Procédé de fabrication de l'alumine à partir d'aluminates de chaux bruts. On connaît un procédé de fabrication de l'alumine qui consiste à lessiver des alumi nates de chaux bruts, anhydres et solubles dans l'eau, par une solution alcaline étendue, solution de bases alcalines ou de sels alcalins, par exemple de soude NaOH ou de Na2C03. La liqueur obtenue est séparée des résidus in solubles et on y précipite l'alumine par un agent approprié, C02 par exemple.
La façon d'obtenir les aluminates de chaux solubles est connue. Il y a lieu cepen dant de préciser qu'ils se distinguent des alu minates de chaux insolubles de la façon sui vante: Les aluminates anhydres qui ne sont pas saturés en CaO sont solubles dans l'eau, cependant que les aluminates anhydres satu rés en chaux ou contenant un excès de CaO sont relativement insolubles dans l'eau.
Il est connu de traiter les aluminates de chaux en général par des lessives alcalines soit au moyen de lessives relativement con centrées, soit au contraire au moyen de les sives très diluées. Dans ce qui suit, les te neurs en alcali indiquées pour les lessives sont le résultat de titrages alcalimétriques de la lessive filtrée. Ils sont chiffrés en grammes de Na2CO3 par litre. Si la lessive contient d'autres sels alcalins dissociables, sulfures par exemple, leur alcali entre également en ligne de compte pour le calcul de la teneur. Les lessives concentrées contiennent toujours plus de 30 gr d'alcali par litre, compté en Na2C03. Mais, en général, on utilise des li queurs très concentrées allant, par exemple, jusqu'à 3,80 gr de Na,C03 par litre.
Les liqueurs très diluées au contraire contiennent moins de 5 gT de Na2C03 par litre et de pré- f érence moins de 1 gr.
Avec les lessives concentrées, on obtient des liqueurs n'ayant pas la pureté requise parce qu'il passe trop de silice en solution. Avec les liqueurs très diluées, c'est-à-dire contenant par litre moins de 5 gr d'alumine et moins de 5 gr d'alcali compté en. Na2C03 et de préférence moins de 1,5 gr d'alumine et moins de 1 gr d'alcali, il est connu d'obte nir au contraire des solutions pauvres mais relativement pures, à la condition d'assurer la présence dans la liqueur de sels s'opposant à la solubilisation de la silice, tels que sul- fures, sulfates ou chlorures alcalins et alca lino-terreux en proportion appropriée.
La présente invention a pour objet un procédé de fabrication de l'alumine par mise en solution d'aluminates de chaux dans une lessive alcaline étendue, contenant plus de 5 gr et moins de 30 gr d'alcali par litre, compté en Na2CO3, suivie de 1a séparation des résidus insolubles et de la précipitation de l'alumine par C02, caractérisé en ce que, au cours de la mise en solution de la matière de départ, la proportion de celle-ci par rap port à l'alcali contenu dans le liquide dissol vant, et la durée du maintien de la matière à dissoudre en présence du dissolvant sont ré glées de telle façon que la solution obtenue en fin de lessivage contienne toujours une petite proportion d'aluminate de chaux dissous, mais non transformé en aluminate alcalin,
de façon à obtenir une alumine pratiquement exempte de silice.
Au cours des expériences, on a constaté en effet qu'on peut obtenir sans difficultés une solution finale pratiquement pure en silice. On a constaté aussi qu'il suffit d'une proportion très faible d'aluminate de chaux dans ce mélange pour obtenir la pureté re quise. On a constaté enfin que, contrairement à ce qu'on croyait généralement, et à ce qu'on aurait dû attendre, il est possible d'obtenir de telles solutions avec des concentrations en, al cali et en alumine relativement élevée, c'est- à-dire avec des teneurs en alcali pouvant atteindre dans certains cas jusqu'à 20 à 25 gr au litre et avec des teneurs en, alumine avoi sinant 15 gr.
En général, avec les aluminates de chaux bruts de qualité courante, la limite pratique est plus basse que celle indiquée ci- dessus et se tient aux environs de 18 à 19 gr de carbonate de soude par litre. En fait, avec ces aluminates de qualité courante, on uti lisera généralement en pratique 16 à 18 gr, ceci de façon à. obtenir une mise en solution qui ne demande pas une durée d'attaque trop grande. Bien. entendu, on pourra utiliser sans aucune difficulté des teneurs plus faibles et des durées d'attaque réduites.
Ces résultats sont d'autant plus surpre- nants qu'à cet égard on devait s'attendre à ce que (en raison de l'insolubilité de la chaux dans les solutions alcalines et en raison des lois générales de la. solubilité) les aluminates de chaux soient rapidement insolubilisés en présence d'aluminate alcalin. C'est la raison pour laquelle on n'avait envisagé jusqu'ici comme utilisables, comme dissolvants, que les solutions à teneur alcaline très basse; moins de 5 gr de Na2C03 par litre et de préférence moins de 1 gr.
On n'avait jamais aperçu, d'autre part, jusqu'ici, la condition indispen sable qui vient d'être mentionnée pour obte nir une liqueur pure, même dans le cas d'em ploi d'un dissolvant très dilué, à savoir le maintien, entre l'alcali et l'alumine présents dans la solution, d'un rapport quantitatif convenable assurant la persistance d'une pe tite proportion d'aluminate de chaux.
Dans la mise en oeuvre du procédé de l'in vention, on pourra donc pousser la concentra tion en alcali du liquide dissolvant jusqu'à la limite compatible avec l'existence simultanée d'aluminates alcalins et d'aluminates de chaux, sans avoir à ajouter de sels destinés à. s'opposer au passage de la silice en solu tion, comme on était forcé de .le faire jusqu'à présent.
Pour éviter le passage de la silice en solution, il suffira, d'une part, de mainte nir entre la quantité d'alcali présente dans un volume donné de liquide dissolvant et la quantité de matière attaquée par ce volume, un rapport qui permette d'éviter la présence d'un excès d'alcali, ce qui aurait pour effet de faire disparaître l'aluminate de chaux de la solution, d'autre part, de régler le temps d'attaque de façon à avoir toujours de l'alu minate de chaux non transformé dans la so lution finale.
On sait que les liqueurs d'aluminates al calins sont instables, sauf quand elles sont très diluées. Or, on a trouvé que les boues agissant comme stabilisateur des liqueurs ob tenues. On entend par boues les résidus mêmes de l'extraction de la matière brute. Ceci pré- sente le grand avantage que la liqueur est spontanément stabilisée jusqu'au moment de sa filtration. Or, après la filtration,
il n'y a plus à se préoccuper autant de la stabilité, car à ce moment la liqueur qui a subi un traitement d'extraction plus ou moins long à partir de la matière brute va rapidement à la décomposition, qui est obtenue par les moyens connus et, au cours de cette dernière opération, il n'y a naturellement plus à se préoccuper de la stabilité. On peut donc aug menter sans inconvénient les concentrations utilisées et de les porter au maximum en ramenant ou en maintenant dans l'enceinte d'extraction les boues d'une extraction anté rieure.
On peut de cette manière poursuivre l'attaque de la matière brute pendant plu sieurs heures sans inconvénient et obtenir ainsi les rendements maxima.
Enfin, on a constaté que la précipitation de l'alumine par l'acide carbonique à partir des liqueurs d'aluminate de soude obtenues conformément à l'invention, peut être obtenue à volonté, soit à l'état amorphe, soit dans un état cristallin nouveau suivant la tempéra ture à laquelle se produit la précipitation. En travaillant à température relativement basse, aux environs de 30 C par exemple, on obtient de l'alumine amorphe. En montant la température aux environs de 50 C par exemple, on obtient une alumine cristalline qui parait répondre approximativement à la formule Al20 2 H20.
Dans les deux cas, le précipité obtenu est trop fin pour être manipulé et utilisé avan tageusement, mais il peut être rendu grenu et facile à décanter, à filtrer et à laver en effec tuant la précipitation en présence d'une amorce convenable.
On utilise avantageuse ment comme amorce un précipité initial ob tenu conformément au procédé de l'invention et en continuant ensuite à utiliser comme amorce le premier précipité pour une deuxième précipitation et ainsi de suite, un grand nombre de fois, jusqu'à ce que les pré- oipités antérieurs accumulés et constamment réutilisés comme amorce au cours d'opéra tions ultérieures aient atteint les propriétés requises, ceci grâce à la multiplication des précipitations successives sur le précipité ini tial enrichi des précipités nouveaux et resser vant ainsi continuellement d'amorce cumulée.
Pour obtenir l'alumine pure à partir des solutions mixtes d'aluminates de soude et d'aluminates de chaux, on utilisera avanta geusement le procédé de précipitation frac tionnée connu, qui consiste à faire agir sur la solution un sel de soude, par exemple le carbonate de soude suivant la réaction: (1) x A1203Na20 + y Al203Ca0 + y Na2C03 = (x + y) A1203Na20 + y CaCO3. Cependant, cette réaction connue en soi est pratiquée d'une façon particulièrement avantageuse en utilisant les techniques ci- après a) Utilisation d'un excès de Na2C03 par rapport à la quantité de A1203CaO à décom poser.
b) Précipitation au cours de la réaction (1) en présence d'une amorce de carbonate de chaux convenablement agitée.
Cette dernière précaution a pour résultat de rendre rapide la disparition des éléments colloïdaux de carbonate de chaux qui se for ment au cours de la réaction (1) et d'assurer ainsi que la liqueur filtrée n'entraîne pas mé- caniquementdes impuretés calciques non en core concrétisées.
A titre d'exemple, on va décrire l'appli cation du procédé de l'invention au traite ment d'hn aluminate -de chaux brut soluble dans l'eau. L'aluminate da chaux brut utilisé, obtenu par cuisson de bauxite et de Qalcaire au four rotatif, répondait à l'analyse ci- après:
EMI0003.0037
A1203 <SEP> 39,45
<tb> SiO2 <SEP> 2,50
<tb> Ca0 <SEP> 35,45
<tb> Fe2O3 <SEP> 15,74
<tb> FeO <SEP> <B>5,10</B>
<tb> TiO2 <SEP> 1,9.5
<tb> <B><I>MgO</I></B> <SEP> 0,33
<tb> Perte <SEP> au <SEP> feu <SEP> 0,26
<tb> 100,78 Cette matière brute traitée par le carbo nate de soude à 3 gr au litre et à raison de 9 gr de matière par litre de solution donnait une concentration de 2,2 gr d'alumine au litre et un rendement d'extraction de 62% . La solution ne contenait pas d'aluminate de chaux. Précipitée par C02, l'alumine conte nait 0,2 % de SiO2, ce qui dépasse les normes acceptables.
La, matière traitée à raison de 18 gr de matière brute pour un litre de solution à 5,6 gr de Na2C03 par litre contenait 4,365 gr d'A1203 par litre, soit un rendement de 61,5%. Mais la solution contenait dans ce cas environ 5 % d'aluminate de chaux et après précipitation par CO, il y avait moins de 0,05 % de SiO2, ce qui est très en dessous des normes requises.
La même matière brute traitée à raison de 45 gr de matière brute par litre et de 20 gr de carbonate de soude donnait une so lution ne contenant pas d'aluminate de chaux. La concentration était de 12,2 gr d'alumine au litre et le rendement était de 68%, mais il y avait 0,27% de SiO2; traité de même à 45 gr de matière et 16 gr de carbonate, le rendement était de 68,5% avec une concen tration de 12,25 gr d'alumine au litre et une teneur en SiO2 de 0,06 5 vo. Mais il y avait en viron 2 % d'aluminate de chaux en solution pour 98% d'aluminate de soude.
Ces exemples montrent l'importance du dosage en Na2C03 par rapport à l'alumininate brut. Un rapport trop faible donne des ren dements insuffisants sans nuire à la pureté. Un rapport trop fort donne de la silice en solution en quantité prohibitive.
Il est cependant impossible de fixer à priori le rapport optimum parce que ceci dé pend nécessairement de la constitution des aluminates bruts qui servent de matière de départ et du degré de sous-saturation en chaux qui les caractérise (par rapport aux aluminates insolubles saturés), mais il est facile de résoudre ce point par des expé riences préliminaire, le point optimum étant celui pour lequel on a la pureté en silice re quise avec la quantité minimum d'aluminate de chaux en solution.
En général, le rapport moléculaire optimum entre l'alumine totale de l'aluminate brut utilisée par litre et la quantité de Na2C03 étalement utilisée par litre, oscille aux environs de 1 et est compris entre 0,8 et 1,25 (molécules de Na2C03 dans la liqueur d'attaque par litre/molécules A1203 dans la matière brute, par litre). Mais ceci n'est naturellement qu'une indication à con trôler expérimentalement.
En fait, il résulte des expériences que la silice apparaît en quantité excessive dès qu'il n'y a plus d'aluminate de chaux en solution, que cette même silice est en quantité accep table dès qu'il y a un peu d'aluminate en so lution, que un pour cent d'aluminate de chaux par exemple donne une teneur en si lice inférieure à 0,1 % et qu'ensuite l'alumine est pratiquement pure pour une teneur en A1203CaO supérieure à un pour cent.
En fait, comme on ne requiert pour la qualité standart de l'alumine qu'une teneur en Si02 inférieure à 0,15 %, on peut dire que l'alumine produite par le procédé est toujours (le qualité satisfaisante.
Des résultats équivalents ont été obtenus à partir d'un aluminate brut de la composi tion suivante:
EMI0004.0007
CaO <SEP> 50,22
<tb> A1203 <SEP> 13,90
<tb> Si0_ <SEP> 18,21)
<tb> Fe103 <SEP> 8,55
<tb> <B><I>MgO</I></B> <SEP> 6,65
<tb> S03 <SEP> traces
<tb> CaS <SEP> 0,56
<tb> TiO2 <SEP> 0,45
<tb> Gain <SEP> au <SEP> feu <SEP> <U>1,</U>1<U>5</U>
<tb> 99,68 La teneur obtenue en silice pour A1203Ca0 =<B>0,53</B> % et A1103I@@a.20 - 99,5 a été, en ce cas, de 0,05 %. On remarquera que la richesse extrême de cet aluminate brut en silice n'a pas entraîné de difficultés pour le procédé.
D'autre part, un point surprenant et extrêmement intéressant est que, contrai rement à ce qu'on aurait pu craindre, il ne se forme pas de silieo-aluminate de soude, en sorte qu'il n'y a pas de pertes chimiques en soude. Ceci sans qu'il y ait lieu d'introduire aucun sel spécial pour empêcher la silice de passer en solution.
On notera qu'il est facile de régler la com position de la solution obtenue en agissant sur le temps de dissolution de telle sorte que l'on peut pousser la dissolution jusqu'à ce que soit atteint le rapport voulu entre les alumi nates de soude et les aluminates de chaux qui doivent passer en, solution.
Au cas où, par suite d'une solubilité acci dentellement insuffisante de la matière brute, il n'y aurait pas d'aluminate de chaux en solution, il suffirait généralement d'ajouter un excès de matière brute. Il est toutefois né cessaire que la proportion absolue de carbo nate de soude ne dépasse pas les limites expé rimentales au delà desquelles l'aluminate de chaux de la matière brute utilisée serait inso luble dans la liqueur, comme on l'a expliqué plus haut. La concentration des solutions obtenues croît avec la température. On pourra donc utiliser à volonté la chaleur pour activer les opérations.
En général, une température de 50 à 60 C donne de bons résultats, mais on peut sans inconvénient utiliser des tempé- ratures plus bases ou plus élevées.
L'emploi de solutions obtenues comme spécifié présente un intérêt technique parti culier. C'est que la récupération de l'alcali est très simplifiée dans le travail industriel en circuit fermé. Dans les solutions habi tuelles qui dissolvent de la silice, il est né cessaire soit de procéder à l'épuration de la silice, soit de précipiter par auto-cristallisa tion, soit même de combiner les deux procédés. Dans la plupart des cas, il y a une perte en soude coûteuse par fixation chimique et dans tous les cas l'opération d'épuration elle-même est onéreuse.
Enfin, l'emploi de solutions concentrées présente l'inconvénient de nécessiter un la vage complet des boues et une reconcentra- tion des eaux de lavage, ce qui implique des frais importants. Au contraire, le taux de di lution reste assez bas pour que l'on puisse négliger la récupération de l'alcali contenu dans l'eau finalement entraînée par les boues et les autres pertes inévitables.
Par exemple, dans le cas des bauxites, on aura, en traitant la quantité voulue de matière brute pour obtenir 1 tonne d'alumine par une lessive al caline à 16 gr de carbonate par litre avec 68% de rendement, une masse de boues ré siduaires de 2700 kg environ qui, après fil tration et lavage sommaire par mille litres d'eau sur filtre rotatif à vide, entraînera seu lement 1000 litres d'eau de mouillage envi ron, à moins de 7 gr de Na2C03 par litre, soit une perte négligeable en Na2C03 de 7 kg par tonne d'alumine récupérée. En outre, la boue ne contiendra elle-même qu'une quantité négligeable de carbonate de soude de 7 : 2700 = 0,26%, ce qui permet de l'em ployer directement à tous usages.
Dans le cas de l'aluminate riche en silice dont on a donné l'analyse plus haut, on aura environ 9 tonnes de résidu pour 1 tonne d'alu mine, la perte en carbonate dans les mêmes conditions sera de l'ordre de M kg par tonne d'a.lumine et la boue filtrée et lavée aura la même teneur en carbonate de soude que pré cédemment, soit 0,26 % de Na2C03 ou Seule ment O,152 % de NazO, ce qui permet, .comme précédemment,
l'emploi .direct à tous usages et en particulier les utilisations en cimenterie pour lesquelles il est important d'avoir une matière de départ pauvre eni alcali.
Cette technique permet donc de suppri mer toutes les opérations thermiques d'éva poration des eaux de lavage avec tous leurs frais accessoires. De plus, lorsque l'on recourt à la méthode indiquée plus haut et suivant laquelle, avant carbonatation, l'aluminate de chaux contenu .dans la liqueur provenant de l'extraction est transformé en:
aluminate de soude et carbonate déchaux par réaction avec du Na2C03, on peut utiliser pour produire cette réaction le Na,C03 d'appoint introduit dans le cycle des opérations pour compen ser les pertes dues au lavage ou à toute autre cause. La quantité de Na,C03 introduite à titre d'appoint est, en effet, dans beaucoup de cas suffisante pour éliminer toute la chaux contenue dans la= liqueur provenant de l'ex- traction.
Cette façon de procéder entraîne une simplification également appréciable du cycle opératoire, lequel se réduit alors au schéma du dessin annexé qui se rapporte à un exemple de mise en #uvre du procédé.
L'appareil de dissolution a reçoit l'alumi nate brut en 1 et la liqueur en retour addi tionnée des eaux de filtration et de lavage en 2 à partir du réservoir collecteur e. Les boues épuisées sont essorées et lavées sur le filtre F1 d'où elles sont évacuées en 3, tandis que les eaux d'essorage et de lavage retournent en e par la pompe P1 et la canalisation 4. La, liqueur saturée sortant de a est filtrée en F2 et renvoyée dans le réservoir b oi le Na2C03 d'appoint reçu en 5 assure la précipitation de CaCO3 à partir des aluminates de chaux en solution.
CaCO3 est essoré et lavé sur le filtre F3 et ensuite évacué en 6, les eaux d'essorage et de lavage retournent en 8 par la canalisation 7 et la pompe F2. Une dérivation 8 sur le bac c, contenant la liqueur de Na2C03 régénérée permet de compléter la réaction en admettant une quantité appropriée de liqueur de retour, dans le cas où la quantité de Na2C03 d'ap point serait insuffisante.
De b, la solution d'aluminate de soude purifiée et ne contenant plus d'aluminate de chaux passe par 9 à la filtration sur F4, puis par 10 à la carbonatation en c; 11 re présente l'injection de C02 nécessaire à cette opération qui se fait en présence d'amorce continuellement réinjectée par 12. La liqueur carbonatée passe par 13 au décanteur d, d'où elle est renvoyée continuellement par 12 en c comme amorce jusqu'à grossissement conve nable. A partir de ce moment, une partie est prélevée par 14 pour la consommation, le reste continuant à assurer le grossissement en cycle fermé.
La liqueur décantée est ren voyée par la pompe P3 et la canalisation 15 au bac e L'alumine est filtrée sur F', les eaux sont renvoyées par la pompe P4 et la canalisation 16 au bac e, et l'alumine est éva- euée en 17. Dans le bac e, on procède éven tuellement à la neutralisation des eaux de retour par une addition de lait de chaux, par exemple admis en 18, dans le cas où la car bonatation obtenue en c aurait dépassé la limite et où les eaux contiendraient en con s s équence du bicarbonate.