)

Zastrzezenia patentowe

1. Sposóbwydzielania siarczanu glinuowzorzeAl2 (S04)3. .0,5 H2SO4.ll do 12 H20 z goracego roztworu powstaja¬ cego w wyniku daialania roztworem siarczanów na surowiec zawierajacy glin i oddzielenia osadu, znamienny tym, ze roztwór ten o temperaturze równej w przyblizeniu tempera¬ turze pierwszegokrystalizatora wprowadza sie do pierwszego z co najmniej dwóch krystalizatorów, przy czym sklad roztworu jest taki, ze w obszarze temperatury tego krystali¬ zatora roztwór jest w stanie pizesycenia i na wykresie gdzie na osi odcietych jest zawartosc procentowa wolnego H2S04 a na osi rzednych zawartosc procentowa A1203 punkt obrazu¬ jacy jego sklad znajduje sie wewnatrz trójkata, którego wierzcholek A odpowiada wydzielanemu siarczanowi, a pozostale wierzcholki B i C maja poszczególne odciete 10 15 39 i 56% i odciete 1 i 0,5%, ze w pierwszym krystalizatorze utrzymuje sie temperature najwyzej 80°C, ze zawiesina cyrkuluje z jednego krystalizatora do drugiego, przy czym temperatura kazdego krystalizatora jest nizsza od poprzed¬ niego, temperatura ostatniego krystalizatora moze byc niska, nawet 15 °C, czas przebywania zawiesiny w kazdym z krysztalizatorów jest dostateczny, zeby otrzymac stezenie A1203 w roztworze w postaci siarczanu glinu tym blizsze równowadze statycznej w temperaturze danego krystali¬ zatora im ta temperatura jest nizsza, wreszcie, ze oddziela sie krysztaly od roztworu.

2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze w ostat¬ nim krystalizatorze utrzymuje sie temperatura miedzy 30 a 40°C.

3. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze cyrkuluje sie zawiesine poprzez krystalizatory o tej samej objetosci, zachowujac podobne odstepytemperaturowe miedzykazdym z nich a nastepnym. :v>:-Xv:-»: >Fig. 1 Fig. 2 f % Al^03 % nofae, Rg. 3 wfyso4