CH117772A - Verfahren zur Herstellung von Aluminiumoxyd. - Google Patents

Description

  Verfahren zur Herstellung von     Aluminiumoxyd.       Vorliegende Erfindung betrifft ein Ver  fahren zur Herstellung von Aluminiumoxyd  aus Rohmaterialien, welche zum Beispiel  ausser Aluminium noch Silizium, Titan,  Eisen und     Calcium    enthalten     können.    Es kön  nen gemäss dem Verfahren     silikatreiche    Tone,  aber auch andere aluminiumhaltige Mine  rialien, wie     Bauxit    und     Labradorstein,    be  handelt werden.  



  Es ist schon in Vorschlag gebracht wor  den, solche aluminiumhaltige Rohmateria  lien mit Säuren, zum Beispiel     Schwefelsäure,     zwecks     Abscheidung    der Kieselsäure und  des     Titandioxyds    und     Überführung    des Alu  miniumoxyds und anderer in dem Material  vorhandener Metalloxyde in entsprechende  schwefelsaure Salze aufzuschliessen und dann  die löslichen Salze von dem     ungelösten    Rück  stand abzuscheiden und endlich in der einen  oder andern Weise das Aluminiumsalz in  Aluminiumoxyd unter     Abscheidung    der  übrigen in der Lösung vorhandenen Ver  unreinigungen überzuführen.

   Soviel bekannt,  hat jedoch keine solche Methode bis jetzt       praktische        Verwendung    im Grossbetrieb ge-         funden,    was auf die mit der industriellen  Ausübung verknüpften     Schwierigkeiten    ver  schiedener Art zurückzuführen ist, wie zum  Beispiel auf zu grosse Verluste an den be  nutzten Reagenzien, die Unmöglichkeit, eine  genügend haltbare Apparatur     herzustellen,     die Schwierigkeit, genügend reines Alumi  niumoxyd herzustellen, usw.

   Das Verfahren  gemäss der Erfindung ist dadurch gekenn  zeichnet, dass aus einer durch Aufschliessung  eines aluminiumhaltigen Rohmaterials mit  Schwefelsäure gewonnenen, von ungelöstem  Material abgeschiedenen Lösung des Sul  fates zunächst ein kristallwasserhaltiges,  festes Produkt hergestellt     wird,    worauf das  Kristallwasser dann durch Erhitzung unter  Vermeidung des Schmelzens im Vakuum ab  gedämpft wird, derart, dass' ein praktisch  wasserfreies Produkt von hoher     Porösität    er  halten wird, das beim zwecks Abtreibung  der Schwefelsäure erfolgenden Glühen aus  dem Aluminiumsulfat ein Aluminiumoxyd  von hoher     Porosität    ergibt.  



  Das Verfahren lässt sich verhältnismässig  leicht     und        billig    ausführen, und es kann als      Endprodukt ein Aluminiumoxyd erhalten       werden,    das sich als Ausgangsmaterial für  die Herstellung metallischen Aluminiums  eignet.  



  Das Verfahren gemäss der Erfindung wird  beispielsweise auf folgende Art ausgeführt:  Ton, zum Beispiel von der Zusammen  setzung 30      /a        A1203,    3 %     Fe,03,    1      'o        (Na._0,          K.,0),    1 %     Ca0,        1!-    %     Mg0,    60 %     Si02,     ? %     TiO2    und 4 %     H-.0,    wird zunächst  schwach geröstet, um seinen Gehalt an che  misch gebundenem Wasser zu entfernen und  seinen kolloidalen Zustand zu beseitigen,  worauf das Material fein gepulvert wird,  wenn es nicht im voraus pulverförmig ist.

    Das Material wird dann mit heisser Schwefel  säure in einem     Autoklaven    unter Druck auf  geschlossen, wodurch die im Rohmaterial  anwesenden Elemente Silizium, Titan und       Calcium    in unlöslicher Form als     SiO2,        Ti0_     und     CaS04    abgeschieden werden, während  die Sulfate von Al, K, Mg und Fe in Lö  sung gehen. Die Menge der zu benutzenden  Schwefelsäure hängt von der Zusammen  setzung des Rohmaterials ab und wird der  art bemessen, dass die Säure im wesentlichen  an die löslichen Bestandteile des Rohmaterials  gebunden wird.

   Die Konzentration der Säure       wird    zweckmässig derart gewählt, dass eine       Sttlfatlösung    mit 10 bis 18 Molekülen Was  ser pro Molekül lösliches Sulfat erhalten  wird. Solange eine solche Lösung heiss ist,  bleibt sie flüssig und kann in diesem Zu  stande von den ungelösten Resten durch  Zentrifugieren oder Filtrieren getrennt wer  den. Es ist jedoch auch möglich, eine schwä  chere Säure, das heisst eine Säure, die bei  der Aufschliessung eine     Sulfatlösung    liefert,  welche mehr als 18     Molel@üle    Wasser pro  Molekül lösliches Sulfat enthält, zu benut  zen.

   Im letzteren Falle wird die von den  ungelösten Resten abgeschiedene heisse Lö  sung zunächst so weit eingedampft, dass der  Wassergehalt höchstens 18 Molekülen Was  ser pro Molekül Sulfat entspricht, damit das  Wasser bei der Abkühlung von den Sulfa  ten vollständig als Kristallwasser gebunden  wird.    Die in der einen     oder    andern Weise her  gestellte konzentrierte     Sulfatlösung    wird  dann abgekühlt, so dass sie zu einer festen  Masse erstarrt, wobei das Wasser gänzlich  als Kristallwasser gebunden wird. Diese  Masse wird zerkleinert und gesiebt, wobei  die feinsten Körner abgeschieden und in  einer     Sulfatlösung,         -elche    bei einer folgen  den Aufschliessung erhalten wird, gelöst  werden.

   Das grobkörnige Sulfat wird dann  derart im Vakuum erhitzt, dass das Kristall  wasser vollständig entweicht, ohne dass das  Sulfat schmilzt. Bei dieser Entfernung des  Wassers behalten die Körner ihre Form  und als Resultat wird ein äusserst poröse,.  wasserfreies Sulfat erhalten.  



  Dieses poröse Sulfat wird dann durch  Glühen unter allmählicher Steigerung der  Temperatur auf<B>700</B>     M800    o C zersetzt  wobei ein     eisenoxydlialtiges        Aluminiumoxy        #-1     in der Form poröser Körner und ein Gemisch  von     SOr,        S0--    und     0.,    erhalten wird, welche  Gase aufgefangen und wieder in Schwefel  säure übergeführt werden, die zum Auf  schliessen weiterer Mengen des     Rohmaterials     benutzt wird.

   Die     Schwefelsäure    wird so  mit in der     Fabrikation    in Umlauf gehalten,  und lediglich die unvermeidlichen Verluste  sind durch Zufuhr von frischer     Schwefel-          säuro    zu decken.  



  Das so erhaltene     eisenoxydhaltige    Alu  miniumoxyd besitzt trotz seiner     Porosität     eine     grosse    mechanische Festigkeit, so dass       grössere    Verluste infolge Staubbildung ver  mieden werden. Infolge seiner     Porosität    ist  es für Gase leicht     durchdringlich,    was von  grösster Bedeutung für die folgenden Ope  rationen ist, welche die Entfernung des  Eisens bezwecken.  



       Zweclzs    Entfernung des Eisens wird das  Eisenoxyd nun zweckmässig zunächst reduziert,  was durch reduzierende Gase, Wasserstoff,  Kohlenoxyd oder gasförmige Kohlenwasser  stoffe oder mit Hilfe eines     Metalles    stattfinden  kann, das eine grössere Affinität zu Sauer  stoff als Eisen hat und dessen Oxyde keine  schädliche Wirkung auf das Aluminium  oxyd hat. Praktisch kommt als solches Ne-           Lall    hauptsächlich Aluminium in Frage.  Die. Reduktion des     Eisenoxyds    wird derart  ausgeführt, dass das Aluminiumoxyd seine  poröse Struktur beibehält; es     muss    also die  Reaktion bei einer Temperatur stattfinden,  die weit unterhalb des Schmelzpunktes des  Aluminiumoxydes liegt.

   Nach der Reduk  tion wird das Eisen beispielsweise mit Chlor  gas bei einer Temperatur von über<B>300'</B> C       abdestilliert,    wobei das Eisen als gasförmi  ges Eisenchlorid entweicht. Damit ein voll  ständiges Entfernen des Eisens stattfindet,  muss das benutzte Chlor von Sauerstoff voll  ständig frei sein, weil das Eisen bei der De  stillationstemperatur eine grössere Affinität  zu Sauerstoff als zu Chlor hat.

   Bei der tech  nischen Ausführung des Prozesses     ist    es in  dessen beinahe unmöglich, Luft und Was  serdampf vollständig zu beseitigen, und der  durch etwa vorhandenen Sauerstoff und  Wasserdampf verursachte     Übelstand    wird  deshalb dadurch beseitigt, dass eine geringe  Menge metallisches Aluminium zur Reaktion  mit dem warmen Chlorgas gebracht wird,  so dass gasförmiges     Aluminiumchlorid    ge  bildet wird, das sich mit dem Chlorgas  mischt. Es kann auch eine geringe Menge  wasserfreies Aluminiumchlorid in Gasform  dem Chlorgas zugesetzt werden. Das das  Chlorgas begleitende Aluminiumchlorid re  agiert sofort mit etwa gebildetem Eisen  oxyd unter Bildung von Aluminiumoxyd  und Eisenchlorid, welch letzteres verflüchtigt  wird.

   Da diese Reaktion     quantitav    verläuft,  genügt eine der Sauerstoffmenge äquivalente  Menge von Aluminium     bezw.    Aluminium  chlorid oder ein geringer Überschuss davon.  



  Das abgetriebene Eisenchlorid wird mit  Luft oder reinem Sauerstoff verbrannt, wo  bei Eisenoxyd und freies Chlor erhalten wird.  Auch diese Reaktion verläuft quantitativ,  weshalb ein so geringer     Überschuss    an Sauer  stoff, als er in der     Praxis        innegehalten     werden kann, genügt, um das Chlor wieder  zurückzugewinnen. Das erhaltene Chlor  kann wieder benutzt werden. so dass nur die  kleinen, unvermeidlichen Verluste durch Zu  fuhr von     frischem    Chlor bei der kontinnier-    liehen Ausübung des Verfahrens zu decken  sind.  



  Statt des Chlorgases kann man auch für das  Abtreiben des Eisens Wasser- oder sauerstoff  freien Chlorwasserstoff mit einem geringen  Zusatz von Aluminiumchlorid benutzen, und  statt des Zusatzes von Aluminiumchlorid  zu dem Chlorgas     bezw.    dem Chlorwasser  stoff kann man die Reaktion in Anwesen  heit von Kohlenstoff oder dem Chlorid eines  andern Stoffes als Aluminium ausführen,  der eine grössere Affinität zu Sauerstoff als  zu Chlor hat, zum Beispiel     Tetrachlor-          kohlenstoff,    Chromchlorid oder     Zinnchlorid.     



  Wenn der Eisengehalt des     Aluminium-          oxydes    gering ist, kann man, statt das  Eisenoxyd zuerst zu reduzieren, und dann  das Eisen mit Chlor     abzutreiben,    ausschliess  lich mit Aluminiumchlorid in Gasform ar  beiten, das dann direkt mit dem Eisen  oxyd unter Bildung von Aluminiumoxyd  und Eisenchlorid. reagiert, welch letzteres  sich     verflüchtigt.    Der Prozess wird hierdurch       vereinf    acht.  



  Die     technischen    Vorzüge des-gemäss dem  Verfahren der vorliegenden Erfindung her  gestellten Aluminiumoxyds bestehen darin,  dass in dem Oxyd als Verunreinigung vor  kommendes Eisen leicht daraus entfernt wer  den kann. Es können deshalb alle gemäss  dem Verfahren der vorliegenden Erfindung  auszuführenden Operationen in Eisenappa  ratur ausgeführt werden. Infolge der po  rösen Struktur des gemäss dem Verfahren  erhaltenen Aluminiumoxyds findet eine  schnelle Diffusion von für das Abtreiben  des Eisens als Eisenchlorid benutzten gas  förmigen Reagenzien durch die ganze Masse  hindurch statt und ebenso ein entsprechend  schnelles Entweichen des bei der Reaktion  gebildeten Eisenchlorids nach aussen, wo  durch die     Enteisenung    im Grossbetrieb zu  friedenstellend ausgeführt werden kann.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Verfahren zur Herstellung von Alumi niumoxyd durch Aufschliessen eines alumi- niumhaltigen Rohmaterials mit Schwefel- säure und Abtreibung der Schwefelsäure tis dem gebildeten löslichen Sulfat durch Erhitzung, dadurch gekennzeichnet, dass aus einer von ungelöstem Material abgeschiede- nen Lösung des Sulfates zunächst ein kri stallwasserhaltiges festes Produkt herbestellt wird, worauf das Kristallwasser durch Er hitzung, unter Vermeidung des Schmelzens im Vakuum abgedampft wird, derart,

   dass ein praktisch wasserfreies Produkt von hoher Porosität erhalten wird, das beim zwecks Abtreibung der Schwefelsäure erfolgenden Glühen als Endprodukt ein Aluminiumoxyd von 'hoher Porosität ergibt, aus welchem sich infolge seiner porösen Struktur ver unreinigendes Eisen leicht entfernen lässt. U\TERAXISPRÜCHE: 1.

   Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufschliessung des aluminiumhaltigen Rohmaterials mit verdünnter Schwefelsäure vorgenommen wird, und dass die von dem ungelösten Material abgeschiedene Lösung so weit eingedampft -wird, dass' das rüclzständibe Wasser von den löslichen Sulfaten bei der Abkühlung als Kristallwasser ge bunden wird.

   \'. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch 0#ehennzeichnet, dass Eisen, das in dem bei dem Glühen erhaltenen porösen Aluminiumoxyd als Oxyd vorhanden ist, zunächst zu metallischem Eisen reduziert wird, und dass dann das Aluminiumoxyd durch Erhitzung in einem Chlorbasstrom in Anwesenheit eines Chlorids eine Stoffes, der eine grössere Affinität zti Sauerstoff als zu Chlor hat, von dem Eisen befreit wird. 3.

   Verfahren nach Patentanspruch und Un teranspruch 1-', dadurch gekennzeichnet, dass als Chlorid eines Stoffes, der eine grössere Affinität zii Sauerstoff als zu Chlor hat, Aluminiumchlorid verwendet wird. 4.

   Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass Eisen, das in dem bei dem Glühen erhaltenen porösen Alu- miniumoxyd als Oxyd vorhanden ist, zu nächst zu metallischem Eisen reduziert wird, und dass dann das Aluminiumoxyd durch Erhitzitnb in einem Strom von Was ser- und sauerstofffreiem Chlorwasserstoff in Anwesenheit eines Chlorids eines Stoffes, der eine grössere Affinität zu Sauerstoff als zu Chlor hat, von dem Eisen befreit wird. .

   Verfahren nach Patentanspruch, dadurch ,gekennzeichnet, dass ein beim Glühen er haltene,, eisenoxz-dhaltiges, poröses Aln- niumoxyd in Anwesenheit von Alu miniumchlorid erhitzt wird, derart, da.ss das Aluminiumchlorid sich mit dem Eisenoxyd unter Bildung von Aluminium oxyd und Eisenchlorid umsetzt und sich letzteres verflüchti-t.