201276. lajstromszámú szabadalom • Eljárás timföld előállítására gibbsites bauxitokból
HU 201276 A A találmány tárgya eljárás timföld előállítására gibbsites típusú bauxitból a timföld kinyerésére alkalmazott Bayer-eljárás továbbfejlesztésével. A találmány tárgya közelebbről olyan eljárás, amely során a bauxitot alkálihidroxid-alkálialuminát oldattal összekeverve 100-180 °C hőmérsékleten feltárjuk, a feltárt zagyból hígítás után a vörösiszapot ülepítéssel elkülönítjük és kimossuk, majd a kapott nátriumaluminát oldatból hűtéssel és keveréssel kiválasztjuk és szűréssel eltávolítjuk a timföldhidrálot, majd azt tömfölddé kalcináljuk. A Bayer-eljárásnál a bauxitot nátriumaluminátra nézve telítetlen nátriumhidroxid-nátnumaluminát oldatban - a bauxit ásványtani összetételétől függően -100-300°Chőmérsékleten feltárják, azaz az oldható alumíniumásványokat oldott nátriumalumináttá alakítják át. A feltárás után a zagyot - hőtartalmának hasznosítása mellett - atmoszférikus forráspontra lehűtik, hígítás és az oldhatatlan maradékok eltávolítása után további hűtéssel túltelített oldatból alumíniunihidroxidot (timföldhidrátot) kristályosítanak ki, majd annak elválasztása után az anyalúgot - esetleg egy részének bepárlása után - visszavezetik a feltáráshoz. A timföldhidráiot mosás után 1000 °C feletti hőmérsékleten timfölddé, technikailag tiszta AbOj-má kalcinálják. A bauxitok a feltárható alumíniumásványokon (gibbsit, böhmit, diaszpor) túl mindig tartalmaznak bizonyos mennyiségű szilíciumtartalmú összetevőt is. A Si02-tartalom főleg kaolinitként (AI2O3- SÍO2-2H2), ezenkívül különösen kvarc (SiOz), chamosit, illit, halloysit alakjában fordul elő a barnátokban. A felsorolt összetevőkön kívül kisebb-nagyobb mennyiségben Fe203-Ti02-tartalmú alkotók is találhatók a barnátokban. Azokat a bauxitokat tekintjük gibbsites típusúnak, amelyekben a gibbsit mennyisége eléri a feltárható alumíniumásványok (gibbsit + bögmit + diaszpor) legalább 90 tömeg%át. A szakirodalomból ismeretes, hogy a barnátokban található SiCb-ásványok a feldolgozás során átalakulnak nátrium-alumínium-hidroszilikátokká. 80-200 g/1 Na20k-koncentrációjú 2,5-3,5 mólviszonyú oldatban 140-150 °C hőmérsékleten keletkező nátrium-alumínium-hidroszilikát Na20/Si02 tömegarányára a különféle szerzők 0,62-0,79 közötti értékeket adnak meg (Adamson, A.N.: Alumina production: principles and practice. The Chemical Engineer, Hune, 1970, p. 156-171; Sartowski Z., Vargáné Kiss Zs., Bulkai D.: Előkovasavtalanítás a Bayer-eljárásban. Bányászati és Kohászati Lapok, Kohászat, 114, /1981/, 2. p. 79-85; Yamada, K. et al.: Process for extracting alumina from aluminuous ores. /4 426 363 sz. USA szabadalmi leírás/). Ez az arány lehetővé teszi a kémiailag kötött marónátronveszteség számítását, mely a Bayer-eljárás szerinti timföldgyártás egyik jelentős költségeleme. Kausztikus Na2Ü-n, amelyet Na20k képlettel jelölünk, a folyadékfázisban szabad OH' ionként és (A1/OH4/)’ komplex anionként jelen levő OH' ionokkal egyenértékű Na + ionok Na?0-ban kifejezett mennyiségét értjük. A kausztikus mólviszony az oldatban levő kausztikus NazO és AI2O3 mólok hányadosa. Az amerikai terminológiában a fentiekkel meg1 egyezően értelmezett kausztikus koncentrációt Na2COa-ban kifejezve adják meg. Ugyancsak az amerikai terminológiában elterjedteft használják az oldott AI2O3 koncentráció és az Na2C03-ban kifejezett kausztikus koncentráció hányadosát, melyet A/C viszonyszámnak neveznek. A gibbsites bauxitokat jellemzően 140-150 °C- on (kivételes esetben 105 °C-on) ún. kishőmérsékletű feltárással dolgozzák fel. A tipikus megvalósítás szerint a bauxitot a feltáráshoz vezetett, oldott Al2Ü3-ban szegény oldat 10-20%-ot kitevő hányadában felzagyolják. A mintegy 80 °C-os zagyot rendszerint előmelegítés nélkül, 1-2 óránál nem hosszabb ideig tartó tárolás után hozzákeverik a feltárólúgnak hőcserélőkben kb. 160 °C-ra melegített fő áramához. Gőz közvetlen bevezetésével érik el, hogy az összekeverés után kapott zagy hőmérséklete a kívánt 140-150 °C-on stabilizálódjék. A vázlatosan ismertetett megoldást kétáramú feltárának nevezik. A gibbsites bauxitok feltárására jellemzően 90-120 g/1 kausztikus Na20-koncentrációjú, 2,6-2,8 mólviszonyú kikeverés utáni anyalúgot, (a timföldgyártással kapcsolatos szakirodalomban használatos kifejezéssel: returlúgot) használnak. A bauxitnak a feltáró lúgoldatba való bemérését (a bauxit/feltáró lúgoldat arányszabályozását) úgy irányítjuk, hogy a feltáró reaktor elhagyó oldatfázis kausztikus mólviszonya 1,34-1,45 (A/C viszonyszáma 0,66-0,72) legyen. A kishőmérsékletű feltárásnál 40-100 perc tartózkodási időt alkalmaznak, melyet 3-5 sorbakötött autoklávban valósítanak meg. A feltárás első 10-20 percében megtörténik a gibbsit beoldódása. A gibbsit reakciójával párhuzamosan a kaolinit és beoldódik a folyadékfázisba. A feltehetően komplex ionként jelen lévő oldott SÍO2 egyensúlyra vezető reakcióban átalakul szilárd fázisú nátriumalumínium-hidroszilikáttá. A gócok képződéséhez, a kristályok kialakulásához és növekedéséhez hosszabb idő szükséges, mint a gibbsit beoldásához, ezért alkalmaznak rendszerint 40-100 perc tartózkodási időt a reaktorban (Carlos, S.: Interalumina Bauxite Grinding and Digestion. Engineering and Mining Journal, May, 1983, p. 29-94; Kotte, J. J.: Bayer Digestion and Predigestion Desilication Reactor System. Light Metals. Proc. of AIME Annual Conference, 1981, p. 45-79.). A feltáró reaktort elhagyó 140-150 °C hőmérsékletű, 1,34-1,45 mólviszonyú oldat böhmitre nézve túltelített. A bauxit és a feltáró lúgoldat arányát úgy szabályozzák, hogy az oldat AhCb-koncentrációja az egyensúlyi értéket 18-20 g/l-nél jobban ne közelítse meg. Amennyiben az egyensúlyi AI2O3- koncentrációt jobban megközelítenék, a böhmitre való túltelítés növekedése miatt a szokásos tartózkodási idő alatt fellépő, 0,5-2% Al203-at kitevő másodlagos böhmitképződés növekedne, gazdasági szempontból el nem viselhető mértéket érne el. A vörösiszapmosás célja, hogy ellenáramú mosás révén a gyárat elhagyó vörösiszapot kísérő folyadékfázis oldott Na20k- és AbCb-koncentrációját a lehető legkisebbre csökkentsék. Az ülepítőben a folyadékfázis Al203-ra nézve túltelített, ezért megkezdődik az adott körülmények között egyensúlyi fázis, a gibbsit kiválása. Az 1. mosóban a ki2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
