CH156430A - Verfahren zur Entfernung der Kieselsäure aus Gemischen von Kieselsäurehydrat und Aluminiumhydroxyd. - Google Patents

Description

  Verfahren zur Entfernung der Kieselsäure aus Gemischen von     Nieselsäurehydrat     und     Aluminiumhydroxyd.       Gegenstand der Erfindung ist ein Ver  fahren zur Trennung des Aluminiums von  der Kieselsäure, das einfacher und vollkom  mener als die bekannten Methoden zum Ziele  führt und     da--her    zur technischen Gewinnung  von für die Aluminiumelektrolyse hinrei  chend reiner Tonerde aus     kieselsiurehaltigen     Lösungen von     Aluminiumhydroxyd    geeignet  ist.

   Insbesondere ist das Verfahren zur ab  schliessenden Reinigung von Lösungen be  stimmt, wie sie sich beim     Aufschluss    von     ton-          substanzhaltigen        Gesteinsaxten    von der Art  der Kaoline und Tone ergeben, und zwar vor  zugsweise unter Verwendung von schwefliger  Säure als     Aufschlussmittel.     



  Die Kieselsäure ist ein sehr hartnäckiger  Begleiter des     AluminiumUydroxydes.    Sie  geht beim Auflösen dieser Verbindung,     bezw.     von basischem     Aluminiumsulfit,    mit in Lö  sung und fällt bei der     WiederausfIllung    des       Aluminiumhydroxydes    mit diesem aus.

   Zur  Beseitigung dieser Schwierigkeit wurde in    der amerikanischen Patentschrift     Nr.   <B>1090479</B>  vorgeschlagen, das Gemisch von     Aluminium-          hydroxyd    und     Kieselsäurehydrat    auf eine  Temperatur von ungefähr 120'<B>C</B> zu erhit  zen, um die beiden     ]Elydrate    zum Teil zu  entwässern; aus dem so vorbehandelten Ge  misch soll angeblich durch     schweilige     Säure nur das Aluminium herausgelöst wer  den.

   Abgesehen davon,     dass    bei diesem be  kannten Verfahren recht beträchtliche Was  sermengen, die in den Hydraten enthalten  sind, verdampft werden müssen, scheitert  seine Ausführung in der Praxis daran,     dass     sehr wasserreiches     koaguliertos        Kieselsäure-          gel,    wie festgestellt wurde, wenn man es in  Gegenwart von Wasser oder gesättigtem  Wasserdampf selbst auf Temperaturen bis  <B>180'</B> erhitzt, seine Löslichkeit keineswegs  verliert;

   die Kieselsäure wird erst unlöslich,  wenn sie in einer     wasserdampfaufnehmenden     Atmosphäre auf eine genügend hohe Tem  peratur erhitzt wird, bis sie einen beträcht-           liellen    Teil ihres Wassers abgegeben hat. Bei  dieser Behandlung des Gemisches büsst aber  auch das     Aluminiii-rnhydroxyd    seine Löslich  keit in schwefliger Säure sehr weitgehend  ein.

   Die     Kieselsäure-Tonerdetrennung    nach  diesem bekannten Verfahren scheitert daher  an der Unmöglichkeit, zwei einander wider  streitende Bedingungen, nämlich die mög  lichst vollständige Entwässerung des     Kiesel-          säurehydrates    unter     Belassung    eines erheb  lichen     Wassergehaftes    in der Tonerde, gleich  zeitig zu erfüllen: wird die Kieselsäure er  hitzt, bis sie unlöslich geworden ist, so ist  auch die Tonerde in     seliwefliger    Säure nicht  mehr löslich;

   werden hingegen die Versuchs  bedingungen so gewählt,     dass    in der Tonerde  noch ein ansehnlicher Wassergehalt verbleibt,  so geht auch die Kieselsäure wieder in Lö  sung und ist daher auch im Endprodukt als  ,störende Verunreinigung vorhanden. Gänz  lich wertlos ist die oftmalige Wiederholung  dieser Behandlung, da weder eine systema  tische Anreicherung an Kieselsäure, noch an  Tonerde durch diesen Arbeitsgang irgendwie  erreichbar ist.  



  Das neue Verfahren gemäss der vorliegen  den Erfindung macht von der Entwässerung  der     Hydroxyde    keinen Gebrauch. Vielmehr  wird das (zweckmässig durch Erhitzen der  Lösung) gefällte Gemisch     von        Aluminium-          hydro3#yd    und     Kieselsäu-rehydrat    zwecks  Trennung des Aluminiums von der     ]Kieselsäu-re     ohne künstliche Trocknung, und zwar, vor  zugsweise in möglichst frischem Zustande,  das heisst ohne Alterung, in wässeriger  schwefliger Säure gelöst, wobei     zweckmässJ*(Y     nur ein geringer     Überschuss    an Säure verwen  det wird. Hierbei geht auch ein grosser Teil  der Kieselsäure wieder in Lösung.

   Die vom       lingelösten    abgetrennte Lösung wird nun  unter Bedingungen, die ein Entweichen von  <B>SO,</B> praktisch ausschliessen, vorzugsweise  unter Druck, bei allmählich steigender Tem  peratur erhitzt, bis sie sieh trübt und schliess  lich durch Koagulation ein Niederschlag  ausgeschieden wird. Bei richtiger Wahl des  Verhältnisses der     SO2-Konzentration    zum  Aluminium besteht dieser Niederschlag zum    weitaus grössten Teil aus Kieselsäure und  nur zu einem kleinen Teil aus     Aluminium-          hydroxyd,    das aber beim Erkalten wieder ge  löst wird, wogegen die Kieselsäure ungelöst  bleibt.

   Zweckmässig     belässt    man die Lösung  bis zur Abkühlung in Berührung mit dem       Niederschlao-,    um sie erst hernach von dem  selben abzusondern.    Bei diesem Trennungsgang hängt viel  davon ab,     dass    der     Überschuss    an schwefliger  Säure zur Auflösung des frisch gefällten  Gemisches von<B>-</B>     Aluminiumhydroxyd    und       Kieselsäurehydrat    richtig gewählt wird;  nicht nur ein Zuviel, sondern auch ein     Zu-          wenio,    schadet.

   Ist der     Überschuss    zu     reich-          liell,    so beginnt die     Kieselsäureausscheidung     erst bei     züi    hoher Temperatur, ist zu     weni        'o,     schweflige Säure zugegen, so beginnt sie  zu früh; in beiden Fällen ist die Ausschei  dung nicht vollständig.  



  Man kann diesen     Koagulationsprozess    be  sonders vorteilhaft auch so ausführen,     dass     das Entweichen von     SO,    beim Erhitzen der  auf dem zugehörigen     SO,-Überschuss    einge  stellten Lösung nicht vollkommen vermieden,  sondern der Lösung beim Erhitzen ein be  schränkter Anteil der schwefligen Säure ent  zogen und während des     Erkaltens    wieder zu  geführt wird. Unter diesen Umständen fällt  zunächst eine grössere Menge des     Aluminium-          hydroxydes    mit aus, die sich aber bei der       Nachsättio-ung    der erhaltenden Lösung wie  der auflöst.

   Diese Austreibung und     Wieder-          auflösun-    eines Anteils der     schweflio-en          t'   <B>e5</B>  Säure, die den Vorteil hat,     dass    die Koagula  tion der Kieselsäure durch Erhitzen leichter  zu regeln ist, wird am einfachsten derart  bewerkstelligt,     dass    man die Erhitzung in  einem geschlossenen Gefäss vor sich gehen       lässt,    dessen Gasraum im Verhältnis zum  Flüssigkeitsraum entsprechend gross bemes  sen ist.: das beim Erhitzen entweichende  Schwefeldioxyd sammelt sieh im Gasraum an  und wird     liernach    von der erhaltenden Lö  sung wieder aufgenommen.  



  Der Wärmebedarf des     Koagulationspro-          Z.esses    wird vorteilhaft durch Wärmeaus-      tausch vermindert, indem man die zuströ  mende Lösung durch den     Wärmeinlialt    der  abströmenden Flüssigkeit vorwärmt.  



  Wenn man die     Kieselsäureabscheidung     in der beschriebenen Weise wiederholt, so  kann man zu einer     Tonerde    von höchster  Reinheit, die für alle chemischen Zwecke ge  eignet ist, gelangen. Das     Aluminiumhydro-          xyd    kann in bekannter Weise entweder auf       kalzinierte    Tonerde oder auf Aluminiumsalze  verarbeitet werden.  



  Das Verfahren wird an dem Beispiel der  Reinigung einer     ungeglühten        Rolltonerde,    die  Kieselsäure, Eisenoxyd und     Titandioxyd     enthält-, näher erläutert. Es macht keinen  Unterschied, ob diese Rohtonerde aus einem  sauren, alkalischen oder andersartigen     Auf-          schlussprozess    eines     tonerdehaltigen    Roh  materials herstammt.  



  <B>100 kg</B> einer Rohtonerde, die einen Was  sergehalt von ungefähr 120     ro    hatte und  deren wasserfreier Anteil die Zusammenset  zung<B>91,7 %</B>     Al!20"   <B>7,8 %</B>     SiO,   <B>0,09 %</B>     Fe,0,1     0,02<B>%</B>     Ti0"   <B>0,3 % S</B> zeigte, wurden in nicht  ganz<B>7</B>     in'    einer<B>1</B>     lo        igen    wässerigen,     soliwei-          ligen    Säure gelöst und von der ungelösten  Kieselsäure     abfiltriert.    Die verbleibende Lö  sung enthielt<B>6,1,</B>     gr        AI,

  0"    und<B>9,2</B>     gr   <B>SO,</B>  im Liter, kann aber bei Anwendung von  stärkerer schwefliger Säure, von erhöhter  Temperatur und gegebenenfalls auch von     er-          höhtein        Druch,    bedeutend mehr Aluminium  oxyd enthalten.

   Die     sorgfältig-e        Einstellun-          kn        23        eD     des     VerhäHnisses    von     Aluminiumoxyd    zu  schwefliger Säure, die für den Erfolg des  Verfahrens sehr wichtig ist, wird entweder  in der Weise vorgenommen,     dass    man die  Rohtonerde in einer genau bemessenen Menge  von schwefliger Säure auflöst oder     dass    man  einen     Überschuss    von     schweiliger    Säure ver  wendet und diesen hernach durch Austreiben  in bekannter Weise entfernt.

   Am zweck  mässigsten verfährt man derart,     dass    die Lö  sung auf ungefähr<B>80 ' C</B> erhitzt und voll  ständig entgast wird. Aus Lösungen, in wel  chen das Verhältnis von     AII,0"    zu<B>SO,</B>     rich-          tio,    eingestellt wurde, fällt auch bei     Anwen-          LI            dung    eines gelinden Vakuums keine Tonerde  aus.  



  Die Lösung wird nun in einen     Gegen-          strom-Wärineaustauscher    hineingepumpt, in  welchem sie durch die vom erhitzten Druck  kessel abströmende Flüssigkeit allmählich  vorgewärmt wird. Bei langsamer     Steigerun,-          der    Temperatur beginnt die Lösung unter  ihrem     Dampfdruck    sieh bei     1-90    bis<B>130</B>  unter     Abscheidung    von     Kieselsäureflocken     zu trüben.

   Diese Trübung nimmt mit     stei-          günder    Temperatur allmählich zu und er  reicht schliesslich bei     UO    bis<B>175 ' C</B> (je  nach ihrem     S0,-Gehalt    in     bezug    auf den       Aluminiumoxydgehalt)    ihr Maximum. Bei  zu grossem     Überschuss    an     schweiliger    Säure  beginnt die thermische Zersetzung des<B>SO,</B>  bevor noch die Kieselsäure sich     vollständic,     ausscheiden konnte.

   Bei zu geringem     SO,-          Gehalt    scheidet sich auch     Aluminiumhydro-          xyd    infolge     Ilydrolyse    ab, in welchem Falle  die     Kieselsäureabscheidung    ebenfalls unvoll  ständig bleibt.  



  Aus dem     Wärmeaustauscher    wird die  Flüssigkeit mit<B>80 ' C</B> abgezogen, von der  ausgeschiedenen Kieselsäure durch Filtration  befreit, und schliesslich die schweflige Säure  in einer Kolonne     möclichst    vollständig     ab-e-          trieben    und zurückgewonnen.  



  Nach dem Waschen und Glühen hatte die  Tonerde die folgende Zusammensetzung:       99.91%        AIA,3        Fe.,0,    und     0.07%          /0        -          SiO..    Die Ausbeute an     Reintonerde    betrug       93%    der theoretischen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCII: Verfahren zur Entfernung der Kiesel säure aus Gemischen von Kieselsäurehydrat und Aluminiumhydroxyd durch Auflösen in schweflicer Säure, Abtrennung vom Un gelösten und nachfolgendes Erhitzender Lö sung, dadurch gekennzeichnet.

   dass das Ge misch ohne künstliche Trocknung in wäs seriger schwefliger Säure gelöst und die Lö <U>sung</U> unter Bedingungen, die K-.in Entweichen von<B><U>SO,</U></B> praktisch ausschliessen, bei allmäh lich steigender Temperatur bis zur beginnen- den Trübuno, und seliliesslichen Koagulation der Kieselsäure erhitzt wird. UNTERANSPRüCHE: <B>1.</B> Verfahren nach dem Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass das Gemisch in frischo,efälltem Zustand in wässeriger sellwefliger Säure gelöst wird. 2.

   Verfahren nach dem Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass man die Lö sung bis zur Abkühlung in Berührung mit dem Niederschlag belässt und erst her nach von demselben trennt. <B>3.</B> Verfahren nach dem Patentanspruah, da durch gekennzeichnet, dass der Lösung während des Erhitzens ein Anteil des <B>SO-.</B> entzogen und während des Abküh- lens wieder zugeführt wird. 4.

   Verfahren nach dem Patentanspruch und Unteranspruch <B>3,</B> dadurch gekennzeichnet, dass die Lösung in einem geschlossenen Gefäss erhitzt wird, dessen Gasraum im Verhältnis zum Flüssigkeitsraum gross bemessen ist. <B>5.</B> Verfahren nach dem Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die zur Koagu lation Üer Kieselsäure notwendige allmäh liche Temperatursteigerung in der Weise hervorgerufen wird, dass man die zuströ mende Lösung vorerst durch den Wärme inhalt der abströmenden Flüssigkeit vor wärmt.