CH199776A - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von reinem Aluminiumoxyd. - Google Patents

Description

  Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von reinem     Aluminiumoxyd.       Zur Herstellung von reinem Aluminium  oxyd nach Säuremethoden, das heisst durch  Zersetzung des Rohmaterials mittels einer  Mineralsäure, können verschiedene Rohmate  rialien, selbst solche, die reich an Silizium  dioxyd sind, wie Lehm,     Leucit,    alle Arten  von Bauxit usw. verwendet werden.

   Dieser  Vorteil über     Alkalimethoden,    welche die Ver  wendung von reinem Bauxit als Rohmaterial  verlangen, wurde jedoch bis dahin durch die  zur Entfernung von     Unreinigkeiten    erwach  senden Kosten und durch die Verluste au  Säure, welche besonders bei Verwendung von  Salzsäure oder Salpetersäure das Verfahren  unökonomisch gestalten, selbst     wenn    sie nur  wenige Prozent ausmachen, aufgewogen.  



  Die vorliegende Erfindung betrifft ein  derartiges Verfahren, bei welchem ein Alu  minium enthaltendes Rohmaterial mittels  einer Säure zersetzt     und    das erhaltene Alu  miniumsalz durch     Hitzewirkung    dissoziiert,  das heisst in Oxyd (Aluminiumhydrat oder  Aluminiumoxyd) und Säuredampf zerlegt  wird.    Die Erfindung bezweckt, die Durchfüh  rung des Verfahrens in einfacher und billiger  Weise und mit     geringen    Säureverlusten mög  lich zu machen.

   Gemäss der     Erfindung        wird     das pulverisierte Rohmaterial mit Wasser ge  mischt und mit den heissen, bei der Dissozia  tion entstandenen     Säuredämpfen    behandelt,  so dass Wasserdampf, der     zurückgewonnen     wird, eine Salzlösung und     ein    unlöslicher  Rückstand, der hauptsächlich aus Silizium  oxyd besteht, welcher von der Lösung ge  trennt und gewaschen wird, entstehen, wäh  rend die erzeugte Lösung mittels Dampfes  verdampft wird, der bei Zersetzung des Roh  materials entstanden     ist,    bis eine Masse von  kristallisiertem Aluminiumsalz erhalten wird.  



  Ferner wird angestrebt, Säureverluste  und Unkosten beim Waschen des     unlöslichen     Rückstandes und beim Reinigen des Alumi  niumsalzes vor der thermischen Dissoziation  zu vermeiden, wie dies im nachstehenden an  hand eines Beispiels eingehend erklärt ist.  



  Bevor das aluminiumhaltige Rohmaterial  durch die Säure zersetzt wird, wird es vor-           zugsweise        kalziniert.    Wenn Lehm als Roh  material verwendet wird, wird dieser vor  zugsweise auf eine Temperatur von     ungefähr     600 bis<B>800'</B> C erhitzt, wobei sein chemisch  gebundener Wassergehalt     ausgetrieben    und  das     Siliziumdioxyd    unlöslich gemacht wird,  wogegen das Aluminiumoxyd leichter löslich  wird.

   Die     Kalzinierung    kann unter Bei  mischung von Kohle in     einem        Gasgenerator     ausgeführt werden, zum Beispiel einem Ge  nerator mit einem drehbaren Rost, welche  Art der     Kalzinierung    besonders dann empfeh  lenswert ist, wenn der verwendete Lehm  Kohle enthält. In diesem Fall entsteht durch  die     Kalzinierung    ein Heizgas, welches zur  Zersetzung des bei dem Verfahren entstehen  den Aluminiumsalzes verwendet werden  kann.

   Die Temperatur im Gasgenerator wird  so geregelt, dass sie<B>800'</B> C nicht übersteigt,  indem die Zufuhr von Luft und Dampf zum  Generator und der Wassergehalt des Lehmes  geregelt werden, da eine höhere Temperatur  einen ungünstigen Einfluss auf die Löslich  keit des Aluminiumoxydes ausüben würde.  Es können auch andere     Arten    der     Kalzinie-          rung    angewendet. werden, zum Beispiel     Kal-          zinierung    in einem drehbaren Ofen.  



  Das     kalzinierte    pulverförmige Rohmate  rial wird mit Wasser gemischt, wonach die  Mischung der Einwirkung der heissen Säure  dämpfe unterzogen wird, welche während des  Verfahrens vorher bei der thermischen Zer  setzung des Aluminiumsalzes entstanden  sind. Falls Salzsäure zur Anwendung kommt,  findet die Zersetzung des entstandenen Alu  miniumchlorides schon bei einer Temperatur  von ungefähr<B>350'</B> C     statt,    und zwar nach  der Formel    A1 C13 .

   6     Hl    0 =     A1/0111'3        -f-    3     HCl        -I-    3     Ha    0    Die dem Rohmaterial zugesetzte Wasser  menge wird so berechnet, dass sie zusammen  mit den     zugeführten    Säuredämpfen eine  Säure von erforderlicher Konzentration er  gibt. Das entstandene     Hydroxyd    wird her  nach in Aluminiumoxyd und Wasser durch       Kalzinierung    zerlegt.

   Bei Anwendung einer  höheren Temperatur als<B>350'</B> C bei der Zer-         setzung    des     Aluminiumchlorides    ist es mög  lich, Aluminiumoxyd     direkt    zu erzeugen.  



  Die Reaktion zwischen der Säure und  dem aluminiumhaltigen Rohmaterial     ist        exo-          thermisch    und     bewirkt    eine Dampfentwick  lung, welcher Dampf     vorzugsweise    zusammen  mit     Dampf,    der in     andern    Stufen des Verfah  rens entsteht, zur Verdampfung früher     ent-          standener        Salzlösung        verwendet    wird, bis  durch das Verfahren eine Salzmasse erzielt  ist, welche aus kristallinischem Aluminium  salz und     einem    geringen Prozentsatz Mutter  lauge besteht,

   welche hauptsächlich Verun  reinigungen, insbesondere Eisen enthält. Die  Verdampfung wird vorzugsweise in einer  oder mehreren Stufen unter Vakuum durch  geführt. Durch entsprechende Wahl des  Wassergehaltes des Rohmaterials und der  Temperatur der Säuredämpfe genügt die  Hitze, welche mit den     heissen    Säuredämpfen  zugeführt wird, zusammen mit der     Hitze,     welche durch     Auflösung    der     Salzsäuredämpfe     in dem vorhandenen Wasser     entsteht,    und  der Hitze, welche bei der Reaktion zwischen  der Säure und dem     Rohmaterial    entsteht, um  das Wasser der     Salzlösung    zu verdampfen,

    welche aus einer entsprechenden Menge Roh  material erzielt worden ist. Die Konzentra  tion der Salzsäuren soll zweckmässig 20%  nicht überschreiten, da der Siedepunkt dieser  Säure bei dieser     Konzentration    sein Maxi  mum, das heisst<B>110'</B> C erreicht. Eine Säure  von dieser     Konzentration    ergibt die geeig  netste     Konzentration    der zu verdampfenden  Salzlösung und den     geringsten    Gehalt an       HCI    in dem Dampf, der dem Zersetzungs  gefäss     entsteigt.    Bei der beschriebenen Ver  fahrensweise wird die Säure fortwährend  unter sehr geringen     Verlusten    regeneriert.

    Da es unvermeidlich ist, dass ein     geringer     Säureprozentsatz mit dem     Zersetzungsgefäss     entsteigendem Dampf entweicht, wird das  von diesem Dampf in dem     Verdampfungs-          apparat    gebildete Kondenswasser vorzugs  weise zum Waschen des unlöslichen Rück  standes, der bei der     Zersetzung    des Rohmate  rials entsteht,     verwendet,    wonach die Wasch  lauge einer späteren     Rohmaterialmenge    zu-      gesetzt wird, die in das Zersetzungsgefäss  eingebracht wird. Auf diese einfache Weise  wird Aluminiumsalz aus der Waschlauge so  wie auch Säure aus dem Kondenswasser ohne  zusätzliche Kosten wieder gewonnen.  



  Die     Befreiung    des Aluminiumsalzes von  Verunreinigungen, namentlich Eisen, wird  vorzugsweise     in    der nachstehenden Art vor  genommen:  Die konzentrierte Mutterlauge wird zum  Beispiel durch Schleudern von der Salzmasse  getrennt, welche durch Verdampfung der  entstandenen Salzlösung, wie oben beschrie  ben, entstanden ist, wonach das Salz gewa  schen wird. Bei diesem Waschen, welches in  der Zentrifuge unter Zusatz einer geringen       Wassermenge    vorgenommen wird, entsteht  eine Waschlauge, die     einen    unerheblichen  Teil Verunreinigungen und einen kleinen  Prozentsatz von gelöstem Aluminiumsalz ent  hält. Die Waschlauge wird der nächst zu  verdampfenden Salzlösung zugesetzt.

   Es ist  auch möglich, einen Teil der Mutterlauge,  welche, wie vorstehend erwähnt, einen klei  nen Prozentsatz von Aluminiumsalz enthält,  in den     Verdampfungsapparat    zurückzufüh  ren, wodurch das Aluminiumsalz vollstän  diger zurückgewonnen wird.  



  Da die Mutterlauge konzentriert ist und  nur in geringer Menge vorhanden ist, kann  die darin enthaltene Säure leicht zurückge  wonnen und wieder in den Verfahrenskreis  lauf zurückgeführt werden. Wenn Salpeter  säure oder Salzsäure angewendet wurde, kann  die Wiedergewinnung der in den     Verunrei-          nigungen    enthaltenen Säure durch Austrei  ben dieser Säure     mittels    Schwefelsäure unter  Erhitzen durchgeführt werden.

   Wenn Salz  säure angewendet wurde und grosse Mengen  Eisen aufgelöst wurden, kann die Mutter  lauge mit Holzkohle, Sägemehl, Zucker oder  andern Kohlehydraten gemischt und die Mi  schung erhitzt werden, wodurch die Salzsäure  leicht und vollständig ausgetrieben und das  Eisenoxyd in Mischung mit Kohle erhalten  wird, welche unter Erhitzung auf eine hohe  Temperatur das Eisenoxyd reduziert. Das  Eisenchlorid kann ebenfalls für sich mit    Hilfe eines passenden     Lösungsmittels,    zum  Beispiel     in    Äther oder Aceton, aus der ver  dampften und     geschleuderten    kristallinischen  Masse wieder gewonnen werden.  



  In der Zeichnung ist ein Apparat zur  kontinuierlichen Durchführung des Verfah  rens unter     Verwendung    von Salzsäure als  Lösungsmittel für das Rohmaterial schema  tisch dargestellt.  



  Durch den Fülltrichter 1 wird das pulve  risierte     kalzinierte    Rohmaterial, wie zum  Beispiel Lehm, in abgemessenen Mengen der  drehbaren Trommel 2 zugeführt, welche mit  schraubenähnlichen     Vorschubmitteln    ver  sehen oder ganz mit     Raschigringen    oder der  gleichen Füllorganen angefüllt ist.

   Durch das  Rohr 13 wird eine dem Lehm äquivalente  Menge Salzsäure     zugeführt,    welche aus  Säuredämpfen, 3     HCl        +    3     H,0,    besteht, die       eine    Temperatur von ungefähr 110 C haben       und    dem drehbaren Ofen 3     entnommen        sind,     in welchem     Aluminiumchlorid,        AlCl3.6        H2    0,  das früher im Verlaufe des Verfahrens ent  standen ist, zersetzt wird. Dieses Salz wird  dem Ofen 3 in sorgfältig abgemessenen Men  gen durch einen     Fülltrichter    16 zugeführt.

    Zusammen mit den Säuregasen wird eine ab  gemessene Menge Wasser durch einen Zer  stäuber 4 zugeführt. Dieses Wasser besteht  vorzugsweise aus dem Waschwasser, welches  zum Waschen des Rückstandes verwendet  wurde, der bei der Auflösung des     aluminium-          haltigen    Rohmaterials zurückblieb, und dem  Kondensat, das bei der Verdampfung der       Chloridlösung    im Vakuumapparat 6 entstan  den ist.

   Statt den Lehm und das Wasser von  einander getrennt zuzuführen und diese Ma  terialien in der Trommel 2 zu mischen, kann  eine besondere Mischvorrichtung verwendet  werden, welche die Mischung von Lehm  und Wasser in     abgemessenen    Mengen als  Schlamm abliefert,     bezw.    durch eine     Messvor-          richtung    der Trommel 2 zuführt.

   Die Säure  dämpfe     werden    in diesem Fall von dem Rohr  13 direkt durch ein zentrales Rohr zugeführt,  welches teilweise in die Trommel hineinragt  und innerhalb derselben von einem weiteren  perforierten Rohr umgeben ist, das mit der      Trommel fest verbunden und seinerseits von       Raschigringen    umgeben ist, um eine gute  Verteilung und Absorption der Säuredämpfe  zu gewährleisten.  



  Die Auflösung des Rohmaterials, das sich  in der gleichen Richtung, wie das Lösungs  mittel durch die Trommel 2 bewegt, wird  durch eine gründliche Rührwirkung und  durch die hohe Temperatur begünstigt. Die  Trommel 2 ist an ihrem Ausgangsende mit  einem Behälter 14 dicht     verbunden,    der einen  Abzug für entweichenden Dampf besitzt,  welcher Abzug aus einem     ortsfesten    Rohr 15  besteht und mit einem Waschturm oder der  gleichen (in der Zeichnung nicht dargestellt)  zum Waschen des entweichenden Dampfes  verbunden sein kann.

   Die     Chloridlösung    und  der unlösliche Rückstand können in Gefässen  gesammelt werden, aus welchen die Lösung  nach dem Absetzen der     festen        Bestandteile     abgezogen wird, oder es kann die Mischung  in einem Filterapparat 5 filtriert werden, von  welchem die klare Lösung dem Vakuumappa  rat 6 zugeführt wird, in welchem deren Ver  dampfung mittels Dampfes aus dem Abzugs  rohr 15 erfolgt. Der Apparat 6 kann vor  zugsweise, wie dies in der Zeichnung darge  stellt ist, aus einem     doppeltwirkenden        Ver-          dampfungsapparat    bestehen.

   Der unlösliche  Rückstand wird vorzugsweise mit dem Kon  densat gewaschen, welches durch Kondensa  tion des Dampfes entsteht, der dem Vakuum  apparat 6 bei der Verdampfung früher ent  standener     Chloridlösung    zugeführt wird. Die  in dem     Verdampfungsapparat    6 erhaltene  dicke     Chloridmasse    wird in die Schleuder 7  eingeleitet, in welcher die Mutterlauge ent  fernt und sodann die Masse gewaschen wird.  Die beste Waschwirkung entsteht, wenn das  Waschen direkt in der Zentrifuge durchge  führt wird. Die Mutterlauge wird durch das  Rohr 8 einem     Wiedergewinnungsofen    9 zu  geführt, in welchem sie zusammen mit  Schwefelsäure erhitzt wird, so dass die Salz  säure regeneriert und durch das Rohr 10 in  die Trommel 2 zurückgeführt wird.

   Wasch  wasser wird der Schleuder durch das Rohr  11 zugeleitet, wonach die Waschlauge durch    das Rohr 12 dem     Vakuum-Verdampfungs-          apparat    6 zugeführt wird, während die reinen       Aluminiumchloridkristalle    dem Ofen 3 zuge  führt werden, worin deren Zersetzung durch  Hitzewirkung erfolgt.  



  Der Apparat ist selbstredend mit Hähnen  und Abdichtungen versehen, wo dies erfor  derlich ist, um Gase und Dämpfe am Ent  weichen zu verhindern. Das in dem Ofen 3       erzeugte    Aluminiumhydrat wird durch ein       SchloB        abgeliefert,    welches die atmosphä  rische Luft daran verhindert, in den Ofen  einzutreten.  



  Statt eine drehbare     Trommel    2 zur Zer  setzung des Rohmaterials zu verwenden,  könnte ein     aufrechtstehender    Turm mit einem  Einsatz     bezw.    passenden Füllorgan in der  Weise verwendet werden, dass dem obern  Ende des Turmes eine Mischung von fein       verteiltem    pulverförmigen Rohmaterial und  Wasser zusammen mit     Salzsäuredämpfen    zu  geführt wird.  



  In der Zeichnung sind Mittel zur konti  nuierlichen Durchführung des Verfahrens  dargestellt; es ist jedoch selbstverständlich,  dass das Verfahren auch in Zwischenräumen  durchgeführt werden kann. Während des  Auflösungsvorganges ist es zweckmässig,  einen Überschuss von Rohmaterial über die  angewendete Säuremenge bis zu einem klei  nen Grad vorzusehen, oder aber die entstan  dene Lösung leicht basisch zu machen,     um     zu verhindern, dass sie während der Ver  dampfung     hydrolysiert    wird. Falls ein Säure  überschuB angewendet würde, würde dadurch  der Auflösungsvorgang begünstigt, dagegen  würde der entweichende Dampf einen unzu  lässig hohen Prozentsatz von     Säuredämpfen     enthalten.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH I: Verfahren zur Herstellung von reinem Aluminiumoxyd durch Zersetzung von alu- miniumhaltigem Rohmaterial durch eine Säure und thermische Dissoziation des ent standenen Aluminiumsalzes in Oxyd und Säuredampf, dadurch gekennzeichnet, daB pulverisiertes Rohmaterial mit Wasser ge mischt und mit den heissen, bei der Dissozia- tion entstandenen Säuredämpfen behandelt wird, so dass Wasserdampf, der zurückgewon nen wird, eine Salzlösung und ein unlöslicher Rückstand,

   der hauptsächlich aus Silizium- dioxy d besteht, welcher von der Lösung ge trennt und gewaschen wird, entstehen, wäh rend die erzeugte Lösung mittels Dampfes verdampft wird, der bei der Zersetzung des Rohmaterials entstanden ist, bis eine Masse von kristallinischem Aluminiumsalz erhalten wird. UNTERANSPRÜCHE: 1. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass die Säure und das Wasser zusammen mit dem Rohmate rial in gleicher Richtung durch ein Reak tionsgefäss geführt werden. 2.

   Verfahren nach Patentanspruch I und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass die Säure und das Wasser zu sammen mit dem Rohmaterial in das eine Ende einer drehbaren Trommel einge leitet werden, während die in der Trom mel hergestellte Salzlösung, Wasser dampf und unlöslicher Rückstand dem andern Ende der Trommel entnommen werden. 3. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampfung der Salzlösung mittels Dampf, der bei der Zersetzung des Rohmaterials entstan den ist, in einer Vakuumvorrichtung vor genommen wird. 4.

   Verfahren nach Patentanspruch I und Unteransprüchen 1 und 2, dadurch ge kennzeichnet, dass das zur Zersetzung des Rohmaterials zugeführte Wasser minde- stens teilweise aus Waschwasser besteht, das beim Waschen des unlöslichen Rück standes entstanden ist. 5. Verfahren nach Patentanspruch I und Unteransprüchen 1 und 2, dadurch ge kennzeichnet, dass das zur Zersetzung des Rohmaterials zugeführte Wasser minde stens teilweise aus Kondensationswasser besteht, das bei der Verdampfung der Salzlösung entstanden ist. 6.

   Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass die Mutter lauge von der durch die Eindampfung erzeugten Aluminiumsalzmasse getrennt wird, wonach das Salz mit Wasser ge waschen und die Waschlauge einer Salz lösung, die in einer nachfolgenden Ver fahrensstufe verdampft wird, zugegeben wird. 7. Verfahren nach Patentanspruch I und Unteranspruch 6, dadurch gekennzeich net, dass die Mutterlauge von der durch die Eindampfung erzeugten Aluminium salzmasse durch Schleudern getrennt wird. B.

   Verfahren nach Patentanspruch I und Unteransprüchen 6 und 7, dadurch ge kennzeichnet, dass ein Teil der ausge schiedenen Mutterlauge der in einer dar auffolgenden Verfahrensstufe zu ver dampfenden Salzlösung zugegeben wird. 9. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass die durch Hitzewirkung hervorgebrachte Dissozia tion des Aluminiumsalzes mittels eines brennbaren Gases durchgeführt wird, das durch galzinieren des Rohmaterials un ter Beimischung von Kohle in einem Gasgenerator erhalten wird. 10.

   Verfahren nach Patentanspruch I und Unteransprüchen 6 und 7, dadurch ge kennzeichnet, dass die in der Mutterlauge enthaltenen Salze zwecks Wiedergewin nung der Säure zersetzt werden, wobei die Säure in den Verfahrenskreislauf zurückgeführt wird. PATENTANSPRUCH TI:

   Apparat zur Ausführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeich net, dass ein Reaktionsgefäss mit Einlass- organen für Rohmaterial und Wasser und einem Auslassorgan für Zersetzungsprodukte vorgesehen ist, welches Gefäss einerseits mit tels einer Leitung mit einem Ofen zur ther mischen Dissoziation der Aluminiumsalz masse verbunden ist, von welchem die ent standenen Säuredämpfe nach dem Reaktions- gefäss geleitet werden, und anderseits mittels einer andern Leitung mit einem Vakuumver- dampfapparat verbunden ist,

   welchem der sich bei der Zersetzung des Rohmaterials ent wickelnde Wasserdampf zum Verdampfen einer Aluminiumsalzlösungsmenge zugeführt wird, die früher während des Verfahrens ent standen ist, wobei eine Abscheidevorrichtung zum Trennen des unlöslichen Rückstandes von der entstandenen Salzlösung zwischen dem Reaktionsgefäss und dem Verdampfungs- apparat eingeschaltet ist. UNTERANSPRÜCHE: 11.

   Apparat nach Patentanspruch 1I, da durch gekennzeichnet, dass das Reak tionsgefäss aus einer drehbaren Trommel besteht, welche mit innern Vorschub mitteln versehen ist. 12. Apparat nach Patentanspruch 1I, da. durch gekennzeichnet, dass das Reak tionsgefäss aus einer drehbaren Trommel besteht, welche mit innern Füllorganen versehen ist. 13.

   Apparat nach Patentanspruch II, da durch gekennzeichnet, dass das Reak tionsgefäss aus einem aufrechtstehenden, mit Einsätzen versehenen Turm besteht, der oben mit Einlassorganen für das Roh material und Wasser versehen ist,

   wobei der Turm auch mit einem Einlassorgan für die von der thermischen Dissoziation herrührenden Säuredämpfe sowie mit Auslassorganen für die Reaktionspro dukte und den Dampf versehen ist. 14.

   Apparat nach Patentanspruch 1I, da durch gekennzeichnet, dass der Ausgang des Vakuumverdampfapparates mit einer Schleuder zum Ausscheiden der an der entstandenen Aluminiumsalzmasse an haftenden Mutterlauge verbunden ist.