DE1913642B2

DE1913642B2 - Lithiumhaltiges aluminiumoxid zur beschickung und verwendung in schmelzelektrolysebaedern fuer die aluminiumherstellung

Info

Publication number: DE1913642B2
Application number: DE19691913642
Authority: DE
Inventors: Richard Dipl Chem Dr 6000 Frankfurt Bauer
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1969-03-18
Filing date: 1969-03-18
Publication date: 1977-07-21
Also published as: SE364735B; FR2035029B1; CH546829A; IT942049B; AT296637B; FR2035029A1; NL7003754A; DE1913642C3; BE747573A; GB1304582A; DE1913642A1

Description

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Die Erfindung betrifft lithiumhaltiges Aluminiumoxid, das für die Beschickung von Schmelzelektrolysebädern für die Gewinnung von Aluminium vorgesehen ist. Insbesondere betrifft die Frfindung ein Aluminiumoxid, welches Lithiumoxid in feinster Verteilung aufweist, wobei das Aluminiumoxid aus einer gereinigten und Lithiumionen enthaltenden Aluminatlauge ausgefällt und kalziniert ist.

Bei der Gewinnung von Aluminium durch Elektrolyse von Aluminiumoxid in einem kryolithischen Schmelzbad ist es bekannt, dem Schmelzflußelektrolyten Lithiumverbindungen zuzusetzen. Hierdurch werden der Schmelzpunkt des Elektrolysebades, die Dichte der Schmelze, der elektrische Widerstand und die Viskosität der Schmelze verringert. In wirtschaftlicher Weise werden hierbei nicht unbeträchtliche Einsparungen an elektrischer Energie, eine Senkung des Elektroden- und Schmelzmittelverbrauches und eine Verminderung der Fluoremission erzielt.

Bei Verzicht oder teilweisem Verzicht auf diese Vorteile können auch Steigerungen der Produktionsleistung um bis zu 15% herbeigeführt werden. Als Nachteil des Lithiumzusatzes zu Schmelzbädern ist anzusehen, daß die Löslichkeit des Aluminiumoxids in Schmelzelektrolyten vermindert wird. Hierdurch kann es zur Bildung von Korund-Verkrustungen im Ofen kommen, die zu erheblichen Betriebsstörungen führen können. Derartige Störungen stehen unmittelbar im Zusammenhang mit der Art des Einbringens der Lithiumverbindungen, wie Lithiumkarbonat oder Lithiumfluorid, in die Elektrolysezelle. Man ist daher bestrebt, das Konzentrationsgleichgewicht im Schmelzbad möglichst wenig zu stören. Bekannte Vorschläge sehen daher vor, die notwendige Lithiumsalzmenge in mehrere Portionen und in gleichen zeitlichen Abständen verteilt, möglichst gleichmäßig auf die Badoberfläche aufzugeben. Dabei ist es auch bekannt, statt des reinen Lithiumfluorids komplexe Fluoride wie Lithiumkryolith bzw. Natriumiithiumfluoraluminat als Badkomponente bei der Aluminiumelektrolyse einzusetzen. Das Einbringen des fts Lithiums in den Schmelzelektrolyten als Komponente der Schmelzsalzmischung stellt jedoch nur eine relativ geringfügige und auch keine sehr gleichmäßige Verdünnung dar. Es ist ferner bekannt, Lithium auch zusammen mit dem Aluminiumoxid in den Schmelzflußelektrolyten einzutragen. Hierzu wird beispielsweise nach der US-PS 15 66 694 eine Mischung von Aluminiumoxid und entweder Lithiumsulfid oder Lithiumchlorid in ein Schmelzbad aus Lithiumkryolith und Kalziumfluorid eingebracht. Nach einem weiteren bekannten Verfahren (GB-PS 3 03 755) wird ein Aluminiumoxid in die Schmelzflußelektrolyse zur Gewinnung von Aluminium eingesetzt, das aus einem aluminiumoxidhaltigen Material wie Bauxit gewonnen wurde, welches mit den Oxiden. Hydroxiden oder Karbonaten von wenigstens zwei Alkalimetallen, wie Natrium und Lithium, aufgeschlossen und aus der Aufschlußlauge des Doppelaluminates ausgefällt wurde. Dieses Aluminiumoxidhydrat wird in an sich bekannter Weise kalziniert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Aluminiumoxid bereitzustellen, das einen Lithiumanteil in homogener und feinster Verteilung enthält und in wirtschaftlicher Weise herzustellen ist. Hierzu sieht die Erfindung ein Lithiumverbindungen enthaltendes Aluminiumoxid zur Beschickung und Verwendung in Schmelzelektrolysebädern für die Gewinnung von Aluminium vor, das einen Gehalt von 0,01 bis 0,5% Lithium in Form von Lithiumoxid aufweist.

Zur Herstellung des erfindungsgemäßen lithiumhaltigen Aluminiumoxids durch gemeinsame Fällung von Lithiumhydroxid und Aluminiumhydroxid wird das Lithiumsalz zweckmäßig einer wäßrig-alkalischen Bauxit-Aufschlußlauge nach der Rotschlammfiltration und vor dem Ausrührprozeß zugeführt. Es ist dabei vorteilhaft, von einer wäßrigen Lösung von Lithiumkarbonat oder Lithiumhydroxid auszugehen. Es können hierbei auch lithiumchloridhaltige, gegebenenfalls verunreinigte Eindampf- oder Schmelzrückstände verwendet werden. Im Verlauf der gemeinsamen Ausfällung bildet sich eir Niederschlag der neben

Al(OH)₃ · χ H₂O
Lithium in Form von

LiH(AIO₂J₂ · 5 H₂O

in sehr feiner Form im Aluminiumhydroxid verteilt enthält. Beim Kalzinieren geht dieses Produkt in ein Produkt der Formel

Li₂O · 2 Al₂O₃

über, welches im Aluminiumoxid in äußerst feiner und gleichmäßiger Verteilung sodann enthalten ist.

Mit der Verwendung des erfindungsgemäßen lithiumhaltigen Aluminiumoxids werden sowohl alle Vorteile bewirkt, welche die Verwendung von lithiumhaltigen Aluminiumelektrolysebädern mit sich bringt, wie Senkung der Badtemperatur, damit Verminderung der Fluoremission, Verringerung der Energieverbrauchszahlen bzw. Steigerung der Produktionskapazität. Darüber hinaus werden aber alle Nachteile vermieden, die auf eine ungleichmäßige Konzentration der Lithiumionen in den Schmelzbädern zurückzuführen sind und die im allgemeinen den Elektrolysebetrieb von mit lithiumhaltigen Schmelzelektrolyten beschickten öfen sehr erheblich erschweren. Derartige öfen neigen wegen der durch den Lithiumzusatz verringerten Löslichkeit der Tonerde sehr leicht zum Aufbau von Korundstöcken. Da die Löslichkeit der Tonerde in der Schmelzsaizmischung sehr stark von der Konzentration an Lithiumionen abhängig ist, wird bei vorbekannten

Verfahren der Ofengang durch ungleichmäßigen Lithiumzusatz empfindlich gestört. Mit dem erfindungsgemäßen Aluminiumoxid erfolgt der Üthiumzusatz kontinuierlich nach Maßgabe des Verbrauches mit dem Eintrag des lithiumhaltigen Aluminiumoxids in das Schmelzbad und es werden Örtliche Konzentrationsund damit Löslichkeitsunterschiede völlig ausgeschlossen. Gleichzeitig vermeidet diese Arbeitsweise das Eindringen unerwünschter Fremdionen, wie dies beim Zusatz von Lithiumchlorid oder Lithiumsulfid der Fall

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht schließlich darin, daß das aus der Aluminatlauge ausgefällte Aluminiumoxid den eingesetzten Lithiumanteil in voller Höhe im Aluminiumoxid enthält und keine Verluste auftreten.

Beispiel

Zur Herstellung eines Aluminiumoxids mit einem Gehalt von 0,65 kg LbO/to Aluminiumoxid werden 1,6 kg Lithiumkarbonat in 160 Liter Wasser gelöst. Diese Lösung wird sodann in 4 m³ filtrierter Aui'schluS-lauge. enthaltend 125 gAlzOyLiter und 130 g Na₂O/Liter, eingetragen. Das beim Ausrühren gewonnene Fällungsprodukt führte nach dem Kalzinieren zu einer Tonerde mit 0,065% Li₂O-GeIIaIt. Die Analyse zeigt die völlige Aufnahme des zugesetzten Lithiumcarbonate in der Tonerde.

Anstelle der Lithiumkarbonatlösung kann auch eine Lösung verwendet werden aus 1,82 kg LiOH · H2O bzw. 2,38 kg L12SO4 in mindestens 91 Wasser oder eine Lösung von 1,82 kg LiCl in mindestens 2,51 Wasser.

Claims

Patentansprüche:

t. Lhhiumhaltiges Aluminiumoxid zur Beschikkung und Verwendung in Schmelzelektroiysebädern s für die Aluminiumherstellung, gekennzeichnet durch einen Gehalt von 0,01 bis 0,5% Lithium in Form von Lithiumoxid.
2. Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumoxids nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ι ο man aus einer mit Lithiumsalz versetzten Lösung eines Aluminats, insbesondere eines Alkalialuminats, das Lithium und Aluminium als Oxidhydrat gemeinsam ausfällt und das abgetrennte Produkt kalziniert.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Alkalialuminatlösung eine vom Rotschlamm abfiltrierte alkalische Bauxit-Aufschlußlauge verwendet wird.