201276. lajstromszámú szabadalom • Eljárás timföld előállítására gibbsites bauxitokból
HU 201276 A sebb Na20-koncentráci6 és hőmérséklet következtében a túltelítés nagyobb, mint az ülepítőben, ezért a másodlagos gibbsitképződés erőteljesebb. Az ülepítés-mo&ás során a másodlagos gibbsitképződés miatt a bauxittal bevitt AI2O3 2-3%-át kitevő veszteség lép fel. A 203 873 sz. közzétett európai szabadalmi bejelentés és aT/41326 számon közzétett 1697/86 sz. magyar szabadalmi bejelentés kis SiOHartalmú gibbsites bauxitok feldolgozására vonatkozik. Lepetit és Mordini eljárása szerint a bauxitot 50-120 g/1 Na20ic-koncentrációjü oldatban őrlik, mely oldat legalább részben vörösiszap vagy timföldhidrát mosásából származik, a kapott zagyot 80-100 °C hőmérsékleten annyi ideig kezelik, hogy a kaolinit legalább 85%-a átalakuljon nátrium-alumíniumhidroszilikáttá. Az eljárás hátránya, hogy a mosóvízben végzett őrléssel a feltárási műveletet felesleges víz bevitelével terheli, mely víznek az elpárologtatósa a gyártás energiafelhasználását növeli. Nagy kaolinittartalmú, gibbsites típusú bauxitok feldolgozására ajánl eljárást Grubbs találmány (4 614 641 sz. USA szabadalmi leírás). A találmány szerint a bauxitot törik, majd 105 [im-nél (50 mesh) osztályozzák, a kaolinitban dúsabb finom frakciót 140 g/l-nél nagyobb Na^Oic-koneentrációjú nátriumaluminát oldatban 80-130 °C hőmérsékleten feltárják, a szilárd fázist útépítéssel eltávolítják, az oldott alumíniumban és kovasavban dús folyadékfázist hozzákeverik a külön ágon, 140-150 °C hőmérsékleten feltárt durva frakcióhoz. A gibbsites bauxitok feldolgozására széleskörűen alkalmazott ismert technológiák kedvezőtlen vonása, hogy a timföldgyárba bekerülő reaktív SÍO2 kb. 0,65-0,69 Na20/Si02 tömegaránnyal kötött marónátron-veszteséget okoz. A feltárólúg oldóképességét nem használják ki teljesen, ilyen módon a lúgáram egy részének felmelegítésére és szivattyúzására feleslegesen fordítanak hő- és villamosenergiát. Mindez a feltáró üzemrész átbocsátóképességét csökkenti, a fajlagos energiafelhasználást növeli. A tipikus kishőmérsékíetű feltárási technológia további hátránya a 0,5-2 órás tartózkodási idő, mely költséges, nyomás alatt üzemelő berendezések (autoklávok) beépítését igényli. Az autoklávokban nehézkes az anyagtovábbítás megoldása ill. a zagy leülepedésének megakadályozása. Az elterjedten alkalmazott kishőmérsékíetű feltárási technológia további hátránya a másodlagos böhmitképződés, emly sok esetben 0,5-2% AI2O3- vcszicséget okoz. A jelenlegi technológiák hátránya az ülepítő- és mosórendszerben bekövetkező másodlagos gibbsitképződés is, melynek következtében rendszerint 2-3% AI2O3-veszteség lép fel. A találmány célja az ismert technológiák hátrányainak csökkentése olyan egyszerű eljárás révén, mely lehetővé teszi a reaktív SÍO2 által okozott kötött marónátron-veszteségek csökkentését, a feltárólúg oldóképességének és a berendezések kapacitásának teljesebb kihasználását, a feltárási reakció idejének és a feltárási művelet energiafelhasználásának számottevő csökkentését, valamint azt, hogy az oldatban a piaci igényeknek megfelelő minőségű timföld gyártásához kedvező Si02-koncentrációt érjünk el. A találmány célja továbbá a vesz3 teséget okozó má.udlegos bö^mit- ésgit?^silképződés mérséklése, il í tve megelőzése is. 100 °C-on 100780 g/1. NtóO^-koncentfációjú, 3,1-3,4 mólviszonyi oldatokban különböző szilárdanyag-tartalmú zagyokkal végzett elpkovasavtalanítási kísérletek kinutatták, hogy 100-150 g/1 Na20k'koncentrációisrtomáriyban á kaolinit átalakulása 4-6 órára történő növelésével sem érhető el a 4-6 óra alatt elért 5Ö-7Q%-nál nagyobb mértékű átalakulás. Korábban nem vizsgálják mélyrehatóan a gibbsit beoldódásának és a kaolinit átalakulásának összefüggését. A reakció mechanizmusát kinetikai modellezés segítségével vizsgáltuk. A kinetikai modellezés révén jutottunk arra az új felismerésre, hogy a komplex reakciómechanizmusban mind a kaolinit, mind a gibbsit beoldódásának közös hajtóereje a reaktív OH'-koncentráció; a kaolinit és a gibbsit mintegy verseng a rendszerben lévő szabad OH'-ionokért. A reaktív OH'-konccntráció definíciója: AH = 34 / g qAl2Q3, gi - CAl2C>3 cSiP2 , ■' 102 60 ' ahol: ceqAl203, gi a gibbsittel szemben fennálló egyensúlyi Al203-koncentráció, g/1 \Al2O3 az aktuális A^Os-koncentráció, g/1 cSi02 az aktuális Si02-koncentráció, g/1 A képletben szereplő 102 az AI2O3, a 60 S1O2 móltömegét, a 34 két OH' móltömegét reprezentálja. Nem okoz lényeges változást, ha AH kiszámításánál az oldott Si02-koncentrációt figyelmen kívül hagyjuk, ugyanis az rendszerint 2-3 nagyságrenddel kisebb az Al203-koncentrációnál. A szakirodalom szerint az átalakulási folyamat során a kaolinit beoldódása igen rövid idő alatt eljátszódik (Adamson, A.N.: Alumina productiomprinciples and practive. The Chemical Engineer, June, 1970, p. 156-171; Kotte, J J.: Bayer Digestion and Predigestion Desilication Reactor System. Light Metals. Proc. of AIME Annual Conference, 1981, p.45-79.). A szakirodalom tanúsága szerint nem vizsgálták a gibbsit és a kaolinit atkálihidroxid-alkálialuminát oldatokban párhuzamosan lejátszódó reakcióinak sebessége viszonyait és a reakciók összefüggését. A kinetikai modellezés során a szakirodalom alapján nem várhatóan azt tapasztaltuk, hogy a gibbsit beoldódásának sebessége mintegy 2-8-szor nagyobb, mint a kaolinité. Ebből következett az a felismerés, hogy ha elegendő mennyiségű gibbsit van jelen, akkor az elfogyasztja a jelenlévő reaktív OH‘-t, ezért a kaolinit bizonyos, adott esetben számottevő hányada „túléli” akár a 140-160 °C-os feltárást is. Az általunk elvégzett vizsgálatok beigazolták ezt a felismerést. Megfelelő mennyiségű gibbsit jelenléte esetén a feltárás utáni iszapban az elméleti 0,69 értéknél lényegesen kisebb, 0,4-0,5 Na20/SiC>2 arányokat találtunk. Röntgendiffraktorméterrel kimu-4 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
