NO803723L - Fremgangsmaate ved fremstilling av en aluminiumsulfatopploesning - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte ved fremstilling

av en aluminiumsulfatoppløsning, hvor et råmateriale som inneholder aluminiumhydroxyd, spesielt et produkt fra Bayer-prosessen eller bauxitt, blandes med en vandig svovelsyre-oppløsning under oppslutning av råmaterialet og dannelse av en aluminiumsulfatoppløsning.

Når aluminiumsulfat fremstilles fra svovelsyre og aluminiumhydroxyd eller råmaterialer som inneholder aluminiumhydroxyd, f.eks. produkter fra Bayer-prosessen eller bauxitt, bringes normalt en vandig svovelsyreblanding til å reagere med aluminiumhydroxydet eller råmaterialet, herefter be-

tegnet som aluminiumhydroxydmaterialet, ved en satsvis prosess. Denne fremgangsmåte betegnes innen dette område normalt som oppslutning. Den erholdte oppløsning blir derefter i et påfølgende trinn omdannet til et fast aluminiumsulfat-produkt under anvendelse av en størkningsprosess. Et eksem-

pel på tidligere oppslutningsmetoder er beskrevet i SE, C, 212899. Dersom rent aluminiumhydroxyd erholdt f.eks. fra en vanlig Bayer-prosess anvendes, vil det dannede aluminiumsulfat , A12(S04)3. 14-15 H20, være fritt for jern og materialer som er uoppløselige i vann. Dersom det isteden anvendes f.eks. bauxitt som inneholder jernoxyd og bare opp til 90% aluminiumhydroxyd, vil det dannede aluminiumsulfat alltid inneholde jernsulfat. Aluminiumsulfatet vil også inneholde i vann uoppløselige materialer dersom ureagerte bauxittrester ikke fjernes fra reaksjonsoppløsningen.

Eksempler på et produkt som inneholder både jernsulfat og vannoppløselig materiale, omfatter Boliden AVR som inneholder ca. 7% Al i form av A12(SC>4)3. 14-15 H20, ca. 3% Fe i form av Fe2(S04)^. 9H20 og ca. 2,5% i vann uoppløselige mineral-rester.

Reaksjonen mellom de anvendte utgangsmaterialer utføres normalt på en slik måte at konsentrert svovelsyre og vann blandes i ønskede forholdsvise mengder i en reaksjonsbeholder hvori temperaturen stiger til ca. 130°C som følge av den varme som utvikles under reaksjonen, hvorefter aluminiumhydroxydmaterialet omhyggelig tilsettes til den varme syre-blanding. Når aluminiumhydroxydmaterialet^ aluminiumhydroxyd- innhold reagerer med svovelsyreoppløsningen, utvikles store varmemengder som bevirker at den erholdte oppløsning vil nå koketemperaturen og at vanndamp vil avdrives. Når reaksjonen er til ende, tillates oppløsningen å størkne under avkjøling i et for dette egnet apparat.

Alvorlige begrensende ulemper med den her beskrevne

prosess er at det er nødvendig å være meget omhyggelig når aluminiumhydroxydmaterialet doseres til den vandige syre-blanding på grunn av at oppløsningen er tilbøyelig til å

skumme og derfor lett kan koke over dersom aluminiumhydroxydmaterialet tilføres i altfor store mengder pr. tidsenhet og når koketemperaturen er nådd. Skumningstilbøyeligheten blir ytterligere forsterket og således spesielt vanskelig når bauxitt anvendes som det aluminiumhydroxydholdige materiale,

på grunn av den kjensgjerning at bauxitt ofte inneholder organiske stoffer som påvirker overflatespenningen. Dersom oppløsningen koker over, kan spesielt alvorlige tekniske og langvarige avbrytelser forekomme som kan føre til vesentlige økonomiske tap. Dersom de ovennevnte problemer, farer og ulemper ikke hadde eksistert for de for tiden anvendte metoder eller dersom de i det vesentlige hadde kunnet elimineres, ville aluminiumhydroxydmaterialet ha kunnet tilsettes hurtigere, og anleggets produksjonskapasitet ville da ha vært langt større. I de tilfeller hvor skumningen er meget sterk, anvendes for tiden ofte et skumdempende middel for å bryte opp skummet. Denne metode er imidlertid be-

heftet med flere alvorlige ulemper. Skumdempende midler er kostbare, tilsetningen av slike midler er vanskelig å re-

gulere og nøyaktig å dosere, og skumdannelse kan derfor ikke fullstendig hindres. Dessuten er skumdempningsmidlet en uønsket bestanddel i det ferdige aluminiumsulfat og kan i enkelte tilfeller forårsake problemer ved anvendelse av aluminiumsulfatet.

Andre metoder for fremstilling av aluminiumsulfat er

blitt foreslått i et forøk på å unngå de ovennevnte problemer ved oppslutningsmetoden. Således er i DE, C, 286366 en fast-stoff-gassreaksjonsprosess foreslått, hvor forhøyet trykk og temperatur anvendes for omvandling av fast aluminiumhydroxyd eller -oxydråmateriale til sulfat ved å reagere dette med

en gass som inneholder luft og svoveldioxyd, under dannelse av svoveltrioxyd som vil: reagere med det faste materiale under dannelse av aluminiumsulfat. Det er også foreslått å anvende andre råmaterialer, som beskrevet i GB, A, 333835, hvor aluminiumnitrat anvendes som råmateriale og behandles med svovelsyre, mens varme tilføres for å understøtte reaksjonen. Ved de ovennevnte alternative metoder kan enkelte av problemene forbundet med oppslutningsprosessen unngås,

men metodene er mer kompliserte, energiforbrukende og kostbare enn de vanlige oppslutningsmetoder.

Ved fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse har det overraskende vist seg mulig fullstendig å eliminere aluminiumhydroxydoppslutningsproblemer av den type som er nevnt innledningsvis, og samtidig å påskynde oppslutningsprosessen og øke oppslutningskapasiteten. Fremgangsmåten muliggjør også vedlikeholdsbesparelse. Ved den vanlige sats-vise oppslutningsmetode utsettes materialet hvorfra det anvendte apparat er laget, for spenninger og belastninger på grunn av den kjensgjerning at såvel temperatur som syre-konsentrasrjon hurtig varierer innen vide grenser og fører til kostbare reparasjoner av apparatet. Slike variasjoner unngås fullstendig ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

Oppfinnelsen med det ovennevnte formål er særpreget

ved at en.gasstrøm.blåses gjennom den vandige svovelsyreopp-løsning, i det minste mens den hovedsakelige del av råmaterialet tilføres, i en tilstrekkelig mengde til fra opp-løsningen å fjerne den vanndamp som dannes under den eksoterme oppslutningsreaksjon, hvorved skumning av blandingen i det vesentlige elimineres under oppslutningsprosessen, og ved at gassen velges i overensstemmelse med dens reduksjonsevne for derved å utelukke muligheten for reduksjon av eventuelle uoppløste Fe(III)-ioner under oppslutningsprosessen. Gassen er fortrinnsvis luft og i findelt form når den blåses gjennom oppløsningen. Det er dessuten foretrukket å utføre oppslutningsprosessen i en omvendt kjegle formig beholder hvor gassen blåses inn i beholderen gjennom dens spiss. Ifølge oppfinnelsen blåses således en gasstrøm inn i opp-slutningsoppløsningen samtidig som aluminiumhydroxydmateriale

tilsettes. Den injiserte og gjennomstrømmende gass har tre funksjoner, som alle samvirker på en overraskende effektiv måte for å oppfylle ett formål, nemlig å sikre en mer positiv og lettere regulert metode med en vesentlig høyere produksjonskapasitet enn tidligere kjente metoder. Gassen har således en omrøringsvirkning. Den bryter også ned skummet effektivt og fører bort den vanndamp som er blitt dannet under den sterkt eksoterme reaksjon. Selv om enhver gass som er egnet for formålet kan anvendes, er lett tilgjengelige og uskade-lige gaåser, som luft, nitrogen og carbondioxyd foretrukne, selv om sterkere oxyderende gasser om ønsket kan anvendes, som oxygen og oxygenanriket luft. Når treverdig jern er tilstede i oppløsningen, bør gasser som reduserer treverdig jern til toverdig jern unngås da tilstedeværelsen av toverdig jern i oppløsningen er uønsket.

Fremgangsmåten kan selvfølgelig anvendes i forbindelse med satsvis oppslutning selv om den er spesielt gunstig for kontinuerlig oppslutning. Dette muliggjør eller iallfall letter anvendelsen av en kontinuerlig prosess og mulig-gjør således rasjonalisering av oppslutningen av aluminium-hydroxydråmaterialer med svovelsyre for fremstilling av aluminiumsulfatoppløsninger. Oppfinnelsen vil nu bli mer detaljert beskrevet under henvisning til de følgende ikke-begrensende eksempler og til den vedføyede tegning av hvilken den eneste figur 1 viser et egnet anlegg for kontinuerlig oppslutning av bauxitt i overensstemmelse med fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. På tegningen er vist en kjegle formig oppslutningsbeholder 1, en beholder for bauxitt 2, en skrue-påmatningsanordning 3, et vasketårn 4, en beholder 5 for svovelsyre, en beholder 6 for efterreaksjon og en vanntil-førsel 7. En gjennomhullet plate 9 kan være anordnet i den nedre del av beholderen 1.

Når den foreliggende fremgangsmåte utføres i det viste anlegg, tilføres bauxitt fra beholderen 2 via skruepåmatningsanordningen 3 og via ledningen 8 ned i den øvre del av opp-slutningsbeholderen 1. Den via skruepåmatningsanordningen tilførte bauxittmengde kan reguleres ved å forandre påmat-ningsanordningens hastighet. Vann tilsettes samtidig med bauxitten via ledningen 8, idet vannstrømmen måles av en strømningsmåler i ledningen. For å hindre at store mengder av den tørre, pulverformige bauxitt vil blåses bort tilsettes vann før bauxitten faller ned i beholderen 1. Konsentrert svovelsyre tilføres fra tanken eller beholderen .5

via ledningen 10 til den øvre del av beholderen 1. Mengden av bauxitt, vann og svovelsyre som i målte mengder til-

settes til systemet, innstilles efter ønske før prosessen påbegynnes. Temperaturen i beholderen 1 registreres ved hjelp av et termoelement (ikke vist). Luft blåses via ledninger 11,12 inn i beholderen 1, og den tilførte luft-mengde overvåkes av en strømningsmåler (ikke vist). Reak-sonsavgassene fjernes via en ledning 13 fra beholderen 1 og innføres i den nedre ende av tårnet 4, mens vaskevann inn-føres, som antydet ved hjelp av en ledning 14, inn i den øvre del av vasketårnet og fjernes fra den nedre del som antydet ved hjelp av en ledning 14A. Vaskede gasser avgis fra vasketårnet som antydet ved hjelp av en pil 15. Oppslutningsbe-hodleren 1 er forsynt med ventiler for å fjerne oppløsning, som antydet ved hjelp av en ledning 16, fra beholderen 1

for ytterligere behandling av oppløsningen på ønsket måte.

Når oppløsningen som fjernes fra beholderen 1 ikke har reagert fullstendig, ledes oppløsningen, som antydet på figuren, inn i en beholder 6 for efterreaksjon, hvorfra den frem-stilte oppløsning fjernes som antydet ved hjelp av en pil 19. Beholderen 6 for efterreaksjon er forsynt med et dampelement (ikke vist) som tilfører varme til oppløsningen for å hindre at temperaturen i denne vil synke. Beholderen 6 er også ved sin nedre ende nær bunnen forsynt med en anordning (ikke vist) via hvilken luft kan injiseres i oppløsningen for å bryte ned en eventuell skumdannelse i beholderen 6 for efterreaksjon. Den kjegleformige beholder 1 er ved sin bunn forsynt med et utløp 17 som under drift er stengt ved hjelp av en ventil 18 anordnet i ledningen 12. Ventilen 18 blir bare åpnet når den kjegleformige beholder 1 skal tømmes via utløpet 17 og ledningen 12 efter at en sats er blitt avsluttet eller under kontinuerlig drift, for diskontinuerlig å uttømme grovt, ureagert materiale som via ledningen 16 kan forlate den kjegle-formede beholder 1.

Ved en dosert bauxitttilsetning pr. tidsenhet av mellom 2,5 og 9,8 kg/min krever, et anlegg av den viste type en luft-strøm som varierer mellom 0,9-54 m 3 /time. I det nedenståoende eksempel 3 er ytterligere detaljer angitt i forbindelse med en fordelaktig fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen som utføres i et anlegg av den type som er vist på figuren.

Eksempel 1

Satsvis oppslutning av bauxitt med svovelsyre ble ut-ført i eb5 liters glassbeger som var neddykket i et glycerol-bad ved 118°C. En gjennomhullet kobberspiral for injisering av luft i begeret ble anbragt i dette i en avstand av 1-2 cm fra dets bunn. Over kobberspiralen var et glassrøreverk anordnet. Svovelsyre og vann ble blandet i begeret, og temperaturen steg til 84-86°C. En ekvivalent mengde bauxitt, 900 g, ble derefter tilsatt i en gitt, konstant mengde pr. tidsenhet. Da den doserte tilsetning av bauxitten ble på-begynt, steg temperaturen og nådde hurtig koketemperatur.

En god del skum ble dannet. Under tilførselsprosessen ble luft blåst gjennom oppløsningen. De følgende resultater

ble erholdt:

Forsøket viser at det er mulig å tilføre den nødvendige bauxitt i løpet av en langt kortere tid når luftstrømmen økes. På grunn av den høye luftstrøm er skumhøyden lavest ved den høyeste tilførselsmengde pr. tidsenhet.

Eksempel 2

Oppslutning ble kontinuerlig utført i laboratoriemåle-stokk i en kjegle med sin"spiss vendt nedad, idet kjeglen hadde en volumkapasitet av 10 liter. Bauxitt, svovelsyre og vann ble samtidig og kontinuerlig innført i kjeglen. Doseringen ble utført på en slik måte at reaksjonsmassens gjennomsnittlige oppholdstid i kjeglen var ca. 10 minutter. Luft ble kontinuerlig blåst inn i kjeglen gjennom dens spiss. Luftstrømmen var 3 m 3/h. Det dannede skum ble effektivt brutt ned av luftstrømmen. Reaksjonsoppløsningen ble kontinuerlig tatt opp gjennom en sideledning ved toppen av kjeglen. Oppløsningen fikk renne ned til en beholder for efterreaksjon som ble holdt ved en temperatur av 113-115°C. I beholderen for efterreaksjon var en gjennomhullet kobberspiral anordnet gjennom hvilken luft ble blåst i korte perioder når skum ble dannet. Skummet ble effektivt brutt ned. Temperaturen i kjeglen var 120°C og i beholderen for efterreaksjon 116°C.

Prøver av oppløsningen ble tatt efterhvert som opp-løsningen forlot kjeglen hvori den gjennomsnittlige oppholdstid var 10 minutter, og efter 2 timers oppholdstid for beholderen for efterreaksjon. Analyser ga de følgende resultater:

Svovelsyreunderskuddet antyder avvikelsen i sulfatinn-hold, uttrykt som svovelsyre, i forhold til de støkiometriske betingelser i Al^SO^)^og<Fe>2SOi!j)-j. En fullstendig reagert oppløsning bør ha et syreunderskudd av ca. 1-2%.

Analysene viser at oppløsningen fra beholderen for efterreaksjon er fullstendig reagert og at den hovedsakelige del av reaksjonen allerede hadde funnet sted i kjeglen, til tross for den korte oppholdstid, i denne. Gjennomstrømningen av luft hadde brutt ned det dannede skum fullstendig og,

som resultat av fjernelsen av varme derved, gjort det mulig å tilføre all bauxitt til beholderen i løpet av meget kort tid.

Eksempel 3

Kontinuerlig oppslutning ble for forsøksformål utført

i et anlegg av den type som er vist på Fig. 1. Reaksjonen ble således utført i den kjegleformige beholder 1 med spissen av kjeglen pekende nedad, idet kjeglevinkelen var 43° og be-holderens samlede volumetriske kapasitet 400 liter. Bauxitt ble ved hjelp av skruepåmatningsinnretningen 3 matet på beholderen, og vann fra ledningen 8 ble innført i det samme påmatningsrør som det rør gjennom hvilket bauxitten ble matet inn i kjeglen. Vannet fuktet bauxitten, og dette var fordelaktig da det finkornede materiale ellers lett blåses bort. Svovelsyre ble pumpet inn i kjeglen via en egen ledning 10.

Luft ble injisert i kjeglen gjennom dens spiss via led-ningene 11, 12, og luftmengden ble målt ved hjelp av en strømningsmåler i ledningen 11. En gjennomhullet, horison-tal plate 9 var innført i den nedre del av kjeglen for å utligne luftfordelingen. Reaksjonsblandingens temperatur ble registrert og overvåket ved hjelp av et termoelement og en skriver. Reaksjonsavgasser ble vasket med vann i vasketårnet 4. Reaksjonsoppløsningen ble tappet gjennom ledningen 16 ved toppen av kjeglen, og reaksjonen ble avsluttet i beholderen 6 for efterreaksjon som var forsynt med damp-elementer for å hindre temperaturen i beholderen fra å synke.

Reaksjonstemperaturen under hovedparten av de utførte forsøk var 120-125°C.

Ved en rekke forsøk ble den såkalte volumutnyttelsesgrad bestemt, dvs. hvor meget av kjeglens volum som inntas av faste eller flytende materialer. Det øvrige volum ble inntatt av skum og luft. Da 18 kg/min bauxitt + svovelsyre + vann ble tilført, var volumutnyttelsesgraden f.eks. 69%. Det kunne påvises at denne volumutnyttelsesgrad godt tilnærmet er en rettlinjet funksjon av luftstrømmen og at volumutnyttelsesgraden avtar med økende tilførsel.

De følgende forhold ble erholdt mellom volumutnyttelsesgraden og luftstrømmen for forskjellige tilførte bauxitt-mengder:

Det maksimalt utnyttede volum var ca. 75%.

Ved et forsøk ble de følgende mengder tilført til kjeglen, 9,7 kg bauxitt/min, 16,3 kg svovelsyre/min og 12,5 kg vann/min. Luftstrømmen gjennom kjeglen var 45 m 3/h.

Efter at disse mengder var blitt tilført i 11 minutter, ble en prøve tatt av oppløsningen i kjeglen og viste at svovelsyreoverskuddet var 5,8%. De følgende analyser ble derefter utført for prøver som ble tatt efter forskjellige reaksjonstider i beholderen for efterreaksjon.

I beholderen for efterreaksjon ble således en oppløs-ning erholdt som efter krystallisasjon er fullstendig sammen-lignbar med produkter fremstilt i overensstemmelse med vanlige metoder.

Dersom luftstrømmen gjennom kjeglen er for lav under oppslutningsprosessen, vil oppløsningen koke kraftig over. Når den mengde pr. tidsenhet som bauxitt tilføres til kjeglen med øker, øker også den nødvendige mengde luft pr. kg bauxitt. Ved f.eks. 50 kg bauxitt/min er den nødvendige luftstrøm ca. 0,3 m 3/kg bauxitt, som gir en samlet luft-strøm av ca. 9 30 m 3/h. Ved 100 kg bauxitt/min er de til-svarende verdier henholdsvis ca. 0,6 m 3 luft/kg bauxitt og 3600 m 3 luft/time. Disse verdier er blitt oppnådd da en kjegle med en volumkapasitet av 400 liter ble anvendt. Méd en større kjegle øker oppholdstiden, hvilket innebærer at mindre luftmengder er nødvendige. I et anlegg av den på figuren viste type kan en kjegle med en volumkapasitet av ca. 2 m 3 anvendes for oppslutning av ca. 50 kg bauxitt/min.

Den nødvendige luftstrøm når bauxitt tilføres med 50 kg/min, ligger normalt mellom 200 og 900 m 3/h med en oppholdstid av ca. 8 minutter.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte ved fremstilling av en aluminiumsulfat-oppløsning, hvor et aluminiumhydroxydholdig råmateriale, spesielt produkter fra Bayer-prosessen eller bauxitt, blandes med en svovelsyre-vannoppløsning under oppslutning av råmaterialet for dannelse av en aluminiumsulfatoppløsning,karakterisert vedat en gasstrøm blåses gjennom den vandige svovelsyreoppløsning i det minste mens den hovedsakelige del av råmaterialet tilsettes, i tilstrekkelig mengde til fra oppløsningen å fjerne vanndampen som dannes under den eksoterme oppslutningsreaksjon, hvorved skumning av blandingen i det vesentlige elimineres under oppslutningsprosessen, og ved at gassen velges i overensstemmelse med dens reduksjonsevne for å utelukke muligheten for reduksjon av hvilke som helst oppløste Fe(III)-ioner under oppslutningsprosessen.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat gassen er luft.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 og krav 2,karakterisert vedat gassen atomiseres når den blåses inn i oppløsningen.

4. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de fore-gående krav, karakterisert vedat oppslutningsprosessen utføres i en omvendt kjegleformig beholder, og ved at gassen blåses inn i beholderen gjennom dens spiss.