195861. lajstromszámú szabadalom • Eljárás fémoxidok kioldására sziallitos és allitos kőzetekből és ásványokból, továbbá szilikáttartalmú ipari melléktermékekből és hulladékanyagokból
1 195 861 2 A találmány tárgya eljárás fém-oxidok kioldására — sók formájában, a kioldást lúggal végezve — sziallitos és allitos kőzetekből és ásványokból, továbbá szilikát-tartalmú ipari melléktermékekből és hulladékanyagokból. Ismeretes, hogy a természetes szilikátos kőzetek, ásványok és egyes szilikátos ipari melléktermékek kovasav (SÍO2) mellett főképpen alumínium-, kálium- és magnéziumoxidot tartalmaznak — esetleg kisebb-nagyobb vasoxid mennyiség mellett -, többnyire kristályos vagy esetleg üveges szerkezetekben. Ezen felül ezek a természetes szilikátos kőzetek, ásványok és ipari melléktermékek tartalmazhatják még színesfémek oxidjait is, többnyire kristályos, esetleg üveges szerkezetekben. Ilyenek például a Ni, Cu, Zn, Pb, Co, V vagy Cr oxidjai, amelyeket a kiindulási anyag néhány százalékban is tartalmazhat szilikátos kémiai kötésben, így sok esetben színesfém-ércként. így például a bauxit vonatkozásában Vadász Endre „Bauxitföldtan” című, 1951-ben Budapesten megjelent könyvére utalhatunk. Ami a bauxit feldolgozását illeti, összefoglaló műként a Műszaki Lexikon (megjelent az Akadémiai Kiadó gondozásában 1984-ben) harmadik kötetében a „Timföldgyártás” részre (767—769. oldal) utalhatunk. Ismeretes az is, hogy az említett szilikátos kötésben lévő fém-oxidok hagyományos kohászati eljárásokkal való kinyerése gazdaságosan nem megoldott és ezért ilyen úton való kinyerésükre az iparban nem kerülhetett sor. Azonban igen nagy jelentősége volna olyan, úgynevezett hidrometallurgiai eljárásoknak, amelyekkel ezek a fém-oxidok alkalmas kiindulási anyagokból híg ásványi savakkal — egyes esetekben (például AI2O3 esetén) lúgokkal - só formában kioldhatok és további felhasználásra alkalmasak lennének. Az említett szilikátos kötésű fém-oxidok sem ásványi savakban, sem lúgokban a forrás hőmérsékletén nem vagy legfeljebb csak kis mennyiségben — és így nem gazdaságos mértékben - oldhatók. Célul tűztem ki a fenti probléma megoldását az eddig tárgyaltakon felül azzal a kiegészítéssel, hogy böhmites és diaszporos Al2Ü3-ot tartalmazó bauxítok esetében is a kioldás a használatos Bayer-eljárást tekintve jóval alacsonyabb hőmérséklet és lúgkoncentráció alkalmazásával, tehát az eddigieknél jóval gazdaságosabban legyen elvégezhető. Találmányom elméleti alapjai az alábbiakban foglalhatók röviden össze. A találmány szempontjából elsődleges, hogy különbséget kell tenni a kiindulási anyagok szerkezete, illetve fémoxid pozíció tekintetében. Az, hogy az oxidok kioldása milyen mértékben és sebességgel megy végbe, többek között attól függ, hogy kőzetről, ásványról, kristályos vagy üveges szerkezetről van szó, továbbá a kémiai összetétel, a szemcseátmérő és a fajlagos felület is meghatározza a kioldhatóság mértékét és sebességét. Találmányom ugyanis kémiai és részben fizikai szerkezetlazításon alapszik, amelyet a szilikátos szemcsék felületén megfelelő mélységben igyekszem elérni. Ez a kémiai és fizikai szerkezetlazítás más jellegű a kristályos kőzeteknél (ásványi elegy) és megint más jellegű a homogénebb üveges szerkezeteknél (porszénhamu). A kőzeteknél az egyes ásványi (kémiailag homogén) alkatrészek rendszerint kisebb, azaz másodlagos kötőerőkkel, többnyire kovasavas (SÍO2), kálcium-szilikátos ICaO (SiC>2)n/ vagy néha (Fe203>as fázisokkal is össze vannak cementálva, míg üveges fázis (porszénhamu) esetében lényegében kémiailag homogén összetételű szilikátos fázisról van szó, amelyet mullit (3AI2O3 • 2SÍO2) kristálykák szakíthatnak meg. Ezek a cementáló, illetve üveges fázisok sem ásványi savval, sem lúggal nem oldhatók, így az ezeket tartalmazó fém-oxidok sem. A találmány értelmében ezek a fázisok kerülnek fellazításra, illetve kémiai reakciókkal mechanikailag elroncsolásra, éspedig kémiai előkezeléssel vizes fázisban rendszerint rövid idejű forralással, vagy pedig mindjárt a választott oldószerrel. A következőkben a böhmites vagy diaszporos bauxitok szerkezetlazítása kerül részletesebb ismertetésre. Mint ismeretes, a bauxitok az allitos üledékes kőzetek csoportjába tartoznak, és jóformán az egyetlen kiindulási anyagai a tiszta Al(OH)3, AI2O3, illetve a fémalumínium előállításának a Bayer-eljárás alkalmazásával. Ezen eljárás szerint a bauxitos kőzetből az Al(OH)3 és AlOOH alkotókat lúgos oldással nátrium-aluminát formájában oldják ki, majd ebből nyerik az Al(OH)3-ot, illetve izzítással az utóbbiból az AI2O3- -ot. A kioldási művelet hőmérséklete, illetve lúgkoncentrációja attól függ elsősorban, hogy a bauxit főleg Al(OH)3 (gibsit) vagy pedig AIO(OH) (böhmit, diaszpor) formájában tartalmazza az alumíniumvegyületet. így az utóbbi esetben nagy kioldási hőmérsékletet (180—250°C) és egyúttal nagy lúgkoncentrációt (180—230 g/1 Na20) kell alkalmazni, míg ha a bauxit csupán Al(OH)3-t, azaz gibsitet tartalmaz, annak kioldására már 110—120°C hőmérséklet és 120 g/1 lúgkoncentráció is elégséges általában 1-2 órai forralási idő mellett. Böhmites diaszporos bauxitok esetében a szükséges magas hőmérséklet és nagy lúgkoncentráció nemcsak a nagy energiafelhasználás és drágább berendezések (nagynyomású autoklávok, szűrők, stb.) miatt hátrányos, hanem 130°C-nál nagyobb kioldási hőmérséklet esetén a kaolinit — amely több-kevesebo mennyiségben minden bauxit alkatrésze — szintén elbomlik és nátriumőhidroxidot visz el AI2O3 mellett nátrolit vegyület (N^O • AI2O3 • SÍO2) formájában. Ez a körülmény még egyúttal az aluminátlúg szűrhetőségét is rontva növeli a káros és nehezen tárolható vasoxidos vörösiszap mennyiségét. Az utóbbi környezetszennyező hatású. így böhmites bauxitok vörösiszapjában gyakran 8—12 t% Na2Ü és 14—20 t% AI2O3 is található nagyobb mennyiségű vas-oxid és sokszor TÍO2 mellett is. A találmány szerinti eljárással egyrészt a böhmites bauxitok, másrészt a már meglévő, sok országban nagy mennyiségben haszontalanul tárolt vörösiszapok gazdaságosan feldolgozhatok. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
