203853. lajstromszámú szabadalom • Eljárás nátrium- és kálium-aluminát előállítására alumínium-szilikát nyersanyag hidrokémiai feldolgozásával
1 HU 203 853 B 2 A találmány tárgya eljárás nátrium- és kálium-alumínát előállítására alumínium-szilikát tartalmú nyersanyagból, hidrokémiai eljárással. A timföld bauxitból történő előállítására ismert egy olyan eljárás, amely lehetővé teszi a lerakódások csökkentését a készülékek falain. E szerint az eljárás szerint (54-22 198 sz. japán szabadalmi leírás) a kiindulási ércet lúgoldatban szuszpendálják, az Na^-.AljC^ mólarányt egynél kisebb, célszerűen 0,3-0,8 közötti értékre állítják, és a szuszpenziót olyan hőfokra melegítik, amelyen lerakódások már nem keletkeznek. Az így előmelegített szuszpenziót a feltáró reaktorba vezetik, amelybe egyidejűleg a külön felmelegített feltáró lúgot is adagolják. A feltárást 200-230 °C hőmérsékleten végzik. A 2 286 199. számú francia szabadalmi leírásból ismert olyan eljárás, amely szerint a körfolyamatba visszavezetett lúgot (amellyel az ércet bontják) felosztják primer és szekunder lúgra. A szekunder lúgot tartályban bauxittal keverve olyan szuszpenziót állítanak elő, amelyben az Na^A^CXj mólarány= 1. Ezután a kovasavtalanító tartályon keresztül (amelybe a lúgot is adagolják) a zagy az előmelegítőbe kerül. Előmelegítés után a szuszpenziő az extraktorba kerül, ahol az alumínium-hidroxidot kinyerik. Az alumínium-szilikát hidrokémiai feldolgozására ismert továbbá olyan eljárás (Hittner H.T.: Hydrothermal alkaline process to extract alumina from anorthosite, Trav. Com. Ind. Etude Bauxites, Alumine. Alum., 1981, N16, p. 13-21), amely szerint a nyersanyagot aprítják, mésszel összekeverik, a returlúgot felmelegítik, a nyersanyagot legalább 230 °C-on feltárják, az iszapot elválasztják és az alumináüúgból nátrium-aluminát és/vagy kalcium-aluminátot állítanak elő. A fenti eljárásnak két jelentős hátránya van: 1. Az alumínium-szilikát tartalmú nyersanyag káliumot tartalmaz, és ez feldúsul a körfolyamatban vezetett lúgban. Ha a returlúgban a K2Ó-koncentrá - ció eléri a 381% értéket, az Na^A^Cij kihozatala hirtelen nagymértékben csökken, mert az autoklávos feltárás körülményei között stabil kálium-alumínium-szilikát keletkezik (Pevzner I. Z., Rajzman V. L„ Autokláv folyamatok a timföldgyártásban, M. Metallurgia 1983., p. 60). A káliumot úgy igyekeznek eltávolítani a rendszerből, hogy C02 bevezetésével kálium-karbonáttá karbonizálják, de a reakció természetesen nem szelektív és tetemes mennyiségű marónátron szintén karbonizálódik. nátrium-karbonáttá. Ezt a veszteséget friss marónátronnal kell pótolni, ami emeli az eljárás nyersanyagköltségét 2. A nyersanyagot és a mészkövet feltárás előtt nem melegítik elő, mert az ilyen keverék melegítése során a hőcserélőkben lerakódások keletkeznek. A találmány célja a fenti eljárás hőenergetikai és anyagi ráfordításainak csökkentése volt oly módon, hogy keressünk lehetőséget a zagy előmelegítésére lerakódások képződése nélkül, csökkentsük a friss marónátron felhasználását és biztosítsuk a kálium eltávolítását még feltárás előtt szilárd fázisú kalcium-hidrogranat kialakításával. Azt találtuk, hogy a fenti cél megvalósítható, ha a nyersanyag aprítását, mészkővel való összekeverését, a returlúg felmelegítését, a legalább 230 °C hőmérsékleten végzett feltárást, az iszap elválasztását és nátrium-, valamint kálium-aluminát az aluminátlúgból történő előállítását magában foglaló eljárást a következőképpen valósítjuk meg: a nyersanyag aprításához 90- 110 I^O g/1 koncentrációjú lúgoldatot használunk (R20 — a kausztikus alkálifémoxidok mennyisége, jelentése K- vagy Na-atom) és a lúgoldat mennyiségével az Na20/Al203 mólarányt 5,75-8,4 értékre állítjuk, majd a zagyot 90-100 ‘C hőmérsékleten 10-24 órán keresztül hőntartjuk, utána ülepítjük (miközben szilárd és folyékony fázist 1:2,1-2,2 tömegarányban tartalmazó sűrű iszap és felülúszó lúgfázis keletkezik), az ülepített zagyot a feltárás hőmérsékletére melegítjük, a lúgoldatot pedig visszavezetjük a nyersanyag aprításához. Az elvégzett kutatások azt mutatták, hogy autokláv körülmények nélkül is kinyerhető a lúg az alumíniumszilikátokból, beleértve a nefelines érceket is. Kiindulási anyagok gyanánt Kola-félszigeti, 50 mikron alatti szemcseméretre őrölt nefelines koncentrátumot, kalcium-oxidot (98 t% CaO) és NaOH-oldatot használtunk. A CaO:Si02 mólarányt 1-1,1:1 közötti értéken tartottuk. Megállapítottuk, hogy a legnagyobb lúgkihozatalt (40%) akkor értük el, ha az Na20: A^C^ mólarány 5,75-8,4:1 volt, az előmelegítés 90-110 *C hőmérsékleten történt, és a kiindulási lúg koncentrációja 90-110 g Na20 volt. A hőntartás 10 és 24 óra között változhat, ekkor a lúgkihozatal 37%-ról 40%-ra növekszik. Gyakorlatilag a nefelinben lévő összes kálilúg oldatba megy (a kólái nefelines koncentrátumban az Na20+K20 összegének 20-30 t%-a K20). A szlárd vázist elsősorban kalcium-hidrogranat és lebontatlan nefelin maradék alkotja. A kalcium-hidrogranat (3 Ca0.Al203 jcH20 . y Si02) stabil vegyület, bomlása 150 *C-on kezdődik (Rajzman V. L.: A kalcium hidrogranat és az NaOH-oldat kölcsönhatásának termodinamikai elemzése. Zsum. prikl. him. 1986,59. kötet, 1. sz., 234. oldal.). Ipari körülmények között a zagy a hőcserélő csöveiben legfeljebb 2-3 percig tartózkodik, ennyi idő alatt a kalcium-hidrogranat felbomlása és lerakódások keletkezése kizárt. Ennek alapján lehetővé válik a mész-nefelin keverék és a returlúg párhuzamos melegítése a zautoklávos feltárás előtt, flymódon csökkenthető a returlúg előmelegítési hőmérséklete is. Az Na20/Al203 mólarány, és ennek megfelelően a szilárd-folyadék-arány (az iszapban) emelhető a folyamat paramétereinek romlása nélkül. Vizsgáltuk az említett mólarány változásának a hatását az ülepítési sebességre és az ülepített iszap Sz:F arányára. A fent megadott mólarány (5,75-8,5) tartományban kielégítő ülepítési paramétereket értünk el (a túlfolyás térfogat-sebessége 0,23 m3/óra, az ülepített iszap Sz:F (szilárd:folyékony) tömegaránya 1:2,8-2,9). Ha az Na20/Al203 mólarány 5,75-nél kisebb, a lúgot nem lehet maradéktalanul kinyerni, és a kalciumhidrogranat képződése sem teljes, a lúgoldat és a 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2
