184525. lajstromszámú szabadalom • Eljárás durva-szemcsés aluminiumhidroxid előállítására
1 184 525 2 A találmány tárgya eljárás durva szemcsés alumíniumhidroxid előállítására. A találmány alkalmazható például a Bayer-féle timföldgyártásban, amely szerint a bauxitot vizes nátriumaluminátlúggal feltárják, és a bauxitban lévő alumíniumoxidot ily módon oldatba viszik. Szűrés után a túltelített nátriumaluminát oldatból kicsapják az alumíniumhidroxid kristályait (ezt a műveletet a továbbiakban kikeverésnek nevezzük), miután az oldathoz oltóanyagként finom eloszlású alumíniumhidroxidot adtak. Közelebbről a találmány tárgya eljárás olyan durva szemcsés alumíniumhidroxid kristályosítására, amely az alkalmazott oltóanyaggal együtt legfeljebb 15-20 sűly% mennyiségben tartalmaz 45 /um-nél kisebb szemcséket. Kiindulási anyagként a Bayer eljárásban kapott túltelített lúgos aluminátoldatot használjuk. A kikeverést két lépésben végezzük alumíniumhidroxid oltóanyag hozzáadásával, oly módon, hogy eltérő minőségű alumíniumhidroxid oltóanyagot használunk, és az aluminát oldatot mindegyik lépésben beoltjuk. A jelenlegi ipari gyakorlatban kétféle módon állítanak elő alumíniumhidroxidot a Bayer-féle eljárással: az európai és az amerikai eljárással. Az európai eljárás során a kikeverést nagy kausztikus Na20-koncentráció, mintegy 140 g/literig terjedő Na20 koncentráció mellett hajtják végre. A lúg teljesítményét és a tér-idő-teljesítményt oly módon próbálják növelni ennél a nagy lúgkoncentrációnál, hogy a kikeverést meglehetősen alacsony hőmérsékleten, például 55 °C-on vagy annál kisebb hőmérsékleten végzik, és az aluminátlúghoz viszonylag nagy mennyiségű, literenként 200-250 g vagy még ennél is több finom Al(OH)3-t adnak oltóanyagként. Ily módon 1 liter lúggal 80 g-ig terjedő menynyiségű alumíniumoxidot állítanak elő. Az így kicsapott hidroxid azonban finomabb, mint az amerikai berendezésekben előállított hidroxid. Amíg az így kapott finom hidroxidot nagy hőmérsékleten kalcinálták, kevéssé porló oxidot kaptak. A száraz gáztisztítás bevezetése óta azonban olyan oxidra van szükség, amelynek BET-felülete 30-60 m2/g. Ilyen oxidot azonban csak az alumíniumhidroxid gyenge kalcinálásával lehet előállítani. Az európai berendezésekben előállított finom hidroxid gyenge kalcinálásakor erősen porló oxid képződik, amely további felhasználásra rendszerint nem alkalmas. Az amerikai berendezésekben durva hidroxid előállítására törekednek, amely az ilyen berendezésekben szokásos gyenge kalcinálás során kevéssé porló oxiddá alakul. A durva hidrátot úgy készítik az amerikai eljárásban, hogy általában 110 g/liternél kisebb kausztikus lúgkoncentrációjú aluminátlúgot kevernek ki. A kikeverés kezdeti hőmérséklete magas, mintegy 70 °C, az oltóanyagként alkalmazott hidrát mennyisége csekély, literenként mintegy 50-120 g Al(OH)3. Ha a kikeverés kezdeti hőmérséklete túlságosan alacsony, és az oltóanyag mennyisége túlságosan nagy, akkor finom termék képződik. A kívánt durva terméket azonban csak úgy lehet előállítani az amerikai eljárással, hogy a lúg termelékenysége meglehetősen csekély marad. Míg az európai eljárással egy liter lúgra számítva 80 g, az amerikai eljárással legfeljebb mintegy 55 g alumíniumoxid állítható elő. Más szavakkal ez azt jelenti, hogy egy tonna alumíniumoxid előállításához az amerikai eljárás alkalmazása esetén 18-20 m3 lúgra van szükség, míg az európai eljárás alkalmazása esetén 13 m3 lúg elegendő. Műit említettük, az amerikai berendezésekben szokásosan előállított gyengén kalcinált, 30-60 m2/g BET- felületű alumíniumoxid előállításához durva alumíniumhidroxidra van szükség. Ilyet azonban az európai berendezésekben nem lehet előállítani. Az európai berendezésekben végre lehet ugyan hajtani az amerikai eljárást, ekkor azonban az európai berendezések termelékenysége mintegy 3040 %-kal csökkenne, egyúttal emelkedne az egy tonna alumíniumoxid előállításához szükséges hőmennyiség. Éppen ezért szükség van olyan eljárásra, amely lehetővé teszi durva alumíniumhidroxid európai készülékekben való előállítását e készülékek kapacitásvesztesége és az egy tonna termékre számított hőfelhasználás ennek megfelelő növekedése nélkül. Másrészt kívánatos, hogy az amerikai berendezések termelékenysége is elérje az európai berendezésekét, ugyanakkor azonban továbbra is megmaradjon a termék kívánt durva minősége. Az amerikai berendezésekben egy ilyen eprás-tökéletesítés a kapacitás növekedésével járna, ugyanakkor az egy tonna alumíniumoxid előállításához szükséges fajlagos hőmennyiség is csökkenne. Számos javaslat ismeretes e cél elérésére. A 2 657 978 számú USA szabadalmi leírás szerint például oly módon változtatják meg az amerikai eljárást, hogy kikeverés közben kétszer adnak oltóanyagot az aluminátlúghoz. Az első lépésben csak annyi oltóanyagot adnak az aluminátlúghoz, hogy az abból kivált kristályok erőteljesen tömörüljenek (agglomeráció következzék be), majd ezután újabb oltóanyag-mennyiséget adunak az aluminátlúghoz, hogy a teljesítményt növeljék. Figyelembe véve a már említett mintegy 85 g/liter kausztikus lúgkoncentrációt az eljárás teljesítménye egy liter kikeverendő aluminátlúggal számítva mintegy 48 g A1203, szemben az eredeti eljárással, egyszeri beoltással elérhető literenkénti mintegy 45 g-mal, feltéve, hogy a kikeverés ideje mindkét esetben 35 óra. A teljesítmény növekedése tehát mintegy 6,5%. A 1 391 596 számú francia szabadalmi leírás kétlépcsős, két ágban folyó kikeverési eljárást ismertet. A leírásban közölt adatok szerint e megoldással 6,4 %-os teljesítménynövekedést lehet elérni, és 3040 órás kikeveréssel durvább terméket lehet előállítani, mint a szokásos egylépéses amerikai eljárással. Ebben a leírásban a termelékenységre nézve semmilyen konkrét számadat nem szerepel, feltételezzük azonban, hogy a szóbanforgó eljárás teljesítőképessége nem haladja meg lényegesen az imént említett 2 657 978 számú US A szabadalmi leírás szerinti eljárás teljesítőképességét. Az eljárás maga két ágban folyik. Az egyikben finom oltóhidrátot adnak az aluminátlúghoz olyan mennyiségben, és olyan körülmények között, hogy bekövetkezzék az agglomeráció. A másik ágban durva oltóhidrátot alkalmaznak olyan mennyiségben és olyan körülmények között, hogy a kristályok minél jobban növekedjenek. A termékként kapott durva lüdroxid és a durva oltóanyag elválasztása után a két ágból származó aluminátlúgot egy második lépésben ismét beoltják — ezúttal finom oltóhidroxiddal —,hogy az alumíniumhidroxidra számított termelékenységet növeljék. Ezzel az eljárással durva és kopásálló terméket lehet előállítani, ugyanakkor az eljárás termelékenysége is nagyobb a korábbiaknál. A 3 486 850 számú USA szabadalmi leírás olyan eljárást ismertet, amelynek révén megnövelhető az amerikai eljárás termelékenysége, ugyanakkor durva termék képződik. Oly módon járnak el, hogy kikeverés közben lehűtik az anyagot. Ekkor azonban szűk hőmérséklet-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
