191492. lajstromszámú szabadalom • Eljárás alumínium-hidroxid kinyerésére timföldgyári aluminátlúgból
1 191492 2 A találmány tárgya új eljárás alumínium-hidroxid kinyerésére timföldgyári aluminátlúgból. Az eljárás elsősorban a Bayer-féle timföldgyártásban használható az aluminátlúg kikeverésére. Mint ismeretes, a bauxit lúgos feltárása és a feltárt zagy szétválasztása után kapott aluminátlúgból oly módon nyerik ki az alumínium-hidroxidot (timföldhidrátot), hogy az aluminátlúgot oltókristály jelenlétében keverik és a hőmérsékletét csökkentik. A kivált kristályos alumínium-hidroxidot szűréssel vagy más alkalmas módon elkülönítik az anyalúgtól és kalcinálással timfölddé alakítják, illetve más módon feldolgozva hasznosítják. Az aluminium-hidroxid kinyerését, a timföldgyártásban kikeverésnek nevezett műveletét úgy végzik, hogy az aluminátlúghoz oltóanyagként timföldhidrátot adnak a termék elérni kívánt sajátságaitól függő mennyiségben, és a rendszert folyamatosan keverik. Eközben végbemegy a NaA102 + H2O^Al(OH)3 + NaOH egyenlet szerinti reverzibilis reakció, amely ezúttal a reakcióegyenlet jobb oldala irányában játszódik le. Az előállítandó timföld sajátságait, mindenekelőtt szemcseméretét és granulometriai eloszlását döntően befolyásolja, hogy az előbb ismertetett műveletet milyen körülmények között hajtják végre: milyen az aluminátlúg kausztikus Na20 és A12Oj koncentrációja, a hőmérséklet, az oltóviszony, a kikeverési idő, az oldat tisztasága és a művelet egyéb jellemzői. A szemcseméret ugyanis nem változik lényegesen a kalcínálás közben. A timföld szemcseméretét annál nagyobb mértékben lehet az oltóanyaggal befolyásolni, minél aktívabb az oltóanyag. Az alumíniumkohászat az utóbbi időben egyre nagyobb mennyiségben igényel durvaszemcsés, úgynevezett homokszerű timföldet, míg a hagyományos finomszemcsés, lisztszerű timföld iránti igény egyre csökken. A timföldgyárak tehát elsősorban a durvaszemcsés timföld előállításában érdekeltek. Ezt azonban gátolja az a körülmény, hogy az ehhez szükséges nagyszemcsés timföldhidrát előállításához a kisebb Na20 koncentráció kedvező, így a kikeverés oldathatékonysága lényegesen kisebb, mint finomszemcsés timföldhidrát előállítása esetén. (Oldathatékonyságon azt a timföldhidrát-mennyiséget értjük alumíniumoxidban kifejezve, amelyet egységnyi térfogatú aluminátlúgból lehet kinyerni a kikeverés során.) A durvaszemcsés timföldhidrát előállítása tehát jelentős hatékonysági, illetve kapacitási problémát vet fel, és a Bayerféle körfolyamat gyökeres megváltoztatását igényli. A találmány célja, hogy olyan eljárást biztosítson alumínium-hidroxidnak aluminátlúgból való kinyerésére, amely lehetővé teszi a timföldhidrát szemcseméretének és szemcseeloszlásának tetszés szerinti beállítását az oldathatékonyság jelentős csökkenése nélkül. Kísérleteink során azt találtuk, hogy a fenti célt elérhetjük, ha az aluminátlúgot hidrotermális bőhmitet tartalmazó oltóanyag jelenlétében keveijük ki. Hidrotermális bőhmitnek nevezzük az aluminium-hidroxidból hidrotermális úton, 180 °C fölötti hőmérsékleten való kezeléssel előállított bőhmitet (AlOOH). A hidrotermális kezelés részleteit később ismertetjük. Ez a kezelés egyébként irodalmilag általánosan ismert. A találmány szerinti eljárás azon a váratlan és meglepő felismerésen alapul, hogy az aluminátlúg beoltásához - az eddigi törekvésekkel ellentétben - a timföldhidráttól eltérő, idegen anyajgot is használhatunk. Eddig ugyanis úgy vélték, hogy a timföld minőségét rontanák az oltóanyagként használt idegen anyagok. A hidrotermális bőhmit használata ezzel szemben semmilyen hátrányt nem jelent a timföld minősége szempontjából, mert megállapításunk szerint a kalcinálási művelet során a timföldhidrát a benne levő hidrotermális bőhmittel együtt egységes kristályszerkezetű alumíniumhidroxiddá alakul át. A találmány szerint úgy járunk el, hogy az aluminátlúghoz a kikeveréskor hidrotermális bőhmitet adunk oltóanyagként önmagában vagy timföldhidráttal együtt. Nagy aktivitása miatt a hidrotermális bőhmit már akkor is biztosítja a kívánt eredményt, ha az oltóanyagnak csupán egy részét képezi. Előnyösen eljárhatunk úgy, hogy a kikeverést ciklikusan végezzük (az üzemi adottságok folytán egyébként is ez az előnyös a legtöbb esetben), és az első ciklusban hidrotermális bőhmitet alkalmazunk oltóanyagként, míg a többi ciklusban az előző ciklusban kinyert, hidrotermális bőhmitet is tartalmazó timföldhidráttal oltjuk be az aluminátlúgot. Ha az oltóanyag hidrotermális bőhmit-tartalma egy meghatározott érték alá csökken, a ciklust újra kezdjük. Eljárhatunk azonban olyan ciklikus rendszerben is, hogy az előző ciklusból származó oltóanyag hidrotermális bőhmittartalmát friss hidrotermális bőhmit hozzáadásával egy előírt értékre állítjuk be. Ekkor a ciklust elméletileg bármeddig fenntarthatjuk. A kikeverést egyébként a szokásos módon hajtjuk végre. A tennék szemcseeloszlását elsősorban az oltóanyag mennyiségével szabályozzuk, természetesen a többi paraméterrel (kausztikus NazO koncentrációval, hőmérséklettel, hűtési profillal és más paraméterekkel) való szabályozással együtt, illetve a többi paraméterrel való szabályozás lehetőségét szükség szerint kihasználva. A találmány szerinti eljárás végrehajtásához semmilyen különleges paramétert nem kell biztosítani. Az eljárás végrehajtható a szokásos berendezésekben. A hidrotermális bőhmitet alumínium-hidroxidból állítjuk elő folyadékfázisban 180 °C fölötti hőmérsékleten végzett hőkezeléssel. Célszerűen úgy járunk el, hogy az aluminium-hidroxid vizes szuszpenzióját egy autoklávba töltjük, amelyet indirekt fűtéssel 180 °C-nál nagyobb hőmérsékletre melegítünk fel, és a fűtést a hidrotermális bőhmit képződés befejeződéséig folytatjuk. Az átalakulás könynyen kimutatható az izzitási veszteség vizsgálatával. Az alumínium-hidroxidra jellemző mintegy 34%-os izzitási veszteség az átalakuláskor 17% alá csökken. Az átalakulás ideje a hőmérséklettől függ. Az összefüggést az alábbi táblázatban mutatjuk be. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
