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Procède de fabrication d'aluminate alcalin
On peut obtenir des solutions d'aluminate alcalin à partir de matières contenant de l'aluminate de calcium en traitant ces matières avec une solution d'un sel alcalin dont le reste acide donne, avec le calcium dé l'aluminate de calcium, un composé difficilement soluble. Pour des buts tech- niques, il s'agit ici, en premier lieu, de carbonate alcalin.
Les matières contenant de l'aluminate de calcium peuvent être obtenues de la manière la plus variée, par l'at- taque calcique de minerais d'aluminium, comme là bauxite, la latérite, de silicates d'aluminium naturels, comme l'argile,
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l'argile schisteuse, ou de matières artificielles contenant de l'alumine et de l'acide silicique, comme les scories de haute fourneaux, les cendres de charbons, etc. Rentrent en ligne de compte également certains déchets d'autres industries; comme par exemple des scories de hauts fourneaux riches en alumine et chaux dont il est possible d'obtenir directement, sans autre attaque calcique, de 1'aluminate de sodium par transformation avec une solution de carbonate alcalin.
Dans un tel traitementde matières contenantde l'aluminate de calcium on s'efforce naturellement d'obtenir, d'une part des solutions d'aluminate aussi concentrées que possible et d'autre part des rendements aussi élevés que pos- sible en alumine dissoute. A ce point de vue, on obtient, com- me on le sait, les meilleurs résultats en opérant dans un contre-courant, par exemple suivant le principe du lessivage de Shank ou par brassage répété de la matière solide dans la solution et filtration en plusieurs stades, de sorte que la solution la plus riche en alumine est mise en contact avec de la matière peu lessivée et inversement.
On emploie habituellement pour un tel lessivage de la soude ; on a également proposé d'employer pour le lessivage du bicarbonate de sodium.
On a éte surpris de constater pendant l'étude de l'échange entre la matière contenant l'aluminate de calcium etla solution de carbonate, qu'on peut augmenter considéra- blement, par rapport aux résultats obtenus en travaillant avec du carbonate alcalin pur ou bicarbonate alcalin, pour des con- ditions identiques d'opération, aussi bien les rendements que les concentrations en alumine dans la lessive, ou qu'il est possible, pour le même rendement et la même concentration de se servir d'un appareillage plus petit si l'on ajoute aux solutions de carbonate alcalin une certaine quantité de bicar- bonate ou d'anhydride carbonique.
La quantité la plus favorabl<
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de bicarbonate ou d'anhydride carbonique à ajouter diffère d'un cas à l'autre suivant la nature de la matière contenant l'alu- minate de calcium. L'addition maxima est déterminée, d.'une part; par la solubilité du bicarbonate à la température appliquée et d'autre part par le fait que pour des additions trop élevées de bicarbonate la solution d'aluminate alcalin devient instable dans une mesure indésirable, et laisse déposer, au repos, de l'hydrate d'alumine.
Il est facile de comprendre qu'avec un excès d'an- hydride carbonique il y a diminution de rendement en alumine, puisque un excès d'anhydride carbonique précipite de l'hydro- xyde d'aluminium. Mais il est aussi très surprenant'de consta- ter que le rendement en alumine baisse également quand on n'ajoute pas assez d'anhydride carbonique, c'est-à-dire quand le liquide devient trop alcalin. On ajoutera, en général, assez d'anhydride carbonique ou de bicarbonate pour que 5 à 40 % environ de l'alcali présent se trouve sous forme de bicarbonate,
Dans beaucoup de cas il est sans importance dans quel stade du lessivage à contre-courant laddition est faite. On peut ajouter le bicarbonate ou l'anhydride carbonique déjà à la solution pure de carbonate alcalin qui sert de solution de dé- part.
Suivant la composition de la matière contenant de l'alu- minate de calcium et suivant le mode opératoire employé, il est parfois plus avantageux de faire l'addition seulement à une so- lution intermédiaire déjà chargée en aluminate alcalin. Lors de l'addition du mélange carbonate-bicarbonate à une lessive intermédiaire chargée en aluminate, il faut tenir compte, dans le calcul de l'excès du bicarbonate, éventuellement de l'anhy- dride carbonique, de la quantité totale d'alcali présent.
Le procédé peut être avantageusement exécuté de ma- nière que l'addition du bicarbonate, éventuellement de l'anhy- dride carbonique, soit faite après ou pendant le mélange de la matière contenant de l'aluminate de calcium avec une solution contenant du carbonate alcalin.
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Une simplification appréciable dans ce mode opéra- toire réside dans le fait que la composition de la solution n'a plus besoin d'être contrôlée analytiquement, mais le dévelop- pementde la réaction, éventuellementle pointfinal désiré, estdétermine par la mesure du pH. Ainsi devient-il possible de faire au cours de l'opération un contrôle continu de l'é- change entre la matière contenant l'aluminate de calcium et la solution contenant le carbonate. La mesure du degré pH peut être faite au moyen d'une électrode d'hydrogène.
En opérant ainsi on évite déjà, le risque de séparation d'alumine par suite de trop grandes quantités d'anhydride carbonique et, en outre, des matières contenant de l'aluminate de calcium de composition ls plus variée peuvent être traitées, sans qu'il soit néces- saire d'accorder chaque fois avant la décomposition la quantité d'anhydride carbonique , la composition de la matière solide.
Dans la transformation des différentes matières con- tenant de l'aluminate de calcium avec du carbonate alcalin, surtout lorsque les matières de départ contiennent peu d'al- cali, il est impossible d'éviter des pertes en alcali, parce que la ma tière lessivée retient de l'alcali qui ne peut plus être entièrement récupéré sous une forme utilisable.
Si l'on récupère de la solution d'aluminate alcalin par carbonatation, éventuellement après séparation d'une partie de l'alumine, une solution de carbonate alcalin, et qu'on l'emploie à une nouvelle décomposition, de telle sorte que le carbonate alca- lin soitentièrement ou partiellement ramené dans le circui t, les pertes d'alcali se laissent alors commodément compenser par addition de bicarbonate alcalin; on introduit ainsi du même coup dans la solution l'excès d'anhydride carbonique dé- siré.
Exemple 1 :
Un clinker de pierre calcaire et d'argile cuit dans un fourneau tournant et aynt la composition suivante:
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21,1 % sio 2 I7,5 J 103, 0,7 % Fe203, 59,6 % Gao, est décom-
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posé à l'effet d'obtenir une solution d'aluminate de sodium, en contre-courant avec une solution contenant 3,6 fois la quan- tité normale en sodium et 80 % de l'alcali sous forme de carbonate, 20 % sous forme de bicarbonate. Le lessivage est fait en quatre stades de manière que le clinker soit agité suc- cessivement avec des solutions de plus en plus pauvres en alu- minate, et pour terminer, avec une solution fraîche de carbona- te-bicarbonate. Après chaque digestion, la solution et le clinker sont séparés par filtration, de préférence sur un f il- tre rotatif.
Dans ce mode opératoire les conditions suivantes sont observées: température 40 ; pour 100 kg de clinker à cha- que fois 300 litres de solution fraîche de carbonate-bicarbo- nate de la composition indiquée; séjour dans la cuve de bras- sage, une demi-heure environ.
Aux quatre stades de solubilisation font suite deux stades de lavage, le gateau étant à chaque fois brassé avec 300 1 de solution et ensuite filtré. La solution de lavage recueillie de la deuxième filtration sert chaque fois de pre- mière solution de lavage pour l'opération suivante, alors que l'on se sert d'eau pure comme liquide de deuxième lavage.
Pour ne pas laisser perdre l'alcali contenu dans la solution de lavage ainsi obtenue, celle-ci est ramenée par dis- solution de carbonate et bicarbonate alcalin à la composition indiquée plus haut et employée pour la décomposition de la portion suivante de clinker.
On obtient-ainsi facilement des solutions d'aluminate alcalin avec 80 à 100 g de A13O3 par litre, alors que l'alu- mine est extraite du clinker avec un rendement d'environ 75 %.
En opérant de la même manière, mais en employant au lieu de bicarbonate, une quantité de soude équivalente à l'anhydride carbonique, les solutions obtenues ne contiennent que 60 gr environ d'Al2O3 par litre avec un rendement correspondant plus faible. En opérant de la même manière sans bicarbonate on ob- tient des solutions ne contenant que 60 gr environ de A12O3
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par litre avec un rendement correspondant plus faible.
Exemple 2 :
Une scorie 'broyée de haut fourneau, contenant 18 %
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îc 2, z r. 0 , 0, ri, Fa2 03 et 53,8 fo cao est, comme in- diqué dans l'exemple 1, décomposée au moyen d'une solution contenant trois fois la quantité normale du carbonate-bicar- bonate, dans laquelle 15 % du sel de sodium est à l'état de 'bicarbonate. L'alumine est précipitée de la manière connue de la solution d'aluminate, par carbonatation, etla solution ob- tenue après filtration estamenée, par addition de carbonate de sodium, éventuellement par arrivée d'anhydride carbonique, à la composition indiquée plus haut, et employée à une nouvelle décomposition,de sorte que la plus grande partie de la solution de carbonate est ramenée dans le circuit.
Exemple 3 :
Une lessive intermédiaire obtenue dans une opération continue qui, à côté de carbonate, contient, déjà de l'alumina- te, soit environ 41 g/1 = 0,40 mol. de A12O3, 22 &/1 = 0,50 mol CO2 et 62 g/1 = 1.00 mol. Na2O, est traitée par litre avec en- viron 77 g. de carbonate de sodium, correspondant à 0,70 mol. de Na2O, et environ 51 g de bicarbonate de sodium correspondant à 0,30 mol. de Na2O, de sorte qu'il y a en tout environ 2.00 mol. de Na2O dont environ 0,30 mol. = 15 % sous forme de bi- carbonate. On ajoute à cela, à 40 , 500 g. d'un clinker cuit 2@3 d'une teneur d'environ 14 % A1O; on agite une demi-heure, puis on filtre et l'on obtient une lessive d'aluminate avec 82 g/1 deA12O3.
Le résidu de filtration est alors traité avec les lessives intermédiaires provenant de l'opération précéden-
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te, dans cluatre stades ultérieurs, dans l'ordre décroïssa.üG de concentration en aluminate et finalement lavé avec de l'eau.
Exemple 4 :
On ajoute par litre d'une solution de carbonate al- calin contenant au litre 42 gr.de A12O3, 19 gr. d'anhydride carbonique et 61 gr. d'oxyde de sodium, 500 gr. d'une matière @
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à 13,5%de A12O3 contenant de l'aluminate de calcium et 120 gr. de carbonate de sodium ; y introduit à 50 de l'anhydride carbonique jusqu'à ce que le potentiel entre une électrode d'hydrogène et une autre électrode, saturée de calomel, attei- gne 1.045 volts, ce qui correspond à un pH d'environ 15,75.On obtient ainsi une solution avec 85 g/1 d'alumine, l'alumine ayant été ainsi extraite du clinker dans la proportion d'en- viron 75 %.