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Verfahren zur Erzeugung eines für das Ausrühren von äußerst feinkörnigem
Tonerdehydrat aus Alkalialuminatlaugen geeigneten Impfstoffes Im Bayer-Verfahren
wird die Abscheidung des Tonerdehydrats aus der im Laufe des Prozesses gewonnenen
Aluminatlauge dadurch erreicht, daß man die Aluminatlauge in geeigneter Konzentration
bei einer Temperatur von 6o bis q.5° mit bereits fertigem Tonerdehydrat (Produktionshydrat)
versetzt und die erhaltene Suspension 3 bis 5 Tage lang rührt. Man bezeichnet das
der Lauge zugesetzte Tonerdehydrat als Impfstoff und verwendet davon im allgemeinen
ioo bis 500 °/o derjenigen Menge, die aus der Lauge ausgerührt werden soll.
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In einzelnen Werken ist man auch dazu übergegangen, nicht Produktionshydrat
als Impfstoff zu verwenden, sondern diesen gesondert herzustellen, indem man z.
B. einen Teil der im Laufe des Prozesses gewonnenen Aluminatlauge abkühlt, einige
Tage ruhig stehenläßt und dann bei einer Temperatur unter q.0° das als Impfstoff
geeignete Hydrat ausrührt (vgl. hierzu Fulda und Ginsberg, Tonerde und Aluminium,
i. Teil, Die Tonerde, S. 88, Walter de Gruyter & Co., Berlin).
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Bei Verwendung solcher Impfstoffe zum Ausrühren des Produktionshydrats
wird ein relativ grobkörniges Tonerdehydrat, wie es zur Herstellung von Tonerde
für die Schmelzelektrolyse erwünscht ist, erhalten. Im Gegensatz dazu ergibt die
Verwendung desjenigen Impfstoffes, dessen Erzeugung Gegenstand der Erfindung ist,
ein Tonerdehydrat von äußerster Kornfeinheit,
wie es u. a. als Füllstoff
in der-Kautschuk- und Kunststoffindustrie oder auch als Pigment geeignet ist.
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Als Ausgangsprodukt für die Herstellung des Impfstoffes wird erfindungsgemäß
eine hochkonzentrierte Alkalialuminatlauge von sehr niedrigem Molekularverhältnis
Alkalioxyd : Aluminiumoxyd benötigt. Von R. Fricke wurden derartige Laugen, die
auf ein Grammatom Alkalimetall o,9 und mehr Grammatome Al enthalten, bereits früher
beschrieben (Z. f. Elektrochemie 26 [192o], S. 1q.0), was einem Molekularverhältnis
Alkalioxyd : Aluminiumoxyd von i, i : i oder weniger entspricht. Man erhält eine
solche Aluminatlauge durch Auflösen von Tonerdehydrat in hochkonzentrierter Alkalilauge
(z. B. Natronlauge mit 65o bis 750 g NaOH/1) bis zur praktischen Sättigung.
Naturgemäß ist es auch möglich, von einer bereits in einer Bayer-Tonerdefabrik vorhandenen
hochkonzentrierten Aluminatlauge auszugehen und diese praktisch bis zur Sättigung
mit Tonerdehydrat und gegebenenfalls mit NaOH zu versetzen. Zur Auflösung des Tonerdehydrats
wird erwärmt, zuletzt zweckmäßig bis zu schwachem Sieden. Hat man die Lauge durch
Filtration vom ungelösten Tonerdehydrat befreit, so erhält man eine lange Zeit ohne
nennenswerte Ausscheidung haltbare Aluminatlauge von in der Kälte sehr hoher Viskosität
und einer sehr hohen Dichte von z. B. 54 bis 59° Be.
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Die hohe Stabilität dieser Laugen ist jedoch nur vorhanden, solange
die hohe Konzentration aufrechterhalten bleibt. Verdünnt man die Laugen mit dem
i- bis 6fachen, vorzugsweise 2- bis 3fachen Volumen Wasser und rührt, so erfolgt
eine Ausscheidung. Die Schnelligkeit der Ausscheidung hängt vom Grade der Verdünnung
ab. Während bei Verdünnung mit dem 2fachen Volumen an Wasser in 3 Stunden etwa die
Hälfte des in der Lauge gelösten Tonerdehydrats abgeschieden wird, erscheint die
Ausscheidung bei Verdünnung mit dem 6fachen Volumen an Wasser bereits stark verzögert.
Das Ausscheidungsprodukt besteht aus kleinen, rundlichen Partikeln von etwa 5 bis
=o ,u Durchmesser. Die nähere Untersuchung dieser Teilchen ergab, daß es sich um
Teilchen eines geformten Gels handelt. Sie enthalten neben Aluminiumhydroxyd noch
Wasser und Alkalihydroxyd. Bei der Untersuchung im parallelen, polarisierten Licht
zwischen gekreuzten Nikols ist keine Doppelbrechung zu erkennen die Partikel sind
also amorph. Zwischen den Fingern sowie auch zwischen Deckglas und Objektträger
lassen sich die Teilchen leicht zerdrücken. Immerhin sind die Partikel so beständig,
daß sie bei der Filtration, bei teilweiser Auswaschung sowie bei erneuter Suspendierung
in Wasser oder verdünnter Lauge ihre Form beibehalten.
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Das nach der Erfindung durch Verdünnen von hochkonzentrierterAluminatlauge
erhaltene Ausscheidungsprodukt ist als solches noch nicht als Impfstoff geeignet,
sondern muß zu diesem Zweck zuvor einem Alterungsprozeß unterworfen werden, in dessen
Verlauf sich innerhalb der Gelkörner winzige Tonerdehydratkriställchen ausbilden,
die bei der Verwendung als Impfstoff als Kristallisationskeime wirken. Die Zahl
der bei der Alterung entstehenden Kristallisationskeime ist von den Bedingungen,
unter denen die Alterung erfolgt, weitgehend abhängig. Von besonderem Einfluß ist
dabei die Alkalikonzentration der Lösung, in der die Teilchen suspendiert sind,
sowie die Temperatur, bei welcher die Alterung erfolgt.
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Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Alterung in nur schwach
alkalischer Lösung bei erhöhter Temperatur vorzunehmen. Man trennt daher nach Ausscheidung
etwa der Hälfte des in der hochkonzentrierten Aluminatlauge gelösten Tonerdehydrats
den Niederschlag von der Lauge ab, indem man ihn entweder absitzen läßt und die
überstehende Lauge abzieht oder aber, indem man den leicht filtrierbaren Niederschlag
abfiltriert. Man suspendiert ihn dann ohne vorgehende Auswaschung in einer Menge
von 0,5- bis 5mal, vorzugsweise i- bis 2mal soviel warmem Wasser, wie zuvor
an Lauge entfernt worden war, und rührt die Suspension zur Alterung des Gelniederschlages
einige Stunden, z. B. 24 Stunden, bei einer Temperatur von 3o bis 7o°, vorzugsweise
35 bis 6o°. Eine Zerteilung der Teilchen erfolgt dabei nicht. Die sich innerhalb
des Gels bildenden Kristallisationskeime sind so klein, daß sie lichtmikroskopisch
noch nicht erkennbar sind; jedoch ist nach erfolgter Alterung zwischen gekreuzten
Nikols eine schwache Doppelbrechung wahrnehmbar.
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Der auf diese Weise in Suspension erhaltene gealterte Niederschlag
dient als Impfstoff für das Ausrühren von äußerst feinkörnigem Tonerdehydrat aus
Alkalialuminatlaugen. Zu diesem Zweck wird die Suspension, gegebenenfalls nach Abtrennen
eines Teils der Flüssigkeit, einer normalen Aluminatlauge, wie sie auch sonst im
Laufe des Bayer-Prozesses gewonnen wird, zugesetzt. Die Bedingungen für das Ausrühren
können dabei den üblichen Verhältnissen des Bayer-Verfahrens bei der Zersetzung
von Aluminatlaugen (Laugenkonzentration igo bis =5o g Na2O/1, Molekularverhältnis
Na2O : A1203 zu Beginn etwa 1,8: 1 bis 2,2: 1, Temperatur bei der Ausrührung 6o
bis q.5°) entsprechen. Während des Ausrührens geht zunächst der Gelanteil der Partikel
in Lösung, so daß sich diese nach etwa 2 Stunden zerteilen, womit die in der Gelsubstanz
eingebetteten Kristallisationskeime als Impfstoff wirksam werden. In 24 Stunden
werden etwa 50 °/o des in der Lauge gelösten A1203 ausgeschieden. Die Teilchengröße
des ausfallenden Tonerdehydrats ist kleiner als i y. Sie läßt sich durch Dosierung
der der Aluminatlauge zugesetzten Menge an Impfstoff beeinflussen, derart, daß mit
Steigerung der Impfstoffmenge die Korngröße des anfallenden Tonerdehydrats herabgesetzt
wird.
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Ausführungsbeispiel 750 g Na 0 H (fest) werden in Wasser zu
einem Liter gelöst. In die erhaltene Lauge werden unter Erwärmen 1320 g Tonerdehydrat
eingebracht. Nach erfolgter praktischer Sättigung wird der ungelöst gebliebene Anteil
des Tonerdehydrats abfiltriert. Man läßt die erhaltene hochkonzentrierte Aluminatlauge
unter Rühren bei gewöhnlicher Temperatur (=o bis 30°) langsam zu 3 1 vorgelegtem
Wasser zufließen und rührt so lange, bis sich etwa die Hälfte des in der Aluminatlauge
gelösten A1203 ausgeschieden hat. Dazu ist eine Zeit von 2 bis 3 Stunden erforderlich.
Nach Stillsetzen des Rühr-
Werkes läßt man den Niederschlag absitzen.
Ist dies geschehen, so wird die überstehende Aluminatlauge möglichst vollständig
abgezogen und der abgesetzte Niederschlag mit 7 1 Wasser von 5o° aufgerührt. Zur
Alterung wird die Suspension bei einer Temperatur von 50° 24 Stunden lang gerührt.
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Man fügt die so erhaltene Suspension zu 62 1 Aluminatlauge mit z.
B. 150 g Na20/1 und i2o g A1203/1 und rührt während 24 Stunden bei einer
Temperatur von 50° aus. Nach Filtrieren, Auswaschen und Trocknen werden 7,3 kg eines
sehr feinen Tonerdehydrats erhalten, dessen Teilchengröße kleiner als ' /2 ,u ist.