Verfahren zur Herstellung von Natriumaluminat-Lösungen. Sowohl durch die chemische Literatur, als auch durch die Praxis ist es bekannt, dass das Auslaugen von aluminium- und kieselerde- haltigen Rohmaterialien, wie beispielsweise Bauxite, mit einer starken Natriumhydrat lösung gemäss dem Verfahren von Bayer eine Natriumaluminatlösung ergibt, welche ge ringe Mengen von Kieselerde enthält. Der Hauptteil der Kieselerde wird bei dem Aus laugen in der Form von Na2O . Al2O3 . SiO2 + 9 H20 gefällt. Ein kleiner Teil der Kieselerde geht jedoch in Lösung und von diesem geht wie derum ein Bruchteil als Verunreinigung in das Aluminiumhydrat, wenn dieses ausgefällt wird.
Der grössere Teil der gelösten Kiesel erde bleibt jedoch in der Lösung und wirkt sich dort störend aus, wenn die Lösung nach der Ausfällung des Aluminiums insbeson dere durch Konzentration in Verdampfern regeneriert werden soll. Dann schlägt sich nämlich die Kieselerde als Niederschlag auf den Heizelementen des Verdampfers nieder.
Den Gegenstand der Erfindung bildet ein Verfahren zur Herstellung von Natriumalu- minatlösungendurch Auslaugen von kiesel- erdehaltigen Aluminiumverbindungen mit konzentrierter Natriumhydratlösung, welches dadurch gekennzeichnet ist, @dass der Au@slauge- prozess in Gegenwart solcher alkalisch reagie render Verbindungen, welche mit der Kiesel erde eine Fällung geben, vor sich geht, zum Zweck, .eine praktisch von Kieselerde freie Natriumaluminatlösung zu erhalten.
Als alkalisch reagierende Verbindungen kommen sowohl die Oxyde, als auch die Hy drate des Bariums, Strontiums, Kalziums, Magnesiums, Zinks oder Mischungen der ge nannten Materialien in Frage.
Es ist ferner allgemein bekannt, dass die Lauge, welche in dem Bayer-Prozess zur Er zeugung von Aluminiumhydrat aus alumi- niumhaltigen Rohmaterialien, wie Bauxite, verwendet wird, Kohlendioxyd aus der Luft während des Prozesses aufnimmt.Vorzugsweise geschieht dieses während der Ausscheidung ,des sogenannten Rotschlammes aus der Lauge und während der Ausfällung des Aluminium- hydrates aus der verdünnten Aluminatlösung, so dass die verdünnte Lauge nach der ge nannten Ausfällung gewisse Mengen an Na triumkarbonat enthält.
Dieses Karbonat ver bleibt, vorausgesetzt, dass seine Menge nicht zu hoch ist, in der Lauge in Lösung, wäh rend die Lauge einem Verdampfungsprozess ausgesetzt wird, um sie soweit zu konzen trieren, dass sie zum Auslaugen frischer Men gen von Bauxiten wieder verwendbar ist. Wenn beispielsweise die Menge des Karbo- nates nicht einen Betrag übersteigt, der einer Alkalinität von 86 % einer Lauge entspricht, die im ganzen 260 gr Na2O pro Liter und 80 gr Al203 pro Liter gelöst enthält, so tritt keine Ausfällung von Na2C03 Kristallen ein.
Wenn jedoch der Gehalt an Natriumkarbonat die genannte Verhältniszahl überschreitet, so kristallisiert der Übersehuss des Natrium- karbonates aus der Lösung während der Ver dampfung aus, worauf er dann von der Lauge abgetrennt und in bekannter Weise kausti- fiziert wird, so dass er in den Prozess wieder eingeführt werden kann. Die Abscheidung des Natriumkarbonates aus der Lösung und seine Überführung in Ätzlauge erfordert mehrere Verfahrensschritte.
Die Schwierigkeiten, die sich aus der Aufnahme des Kohlendioxydes durch die Lauge ergeben, können gemäss einer weiteren Ausbildung der Erfindung in folgender Weise dadurch behoben werden, dass die beim Auslaugprozess gegenwärtigen Oxyde oder Hydrate des Bariums, Strontiums, Kalziums, Magnesiums, Zinks oder deren Mischungen in einem solchen Überschuss verwendet wer den, dass nieht nur die vorhandene Kieselerde (Kieselsäure) gefällt wird, sondern auch alles von der Lauge während des Prozesses auf genommene Kohlendioxyd als Karbonat bezw. Karbonate gefällt wird.
Wie oben beispielsweise festgestellt wurde, gibt eine Lauge, welche 86 % Alkali- nität besitzt, keine Natriumkarbonat-Kri stalle während ihrer Konzentration ab. Es ist daher dafür Sorge zu tragen, dass die nach dem Fällen des Aluminiumhydrates anfal- lende verdünnte Lauge eine Alkalinität be sitzt, welche nicht geringer als 86%, son dern besser etwas höher ist.
Um dies zu erreichen, sind die Basen, die für die Fällung des SiO2 und CO2 während des Auslaugens des Bauxites durch die starke Lauge in den Auslauggefässen verwendet wer den, in einem solchen Überschuss zuzusetzen, dass die verwendete Base bezw. die verwen deten Basen ausreichen, nicht nur das SiO2, sondern auch eine genügende Menge des vor handenen K ohlendioxydes auszufällen. Es ist festgestellt worden, dass ohne Schwierigkeit soviel Kohlendioxyd gefällt werden kann, dass die Alkalinität der Lauge von 86 über 90 % , beispielsweise bis 94% gesteigert werden kann. Die Eliminierung des C02 so weit, dass die Lauge eine Alkalinität von un gefähr 90% erhält, genügt für die gewöhn lichen Fabriken, so dass sie keine Störung infolge des CO2 haben, wenn sie diese Me thode benutzen.
Wenn jedoch aus irgend welchen Gründen Natriumkarbonat während der Konzentrierung der Lauge gefällt worden ist, dann ist dieses Natriumkarbonat in der Lösung suspendiert zu halten und in die Auslauggefässe zusammen mit der Lauge einzubringen. In den Auslauggefässen wer den Basen zugefügt in solcher Menge, dass auch das in fester Form eingeführte Kar bonat in genügender Weise kaustifiziert wird.
Es ,sei hierbei darauf hingewiesen, dass der Ort, an dem das Auslaugen stattfindet, also das Auslauggefäss, der beste Platz ist, an welchem Natriumkarbonat zur Ersetzung -des w ä 'hrentd des Verfahrens verloren ge-an-enen en M Natriumhydra.tes zugefügt wird.
Dieses Na triumkarbonat wird, wenn es in Pulverform zugeführt wird, stets in hTatriumhydrat ein fach durch Zufüb in.g -einer entsprechenden Menge von starken Basen umgewandelt. Man erhält so eine Konzentrierung der Lauge, ohne ihr Volumen wesentlich zu verändern.
Bezüglich der chemischen Reaktionen, die bei der Fällung von SiO2 und CO= stattfinden, sei das Foflgende ausgeführt: Wenn man eine oder mehrere der er-v#rälin- ten.Basen als Zusatz in den Auslauggefässen lediglich in solcher Menge verwendet, dass ein Molekül R0 sich mit einem Molekül SiO, ver bindet (hierbei sind mit "R0" ein oder meh rere Oxyde der verwendeten Basen gemeint), und wenn kein CO2 anwesend ist, so kann zwar SiO 2 in genügendem Masse gefällt wer den, doch ein beträchtlicher Teil des Na2O Und Al2O3 wird gleichzeitig in den Rot schlamm gefällt.
Um einen Niederschlag von Silikat in dem Rotschlamm zu erhalten, ohne dass dieser gleichzeitig auch einen Nieder schlag von Na2O und Al203 enthält, muss man bei Abwesenheit von CO2 die Base oder die Basen in solcher Menge zusetzen, die an nähernd ungefähr zwischen den Werten liegt, welche sich aus den Formeln RO. SiO2 lla (R0. )2 . 8i02 ergeben.
Da aber CO2 in der Praxis stets anwesend ist, und man einen Teil von CO2 nieder schlagen muss, so muss die Menge der in den Auslauggefässen zuzusetzenden Base bezw. Basen derart berechnet werden, dass diese Menge ausreicht, um die Verbindung RO. CO2 mit dem zu fällenden Kohlendioxyd zu bil den und weiterhin noch einen Überschuss, der gross genug ist, dass auch noch die Verbin dungen mit der vorhandenen Kieselerde ge- näss den Formeln zwischen RO. SiO2 und (RO)2 SiO2 gebildet werden können. Hier bei wird dann kein Na2O und Na Al203 in den Rotschlamm niedergeschlagen.
Dies be deutet also, dass dadurch, dass die Basen, die aus den Oxyden oder Hydraten des Bariums, Strontiums, Kalziums, Magnesiums, Zinks oder deren Mischungen bestehen, in einem genügenden Überschuss zugesetzt werden, sämtliches Al2O3, welches sich in dem ver wendeten Bauxit findet, gelöst wird, so dass der Rotschlamm, der bei diesem Verfahren entsteht, nach gutem Auswaschen kein oder so gut Wie kein Na20 und Al203 enthält.
Um die genannten Reaktionen durchzu führen, kann man die Base bezw. die Basen zu dem Auslauggefäss entweder vor der unter Druck stattfindenden Auslaugung oder während des Auslaugeprozesses zusetzen. Der einfachste Web besteht darin, die Base oder die Basen zusammen mit dem Bauxit zuzu- setzen, und zwar am besten, indem die Basen mit den Bauxit gut gemischt werden, oder man suspendiert die Basen auch in der Lauge, die beim Auslaugen zugeführt wird. Dieser Weg ist auch der beste, wenn die Base oder die Basen in einer Form zugesetzt werden, bei der sie nur langsam wirken.
Bei Verwen dung von Barium, Strontium, oder Kalzium erhält man eine solche langsam wirkende Form dadurch, dass diese Basen in der Form von trockenem gelöschtem Hydratpulver zu gesetzt werden. Magnesium kann sowohl als Oxyd, als auch als Hydrat nur in Pulverform zugesetzt werden. Das Magnesium wird meist in der Form von gebranntem Dolomit verwendet. Es ist sehr zweckmässig, diesen gebrannten Dolomit in der Form von trok- kenem gelöschtem Pulver zuzusetzen. Zink kann in Form von gebranntem Oxyd zuge setzt werden.
Wenn Barium, Strontium oder Kalzium als Basen verwendet werden und in Form ihrer pulverisierten Oxyde entweder gemischt mit dem Bauxit oder suspendiert in der Lauge in die Auslauggefässe eingeführt werden, so wirken sie auf die in Lösung befindlichen Aluminiumverbindungen ein, indem sie Alu minate bilden, welche sehr langsam in Kar bonate oder Silikate umgewandelt werden. Diese Form der Zusetzung der genannten Basen ist daher nicht besonders zweckmässig. Die Bildung von Aluminaten kann verhindert werden, wenn die pulverisierten Oxyde lang sam in kleinen Mengen während des Aus laugens zugesetzt werden.
Solch eine zu- setzung bringt aber Komplikationen mit sich. Das gleiche ist naturgemäss der Fall, wenn Barium oder Strontium als in Lösung befind liche Hydrate oder Kalzium als Kalkmilch zugesetzt werden.
Das Verfahren kann gemäss den folgenden Beispielen ausgeführt werden: Es sei angenommen, dass ein zu behan delnder Bauxit 55% A120;3, d % SiO2 und Fe203 usw. enthält.
Für die Auslaugaungdie- ses Bauxites ist es zweckmässig, eine Lauge zu verwenden, die auf einen Liter 220 gr Na20 als Hydrat, 40 g r Na20 als Karbonat und 80 gr A12O3 gelöst enthält. 1000 kg Bauxit enthalten dann 550 kg A1203 und 30 kg SiO2 Um diese Menge Bauxit aus zulaugen, verwendet man 6000 Liter der genannten Lauge. Während des Auslaugens hat man sämtliches SiO2 und 35% des vor handenen CO2 zu fällen. Um dieses zu er- reichen, muss man bei Verwendung von Kalk als Base 117 kg CaO in Form von trockenem gelöschtem Kalkpulver zufügen.
Wenn die Fällung durch eine Mischung von Magnesiumoxyd und Kalziumoxyd be wirkt werden soll, so ist es zweckmässig, 20 kg MgO und 84 kg CaO zu verwenden. Beide Mittel werden in Pulverform benutzt, und zwar wird die CaO-Base als trockenes gelöschtes Kalkpulver zugesetzt. Wenn MgO in der Form von gebranntem Dolomit verwen det wird, nimmt man 50 kg gebrannten Dolomit und 54 kg CaO, beides in Form von trockenem gelöschtem Pulver. Bei Ver- wendung von gebranntem Dolomit allein ge nügen 94 kg, wenn diese in Form von trok- kenem gelöschtem Pulver zugesetzt werden.
Eine Natriumaluminatlösung, die Che misch frei von SiO2 ist, kann man sehr leicht erhalten, indem man Magnesium-Oxyd oder -Hydrat verwendet, weil man dann nur eine solche Menge des Magnesium-Oxydes oder Hydrates zuzufügen braucht, welche das che- misehe Äquivalent des vorhandenen SiO2 oder sogar noch weniger ist. In diesem Fall wird das Na2O und Al2O3 durch einen Überschuss von einer oder mehreren der andern Basen entfernt. Anderseits ist CaO2H2 in Form von trockenem, gelöschtem Pulver die beste Ver bindung zur Fällung des CO2. Aber auch bei Verwendung von CaO2H2 allein erhält man eine Natriumaluminatlösung, die frei genug von SiO2 ist und einen Rotschlamm, der frei genug von Na2O und Al2O3 ist.
Mit dem Verfahren gemäss der Erfindung kann man gegenüber dem bekannten Bayer- Verfahren die folgenden Vorteile erreichen: 1. Sämtliche Kieselerde wird in den rot- sehlamm gefällt, so dass man eine Natrium aluminatlösung erhält, die praktisch frei von SiO2 ist. 2. Alles in dem Bauxit vorhandene Al2O3 wird herausgelöst, so dass praktisch kein A1203 in den Rotschlamm gelangt und so ver loren geht.
3. Alles Na2O in der Lauge verbleibt dort, so dass durch gutes Auswaschen des Rotschlammes nur ein Minimum von Na2O verlorengeht.
4. Alles Na2O, welches in der bei dem Prozess verwendeten Lauge vorhanden ist, ab gesehen von einem gewissen Teil, der in dem Prozess in Verbindung mit C02 zirkuliert, wirkt als Hydrat, ohne dass eine besondere Kaustifizierung notwendig ist.
5. Bei dem Verfahren gemäss der Erfin dung kann man einen Bauxit anwenden, der mehr SiO2 enthält, als es bei Anwendung des bekannten Bayer-Prozesses statthaft ist, wenn auch vorzugsweise der Si02-Gehalt nicht mehr als 15 bis 25 % bezogen auf die Bauxit menge sein soll.