184318. lajstromszámú szabadalom • Eljárás vas-, szilícium- és alumíniumtartalmú nyersanyagok vastartalmának csökkentésére és vasoxid, valamint adott esetben alumíniumoxid koncentrátum előállítására
1 184 318 2 A találmány a vas-, szilícium- és alumíniumtartalmú nyersanyagok, főként a gyenge minőségű bauxitok és az agyagásványok hideg úton végzett hidrometallurgiai vasmentesítésére és vasoxid, valamint adott esetben alumímüm-oxid koncentrátum előállítására szolgáló eljárásra vonatkozik. A Bayer-eljárással végzett timföldgyártás nyersanyagainak és a kerámiaipamál felhasználandó kiindulási nyersanyagoknak, így a bauxitnak, agyagásványoknak a minősége mind kevésbé megfelelő a gazdaságos és jó minőségben való gyártás céljára. így a Bayer-eljárás annál gazdaságialanabb, minél több a kiindulási nyersanyag vas- és szilíciumtartalma, mert a lúgos oldás során a vas- és szilikátásványok a vörösiszapba kerülnek és ezzel egyrészt a vörösiszap mennyisége és a lúgveszteség megnő, másrészt csökken az alumínium-oxid kihozatal. Emellett közismert hátrány a vörösiszap környezetszennyező tulajdonsága is. Régóta ismert továbbá, hogy a kerámiaiparban a tűzállóanyagipari termékeknek, így a vas- és acéliparban alkalmazott tűzálló tégláknak és idomtesteknek, kiváló alapanyagai a vasmentes bauxitok és agyagásványok. Azonban ma már az ilyen jó minőségű, gyakorlatilag vasmentes, azaz legfeljebb 2 % vasoxidot tartalmazó nyersanyagok természetes előfordulásban csak igen kevés helyen, így Indiában, Észak-Amerikában, Kínában és Dél-Afrikában találhatók. A fentiek miatt az utóbbi évtizedekben nagy figyelmet fordítottak a nagy vas- és szilíciumtartalmú alumíniumhordozó nyersanyagok vastartalmának hidrometallurgiai, azaz savas úton való csökkentésére, mivel az egyéb vasmentesítési eljárások, így a fizikai és a pörköléses úton történő tisztítási technológiák nem váltak be, valamint a klórmetallurgiai megoldások sem terjedtek el elsősorban az apparativ nehézségeik és energiaigényességük miatt. A savas eljárások közül megemlítjük a 129.334 sz. és a 130.857 sz. magyar szabadalmi leírások szerinti eljárásokat, melyek szerint kénsavat és kéndioxidot alkalmaznak a vas eltávolítására. Azonban ezeknél az eljárásoknál a vas mellett igen jelentős mennyiségben oldódik be az alumínium is, ami gyakorlatilag ezeket alkalmatlanná teszi az üzemszerű használatra. A 150.459 sz. magyar szabadalmi leírás értelmében az ásványokat pörkölik, őrlik és 20 %-os sósavval kioldják az alumínium-, kalcium- és vastartalmúkat, majd ioncserés úton elválasztják a vas- és alumínium-kloridot. Azonban az eljárás hátránya az, hogy az alumínium-oxid kvantitatíve nem oldható ki, nem kaphatók kellő tisztaságú termékek, nincs megoldva a sósavregenerálás és gazdaságtalan ezek eredményeképpen. A 173.407 sz. magyar szabadalmi leírás a vízmentes alumínium(III)-klorid előállításához olyan előkezelést ismertet, hogy a klórozást megelőzően akiindulási anyagokból 50-90 °C hőmérsékleten sósavval részben kioldják azok vas- és alumíniumtartalmát, aminek következtében megnövelhető a klórozási lépésben az alumínium(Ill)-klorid képződési sebessége. Azonban az eljárás csak laboratóriumi méretben lett kidolgozva és további hátránya, hogy az alumínium- és vastartalom szétválasztását nem oldja meg. A 205.563 sz. angol szabadalmi leírás az alumínium-oxid előállítását ismerteti tiszta kristályos alumínium(III)-kloridból, amikor is előzetesen a kiindulási anyagok alumínium- és vastartalmát sósavval kioldják, a sósavas oldatot leszűrik, majd bepárolják és a vasklorid mellől kikristályosítják az alumínium(III)-kloridot. Azonban az eljárás hátránya, hogy a nagymértékű alumíniumveszteség miatt gazdaságtalan. A 857.245 sz. angol szabadalmi leírás szerint a vastartalmú agyagból kalcinálás után sósavval kioldják a vas- és alumíniumtartalmát és elkülönítik az oldatot a szilíciumtartalmú maradéktól, majd egy hevítési lépéssel az oldatból vas-oxid és alumínium-oxid tartalmú nyersterméket kapnak, melyet azután lúgos oldással dolgoznak fel. Azonban az eljárás hátránya, hogy egyrészt drága, másrészt pedig a nem teljes sósavas kioldás miatt rossz hatásfokú is. A 982.098 sz. angol szabadalmi leírás értelmében az agyagot kalcinálják és sósavval kilúgozzák, majd a vas- és alumíniumtartalmú kloridoldatból ioncserével elválasztják a komponenseket. Azonban az alumíniumkinyerés szempontjából az eljárás kedvezőtlen, továbbá a sósavvisszanyerés megoldatlansága miatt drága is. A 3.959.438 sz. és a 4.056.363 sz. USA-beli szabadalmi leírások olyan eljárást és berendezést ismertetnek, ahol az alumínium-, vas- és szilikáttartalmú érceket kilúgozó toronyban folyamatos ellenáramban sósavoldattal kezelik és az alumínium(III)-klorid tartalmú oldatból alumínium-hidroxidot állítanak elő, miközben a kinyert sósavgázt visszavezetik. Ezeknek a megoldásoknak azonban szintén hátrányuk az, hogy nem, vagy csak nehezen oldható meg az alumíniumnak a vastól való kvantitatív elválasztása. Megemlítjük továbbá az ún. H-Plus timföldgyártási eljárást, melyet a Pechiney és Alcan cégek közösen dolgoztak ki (Engineering and Mining Journal 1975. 2. 33. o.). Eszerint a nyersanyagot nagy koncentrációjú kénsavas-sósavas lúgzórendszerrel kezelik, azonban az eljárás energiaszükséglete kb. 60 %-kal nagyobb, mint a Bayer-elj árásnál, továbbá csak 8 % vastartalomig érdemes használni és a vasat nem tudja gazdaságosan hasznosítani. Viszont kétségtelen előnye az eljárásnak az, hogy a timföldet szennyező anyagok mennyisége egy nagyságrenddel kisebb, mint a Bayer-eljárásnál. E téren a technika állásának legfejlettebb eljárásaként ismerjük a több éves fejlesztő munkánk során kidolgozott és a 179 799 számú magyar szabadalmi leírásban ismertetett saját megoldásunkat, melynek lényege az, hogy a finom szemcseméretre őrölt ásványi nyersanyagot 90-130 °C hőmérsékleten kétszeres mennyiségű tömény sósavoldattal kezeljük, a kioldódott vas(III)-kloridot ioncserés úton különítjük el és a vas-oxidot állítunk elő belőle, miközben a sósavat visszanyerjük, az oldási maradékot leszűrjük és vagy Bayer-eljárásra visszük, vagy kénsavban feloldjuk és 400 °C-ra hevítve bepároljuk, majd vízzel kioldjuk az alumínium-szulfátot és az oldhatatlan szilícium-dioxid és titán-dioxid mellől kiszűrjük és végül 800-1000 °C-on alumínium-oxiddá alakítjuk. Az eljárásban a használt savak nagy részét körfolyamatban tartjuk és így gazdaságos bármilyen alumíniumhordozó nyersanyag vasmentesítésére és hasznos melléktermékek kinyerésére. Azonban még ennek az eljárásunknak is hátránya az, hogy a nyersanyagot finom szemcseméretűvé kell őrölni és kétszeres mennyiségű tömény sósavoldattal melegen, adott esetben nyomás alatt kell dolgozni, ami egyrészt az üzemvitel szempontjából, másrészt berendezési problémák miatt nem előnyös, továbbá a meleg savas zagy szűrése is komoly gondot okoz. Ezért célul tűztük ki, hogy a vas-, szili ci jim- és alumíniumtartalmú nyersanyagok vastartalmának a csökkentését úgy oldjuk meg, hogy a felhasználandó sósavoldat 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
