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Verfahren zur Herstellung von Aluminiumoxyd aus Ton -Bei der Herstellung
von Aluminiumoxyd aus Ton durch Behandlung dieses Auisgangsmaterials mittels Sch@vefelsäure
und durch Auslaugung des ,dabei ;gebildeten Aluminiumsulfats entstehen große Schwierigkeiten,
und zwar einerseits durch eine ungenügende Aufschließbarkeit des Tons mittels Schwefelsäure
und andererseits durch die Notwendigkeit einer weitgehenden Beseitigung des Eisens
aus der Aufschlußmasse.
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Es wurde bereits versucht, die Löslichkeit des Aluminlumoxydanteils
durch Erhitzen des Rohtons in Rotglut als auch durch Verivendung von Schwefelsäure
mittlerer Konzentration, d.h. einer 6o- bis 7oofoigen Säure, zu erhöhen. Dadurch
kann jedoch nicht verhindert werden, daß bei dem Aufschluß auch das Eisen des Tons
mitgeläst wird und daß die erzielten Aluminiumsulfatlaugeneinen beträchtlichen Eisengehalt
aufweisen, der erst durch besondere Behandlung entfernt werden muß. Zu dieser Beseitigung
des Eisens wurden bereits zahlreiche Verfahren vorgeschlagen, die jedoch immer eine
weitgehende Verdünnung der Aluminium:sulfatlaube@ mittels Wasser herbeiführten.
Die nachfolgende Verdampfung :dieses Wassers verlangt sodann einen hohen- Brennstoffaufwand
und macht dadurch das Verfahren unwirtschaftlich.
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Als weiteres Verfahren wurde bereits vorgeschlagen, zur Verarbeitung
von tonerdehaltigen Materialien ebenso wie zum Digerieren von Alunit oder Bauxit
mittels Schwefelsäure einen mehrstufigen E,rhitzungsvorgang zu verwenden, wobei
in der ersten Stufe die leicht zum Anbacken neigende breiige
Masse
an einem biegsamen Transportband nur so. weit erhitzt wird, daß ein festes Produkt
entsteht, das sodann leicht z. B. in einer rotierenden Trommel fertiggebrannt und
weiterverarbeitet werden kann. Schließlich ist ein weiteres Verfahren zur Gewinnung
von schwefelsaurer To-nerdelösung bekanntgeworden, nach welchem heiße, schwefelsäurehaltige
Lösungen durch unverwitterten, grubenfeuchten, ungebrannten, tonerde- und kohlehaltigen
Schiefer im Kreislauf nach dem Gegenstromprinzip geleitet werden, um klare Extraktionslösungen
zu erhalten. Soweit eisenfreie Materialien zur Veraxb-e,itung gelan-"en, sind diese
beiden Verfahren :gangbar. Sobald aber Eisen vorhanden ist, wird es mitextrahiert
und muß nachträglich mühsam entfernt werden.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung bilde dagegen ein Verfahren
zur Herstellung von Aluminiumoxyd durch Aufschluß von kohlenstoffhaltigen Materialien
mittels Schwefelsäure, das darin besteht, daß die unau.sgebrannten, mit Schwefelsäure
eingeteigten kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterialien, insbesondere Kohlenschiefer
oder Schieferkohle in Form von festen Kuchen., einer Erhitzung auf Temperaturen
von 16o bis 6oo° C ausgesetzt werden, die zweckmäßig in zwei Stufen vorgenommen
wird, indem die Kuchen zuerst auf 16o bis 25o und sodann auf 4oo bis 6oo° C gehalten
werden, bis sämtliches Eisen in unlösliche Form überführt wird, worauf die aus der
Aufschlußmasse durch Auslaugen erhaltene Aluminiumsulfatlösung in üblicher Weise
zu Aluminiumoxyd z. B. durch Verdampfen und nachfolgendes Ausglühen des Rückstandes
weiterverarbeitet wird, während der Auslaugerücks.tand als Brennstoff zur teilweisen
Deckung des Wärme-und Energiebedarfes dieses Verfahrens dient.
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Auf diese Art und Weise gelingt es, kohlenstoffhaltige Tone oder tonhaltige
Kohlenarten, ohne vorherige Erhitzung bis zur Rotglut, mittels Schwefelsäure, vorzugsweise
einer konzentrierten Schwefelsäure, die z. B. 6o oder 66°B6 aufweist, weitgehend
aufzuschließen und gleichzeitig das vorhandene Eisen in unlösliche Form zu überführen,
wodurch unter vorzüglicher Ausnutzung der Aufschlußsäure reine Aluminiumsulfatlaugen
:erhalten werden, die sodann in üblicher Weise Aluminiumoxyd einer hervorragenden
Beschaffenheit für die elektrolytische Aluminiumerzeugung ergeben.
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Ferner wurde festgestellt, daß durch dasselbe Verfahren gleich vorteilhaft
auch gewöhnliche ungebrannte Tonarten verarbeitet werden können, falls ihnen noch
vor der Schwefelsäurebehandlung ein 5% übersteigender Kohlenstoffzusatz zugemischt
wird. Zweckmäßig werden fein gemahlene Tongemische mit Holzkohle; Braunkohle, Steinkohle,
Kreidekohle, Koks, Petroleumkoks u. dgl. angewendet, wobei die zuzusetzende Kohlenstoffmenge
je nach der Beschaffenheit des zu verwendenden Tons und der Art bzw. Stniktur des
Kohlenstoffs bemessen wird.
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Zweckmäßigerweise wird aus dem Aufschlußmaterial direkt eine genügend
eisenfreie Aluminiumsulfatlauge in der Weise erhalten, daß dieses Material vor dem
Laugen einer Erhitzung auf mittlere Temperaturen, z. B. auf q.oo bis 6oo' C, unterworfen
wird, bis die in dem Aufschlußmaterial enthaltenen Eisensalze in unlösliche Form,
d. h. basische Sulfate, überführt sind. Auf diese Weise werden konzentrierte Alutniniumsulfatlaugen
erhalten, die nicht verdünnt werden müssen und die bei der nachfolgenden Verarbeitung
ein Aluminiumoxyd ergeben, das sämtlichen Anforderungen der fabriksmäßigen Aluminiumerzeugung
gewachsen ist. Ausführungsbeispiele i. ioo kg Kohlenschiefer oder Schieferkohle
aus dem Gebiet Mährisch Trübau-Boskowitz mit einem etwa 26%igen Kohlenstoffgehalt,
dessen Analyse -die nachfolgenden Resultate zeigt.
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34#4 % Glühverlust (Nässe und Kohlenstoff), 34,2% Kieselsäure, -28,8011o
Tonerde, 1,7 0,'o Eisenoxyde.
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1,3 0,'o Calcium- und Magnesitimoxyde, werden fein gemahlen, mit 7
8 kg Sch«@.efelsäure von 66°B6 und S kg Wasser gemischt, geknetet und etwa 2 Stunden
lang auf einer Temperatur von 16o bis 25o"C gehalten. Darauf wird die Temperatur
gesteigert und wieder etwa 2 Stunden auf 5oo bis 6oo" C gehalten, damit das darin
in Ferroform vorliegende Eisen in unlösliche Form, d.li. in basische Sulfate, hauptsächlich
Ferrisulfate, überführt wird. Die hart gewordene Aufschlußmasse wird sodann mit
Wasser aufgelöst und filtriert. Das Filtrat wird zum Trocknen verdampft und das
erhaltene Aluminiumsulfat in üblicher Weise zu Aluminiumoxyd weiterverarbeitet.
2. 1 oo kg Ton mit 36,4 % Tonerde, 1,4 % Eisenoxyde, 1,3 % Ca- und MB-Oxyde, 45,5
% Kieselsäure, 15,5 % Glühverlust werden in fein zermalmtem Zustande mit etwa 8
kg feinem Steinkohlenstaub innig vermischt und sodann mittels 97,5 kg Schwefelsäure
von
6o'B6 angeteigt und das aufzuschließende Material etwa 2 Stunden
lang .auf einer Temperatur v an etwa, i 6o bis 25o' C gehalten. Darauf wird die
Temperatur etwa 2 Stunden auf 5oo bis 6oo° C gehalten und das hart gewordene Aufschhxßmaterial
mit Wasser ausgelaugt. Die filtrierte Lösung der Aufschlußmass@e ist praktisch ,eisenfrei.
und kann durch einfaches Verdampfen und nachheriges Abrösten des so erhaltenen:
Aluminiumsulfats in Aluminiumoxyd überführt werden.
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3. Die gleiche Kohlenstofftonmenge wie im vorhergehenden Beispiel
wird mittels 97,5 kg Schwefelsäure von 6o° B6 aufgeschlossen. Das Aufschlußmaterial
wird etwa 2 Stunden auf 350 bis 450'C erhitzt und nachher mit Wasser ,ausgelaugt.
Die erhaltene Aluminiumsulfatlauge enthält weder freie Säure noch. aufgelöstes.
Eisen und kann in üblicher Weise leicht verarbeitet werden.
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Zur Durchführung des Verfahrens können außer des in Beispiel i erwähnten
Kohlenschiefers oder Schieferkohle nach Art der mährischen Rohmaterialien auch sonstige
in der Natur vorkommende tonhaltige Kohlen mit ausreichendem Aluminiumoxydgehalt
verwendet werden. Vorteilhafterweise kann Material mit einem genügenden Kohlenstoffgehalt
Verwendung finden, damit dadurch die aufgewendete Betriebswärme gedeckt werden kann.
Zu diesem Zweck wird der kohlenhaltige Rückstand nach dem Aufschluß mittels Schwefelsäure
als Brennstoff verwendet, wozu er besonders geeignet ist, da er bei dem Aufschluß
an Kohlenstoff angereichert und dadurch in bezug auf den Heizwert beträchtlich verbessert
wird. Bei Verarbeitung von kohlenreicheren Ausgangsmaterialien gemäß der Erfindung
können die Rückstände nach dem Aussaugen des Tonerdesulfats, die Kieselsäure, Eisenverbindungen
und Kohlenstoff in reichlicheren Mengen als das Ausgangsmaterial enthalten, zur
Deckung ides Euer, ebedarfs des Verfahrens mit herangezogen werden.