Bereiding van aluminium

r /" ;'. I t ) , i

r

1'1 i I r I

~,

'T"' ! -I ~. J.',~ !' .

r

_I

I

I

I . I

t

i_. ~. Y

I

i

.

I I J I 1 I . \' \ I ~~\!l 1 i! i · . , . . I . r~

\\

-.& I I )

1

I

1 I

I

_I I I J

l

I I

I

i FABRIEKSSC HEMA.~. BEREIDING V~N ALUMINIUM.

---

---E'.A.WIJSMULLER AI. J • ~OTTING Mei ~954.· ~-~---! •

\~~.----,----~~~--~~~

..

~~~--~~---I N H 0 ij DJ: Pagina1.: K '

.

Inleiding. 1 .,' B. Eigenschappen en gebruit.

2

\.~ _0;. Mineralen.

3

D:. Bereidingsmethoden van ~luminium.

₄

E. Bereiding van aluminiumoxyde volgens

het proces van Bayer.

F.

_--

Electrolytische bereiding van aluminium

. uit !cr. 0\

2 3

• 16 G. Alppara 1ïuur •

₁₆

H.

aöderberg oven.

22

I.

3Jtofba1ans •

23

J. Berekening warmtewisselaars.

₂₄

K.

Berekening autoclaaf.

30'

L • Literatuurlijst.

₃₇

..

~

1

BEREIDING VAN ALUMINIUM.

=========================

A.

Inleiding. Litt. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11. Aluminium, het derde meest voorkomende element, werd in 1808 voor het eerst electrolytisch bereid door Davy, met behulp van een platina schaal als anode en een ijzerstaaf als kathQde. Het bleek inplaats van zuiver aluminium, een legering van aluminium en ijzer te zijn. In 1825 verkreeg Oersted, in 1827 WÖhler, aluminium door het reduceren van aluminium-chloride met kalium, resp. kalium amalgaam. Het duurde echter nog tot 1886, dat op grotere schaal aluminium werd bereid. In dit jaar werd door Héroult in Frankrijk en Hall in Amerika, aluminium bereid door het electrolyseren van gesmolten aluminium-oxyde, waaraan kryolieth werd toege-voegd om de gewenste dichtheid en e1ectrische geleidbaarheid der smelt te verkrijgen. Men gebruikte koolstof electroden. In 1887-'88 werd de eerste electrolytische aluminiumfabriek op-gezet te Neuhausen, door de "Schweizerische Metallurgische Gesellschaft". Dit bedrijf begon met een productie van 40 ton

's jaars, welke al ga~w werd opgevoerd, mede door nevenbedrij-ven in Duitsland, Spanje en Italië, tot 40.000 ton.

De wereldproductie per jaar vertoont het volgende beeld:

jaar ton jaar ton

1910 45.000 1943 1.946.000 1920 160.000 1947 700.000 1930 270.000 1953 1.360.000 (7) 1940 802.000

1943 bleek een top-jaar te zijn in verband met de abnor-male behoefte aan aluminium door de oorlog.

De jaarlijkse invoer in Nederland is 10.000 ton.

De prijs van aluminium is snel gedaald, naarmate de pro-ductie groter en de electrische stroom goedkoper werd. In de U.S.A. was het volgende p~ijsverloop:

jaar prijs per :ton in $ jaar prijs per ton in $

1889 4400 1939 440

1900 721 1943 330

1920 675 1948 ₃₇₅

B.

Eigenschappen en gebrui:k. Litt.

3,

4,

5,

6, 10, 11.

Het metaal aluminium wordt in verschillende graden van zuiverheid geleverd. Men heeft IIhandelsaluminiumll

(Reinalumi-nium in het Duits, Commercial aluminium in de Angelsaksische landen). Dit bevat ongeveer t - lt

%

onzuiverheden.

Het nogmaals door electrolyseren gezuiverde aluminium (Reinstaluminium, super-purity aluminium) bevat ongeveer

0.02

%

of minder onzuiverheden. Dit is zuiver aluminium.

Enkele physische en mechanische grootheden, welke gelden voor het bovengenoemde z~iver aluminium (99,98

%)

zijn in on-derstaande tabel ondergebracht.

At.gew. dichtheid smeltpunt kookpunt lin.uitz.coëff. spec.warmte treksterkte elasticiteitsgrens elasticiteitsmodulus rek brinell hardheid 26.97. 2.699 (200

a).

660.240

a

(d

=

2.426). 22700 C (760

mm).

23.86

x

10-6/°0. 0.226 cal/Sc

°a.

7

à 10 kg/mm2 •

3

à 6 kg/mm2 . 7540 kg/mm2 • 20 - 40 % (2 in). 18 - 24 kg/mm2 .

De physische en mechanische eigenschappen zijn sterk af-hankelijk van de percentages verontreinigingen welke het alu-minium bevat. Deze verontreinigingen zijn hoofdzakelijk:

ijzer, silicium, titaan, koper en zink. Van veel belang zijn

de wa~mtebehandelingen en mechanische vervormingen, welke

het metaal ondergaat .• Dit uit zich vooral in de grootte van de treksterkte, elasticiteitsgrens, hardheid en andere mecha-nische eigenschappen van het metaal .•

Het lage soortelijk gewicht van aluminium'maakt het tot een zeer gewild materiaal, vooral gelegeerd met kleine

per-centag~s van andere metalen, waardoor de treksterkte,

elasti-citeit enz. in de gewenste richting zijn te variëren. Deze le-geringen hebben een grote sterkte, per gewichtseenheid, wat een belangrijke eigenschap is voor metalen.

De voornaamste legeringselementen zijn: koper, mangaan, zink, magnesium en silicium, terwijl de laatste tijd ook het element titanium een belangrijke rol in deze gaat spe1en. Een bekende legering is de aluminium-koper legering, het duralu-minium, wat in verschillende soorten is te verkrijgen, doordat het met zeer kleine hoeveelheden andere elementen, zoals mag-nesium en silicium nog wordt gelegeerd. Al deze legeringen

,,"--,

3

spelen een grote rol in de vliegtuig- en scheepsbouw-industrie. Een ander toepassingsgebied van aluminium is als gepoederd

metaal in de aluminothermie en verfindustrie.

c.

Mineralen. Litt. 4, 5, 8. 1. Bauxiet.

Bauxiet is een mengsel van de oxyden van aluminium, ~zer,

silicium, titaan, waarnaast nog kleine hoeveelheden andere elementen voorkomen, die veelal van ondergeschikt belang zijn. Dït mineraal werd het eerst b~ "les Baux" in Frankrijk gevon-den en door Berthier in 1820 onderzocht.

De eerste bauxiet winning begon in het groot in 1873 in Zuid Frankrijk. Het mineraal heeft een dichtheid variërende van 2.2 tot 3.0 al naar gelang de samenstelling. neze veran-dert met de vindRlaats. De belangrijkste bestanddelen komen er in de volgende percentages in voor:

a) b) c) A1₂0 3 Fe₂0

3

~i02 Si02 H

₂

0 (chem.geb.) 50 -

65

%.

0.5 - 20

%.

1.2 - 10

%.

1 - 30 %. 12. - 32 %.

De voornaamste vindplaatsen zijn:

In Europa:

In Amerika:

In

Azië:

Zuid Frankrijk, Hongarije, Roemenië, Italië,' Dalmatië, Rusland en het eiland Jan Mayen bij IJsland.

U.S.A. (Arkansas, Georgië, Tennessee en Alabama) •

Zuid-Amerika: Br~ts- en Ned.Guyana. In voormaLig Brits- en Ned.Indië en Malaya.

d) In Afrika en Australië.

In Brits- en Ned.Guyana (Suriname) wordt één van de beste soorten bauxiet gedolven. Deze bevat weinig Si0

₂

en Fe₂0

3 en veel A1203 • Ook is het een gemakkelijk te ontsluiten bauxiet.

Een slechte en moeilijk te ontsluiten bauxiet is bijv. die uit Zuid-Frankrijk, welke ongeveer 15 - 30 % _{Si02 en 10 - 20} %

Fe203 bevat. Bauxiet wordt zowel in onderg+ondse mijnen als in dagbouw gewonnen. In Zuid-Frankrijk en Suriname vindt men o.a. dit laatste. De bauxiet uit Suriname wordt geheel door de U'. S.A. verwerkt. Zij wordt ter plaatse gebroken, gewassen en in roterende trommels gedroogd, om op deze wijze vrachtkosten te sparen.

71

De aluminiumfabriek, welke door ons wordt opgezet, komt in Suriname te staan.

De samenstelling van de Surinaamse bauxiet is: A1203 60 % Si02 2% Fe 203 5 % Ti02, 3 % H₂0 30 % 2. Andere mineralen.

De voornaamste zijn: kaolien, andalusiet, veldspaath, labradoriet, leur iet en kryolieth. In al deze mineralen is het aluminium-gehalte zodanig, dat het veelal oneconomisch is om hieruit electrolytisch aluminium te bereiden.

Kryolieth is in ander opzicht echter van belang bij de aluminium-bereiding, n.l. als "flux" of oplosmiddel in de A1₂0

3 smelt. Het is een duur mineraal, daar het slechts al-leen op IJsland voorkomt.

Hieronder volgen enige productiecijfers van bauxiet-leve-rende landen in 1947 (Bureau of Mines).

U .S.A. Suriname Hongarije 1.215.000 ton. 1.739.000 ton. 13.?00 ton. De wereldproductie was als volgt:

jaar 1939 1943 194? ton 4.500.000 13·700.000 5.500.000

De wereldproductie was in 194? weer op het vooroorlogse peil gekÇimen. Deze cijfers zijn echter niet geheel juist, .daar de productie in Rusland onbekend is.

De prijs van bauxiet is in de U.S.A. op het ogenblik: (1954) $ 9.50 - 10.00 per ton; van kryolieth.

$ 15 à 16 per 100 lb. ; van ge·cal.cineerde.

$ 0.03 à 0.05 per·lb. (7).

D\ Bereidingsmethoden van Aluminium.

D~ bereiding van het metaal geschiedt in twee trappen: I. de bereiding van zuiver A1203 uit de mineralen;

II. de bereiding van het aluminium door electrolyse in een bad van gesmolten A1203 en kryolieth.

5

Ret metaal is slechts op deze wijze zuiver te bereiden, omdat de verontreinigingen veel moeil~ker uit het metaal dan uit het oxyde te halen zijn.

ad.r.

a) 1.

", };Bèreiding van zuiver A1203.

Uit bauxiet (alkalische processen). Bayer methode.

In 1887 ontwikkelde Bayer een ontsluitings procres voor bauxiet met natronloog. Het in het bauxiet aanwezige A12~,

gaat in oplos~ing:

A120, + 2 NaOR ~2 _NaAI02 ~ _R20

De'verkregen oplossing wordt daarna ge~iltreerd, verdund en na enten met A120, deeltjes, slaat het Al(OH), neer:

NaAI02 + _{2 H20} ) AICOH)3 + NaOH

Dit AICOH), wordt a~gefiLtreerd en in een calcineeroven omgezet tot Al20,.

(Zie voor uitvoerige bespreking van dit proces onder E). 2. Proces van Le Ghatelier-Deviilile.

Dit is het z.g. sinterproces, waarb~ vooral bauxieten worden verwerkt, die een laag kiezelzuur-gehalte hebben. Men sintert het bauxiet samen met lt à 2 maal zoveel watervr~

natriumcarbonaat. De benodigde temperatuur is 12000 G. De volgende reactie heeft dan plaats:

Al20, + Na2CO, ~ _{2 NaAl02} + _CO2

f.

Men voert de reactie uit in roterende calcineerovens. Nadelig is, dat er ook natriumcarbonaat wordt verbruikt door de vorming van het oplosbare natriumsilicaat enz.

Na afkoelen der sintermassa'wordt deze uitgetrokken met water, gefiltreerd en het AICOH)3 weer neergeslagen met be-hulp van koolzuurgas. Het AICOH)3 wordt hierna afgefiltreerd. De gevormde soda-oplossing wordt ingedampt en teruggewonnen.

,. Gecombineerd Bayer-Le Ghatelier-Deville proces.

---Wanneer bauxieten r~k zijn aan kiezelzuur, voegt men eerst GaGO, en Na2G03 toe aan de grondstof en ontsluit dit. 8i02 wordt dan gebonden tot Ca2Si04 e~ het gevormde

aluminiumsili-caat wordt dan verder verwerkt volgens het Bayer-proces. Veel-al is deze gecombineerde methode in gebruik bij. fabrieken, wel-ke een zeer gevariëerde ertsaanvoer hebben en zeer grote hoe-veelheden verwerken.

4.

_---

Sinterproces, waarbij naast Na2G03 ook GaG03 wordt

- - - - -

-gebruikt.

Si0_{2 te binden tot Ca2Si04 ' zodat geen Na2C03 voor} silicaat-vorming wordt verbruikt.

Er ontstaat ook calciumaluminaat, dat echter oplosbaar is in water. De verdere verwerking

is

hetzelfde als onder 2. Dit proces wordt ook wel gebruikt om uit het rode slib, dat bij het Bayer-proces achter bJljft, nog .. het aluminium te winnen.

5.

Ontsluiting met kalk (CaO) (13, 14).

Er ontstaan hierbij dubheLverbindingen, zoals: CaO Al₂0

3 en CaO Si02• Het calciumaluminaat gaat in verdunde

loog in oplossing, terwijl het calciumsilicaat onopgelost achter blijft met de andere verontr>einigingen zoals Fe203 ' Ti02 enz.

Een nadeel is, dat men bij zeer hoge temperaturen moet sinteren: 1400 - 18000 C. Ook is een juiste dosering van de hoeveelheid CaO van belang, daar er in het systeem A1203 ' Si02 ' CaO allerlei onoplosbare verbindingen ontstaan, waarin A1203 gebonden is, zodat men deze verbinding verliest.

6. Proces van Hall:

---~---Men mengt bauxiet met anthraciet en dit mengsel wordt bij 10000 C gesinterd. Daarna worden hier briketten van ge-maakt, welke in een electrische oven, waarin n0g ex.tra cokes wordt gebracht, worden verhit.

De

oventemperatuur is ongeveer 25000 C. A1203 komt in gesmolten toestand bovendrijven op een smelt van ferrosilicium, ferrotitanium enz. Men>;Jtapt deze smelt van onder af, het A1203 van boven. ~et _A1203·wordt

daarna verder gezuiverd en gedroogd.

7.

Proces van Háglund:

---~---Men gebruikt voor dit proces minderwaardige bauxiet. Deze wordt gemengd met pyriet en cokes. Het geheel wordt in een calcineeroven onder H2S atmosfeer verhit, daarna tot een smelt verhit in een electrische oven. ~en verkrijgt:

A1203 + 3 FeS + 3 C ~ A12S3 + 3 CO + 3 Fe

Het aanwezige silicium en titanium vormen met ijzer ferro-silicium en ferrotitanium. Door weer op verschillende hoogten af t~ tappen scheidt men de slak van het ijzer, FeSi en FeTi. Deze slak (A12S3) wordt met water behandeld. Het gevormde Al(OH)3 wordt op de gebruikelijke manier op Al203 verwerkt.

IJzer is hier een belangrijk bijproduct.

b. Uit andere grondstoffen (zure processen). (15, 16, 20) Voor grondstoffen zoals: kaolien, labradoriet,

andalu-X siet, le~ciet enz. , welke lage aluminium.percentages bezit-ten, worden meestal zuren als ontsluitingsmiddelen gebruikt. Daar deze methoden voor de bereiding van aluminiumoxyde uit

7

bauxiet niet in aanmerking komen, willen ~ ze hier zeer in het kort noemen:

!~

___

2~~~!~!~!~~_~~~_~~!~

~ een temperatuur van 50 à 800 C wordt het silicaat uitgetrokken met 15 à 20

%

HC1. IJzer en aluminium gaan dan als chloriden in oplossing. Si02 ' Ti02 enz. blijven onopge-lost. Al en Fe worden daarna gescheiden met ammonia en natron-loog. Een nadeel is dat men b~ het gebruik van HOl, HC1-be-stand materiaal moet gebruiken.

2. Ontsluiting met H2S04:

Deze methode is in gebruik om uit de silicaten aluminium-sulfaat te bereiden voor de papier- en textielindustrie. Een variant hierop is de ontsluiting met ammoniumbisulfaat in een autoclaaf.

Het ver~deren van ijzer-, titaan- en chroomverbindingen

geeft bij deze methode grote moeilijkheden.

'~:

___

~~:~~~~:~~~_~:~_~~2:

Deze ontsluiting geschiedt inV2A-stalen apparatuur. Het filtraat, dat men hierbij verkrijgt, wordt ingedampt, waarbij het basische aluminiumnitraat uitkristalliseert. Men verhit dit tot 4000 C, waarb~ door verdere ontleding Al203 ontstaat.

~:

___

~~~~~~~~~~~_~:~_~g~~2_~~~g2:

Zwaveldioxydegas wordt in een autoclaaf aan een brei van water en silicaat toegevoegd. Na ~et affiltreren van het

kie-zelzuur wordt door stoom te blazen in de massa, basisch alu-miniumsulfiet neergeslagen. Dit sulfiet ontleedt men verder tot Al203 door verhitten in een calcineeroven.

a<L.II. Bereiding van aluminium uit Al203.

Het electrolyseren van het gesmolten A1203 vindt plaats b~ ongeveer 9500 C, in een bad van: gesmolten kryolieth,

Na

3AIF6 • Het smeltpunt van deze' stof is 10000 C. Dit wordt door toevoegen van A~203 verlaagd. 5

%

A1203 geeft de minimum te bereiken temperatuur, n.l.: 9200 C. Het gunstigste is dus om b~ deze temperatuur te electrolyseren, daar b~ hogere tem-peratuur meer aantasting v~ het electrodenmateriaal plaats vindt. De dichtheid van het kryolieth-aluminiumoxyde mengsel in gesmolten toestand en die van gesmolten aluminium is van veel belang~ _{Deze moet n.l. zodanig zijn, dat het gevormde}

aluminium vlot naar de bodem van het'electrolysevat zinkt. Gesmolten kryolieth heeft een dichtheid van 2.10 - 2.20, ge-smolten aluminium van 2.54 b~

±

90?0 C. De electroden, welke

de anode vormen, bestaan uit koolstof, welke uit petroleum-cokes of pekpetroleum-cokes worden gebakken. Bij de 8öderbergoven doet men dit in het gesmolten zoutbad zelf.

, De koolmassa wordt n.l. door aluminiumbanden bij elkaar gehouden en zakt langzaam in het bad. De aluminium banden smelten en de yekcokes bakt samen tot een harde massa.

Bij de reductie van het A1203 komen grote hoeveelheden zuurstof vrij. Deze verbindt zich met de koolstof der anoden tot CO en C02. De anoden worden dus opgebruikt en moeten daarom continu worden toegevoerd. ,

Per ton geproduceerd aluminium wordt ongeveer 500 'à 600 kg kool verbruikt. (9).

De electrodenkool dient zeer zuiver te zijn. De kathode bestaat uit een door electrodenkool bekleed electrolysevat.

In verband met de vorming van CO, dient er een goede gasafvoer te zijn boven het electrolysevat.

E. Bereiding van aluminiumoxyde volgens het proces van Bayer.

(17,

18, 19, 2~)

I. Keuze van het proces.

Het Bayer-proces leent zich het, beste voor bauxieten met een laag percentage verontreinigingen, zoals 8i02 en Fe203 • De bauxiet uit Suriname, welke wij verwerken gaan, voldoet aan deze eigenschappen.

Het kiezelzuur- en ijzeroxydegehalte is laag, terwijl ~et

aluminiumoxyde gehalte hoog te noemen is.

Een groot voordeel van het Bayer-proces boven de andere genoemde, is, dat men bij betrekkelijk lage temperaturen werkt. De ontsluiting is n.l!. bij ongeveer 1900 C. Het Bayer-proces is, vergeleken met andere processen, zoals die van Hall en Haglund, goedkoper in landen waar geen goedkope electriciteit

ter beschikking staat.

De belangrijkste concurrent van hetJ?ayer-proces is die met de ontsluiting van het bauxiet met kalk. Deze is echter niet voordelig, wanneer er niet een zeker percentage kiezel-zuur aanwezig is, welke, nodig is om het proces goed· te laten verlopen.

Het proces, waarbij de bauxiet wordt ontsloten met soda, komt weinig meer voor, het vereist te veel energie voor de terugwinning der soda. Ook het Hall- en Haglund-proces worden weinig meer toegepast. (8).

II. Principes van het Bayer-proces. a. Chemisme.

De in de bauxiet aanwezige aluminium hydraten AlO(OH), Al (OH)3.. enz., lost men op in warme geconcentreerde natronloog.

I

I

I

9

AlO(OH) + NaOH + aq

--+.

_NaAl02 + _{x H20}

Al(OH)3 + NaOH + aq _{,. NaAl02} + _{x H20}

(1)

De thermodynamische gegevens van deze reacties ontbreken. Bijberekening van de re~ctiewarmte uit de vormingswarmten en oplossingswarmten der deelnemende stoffen bl:ijkt, dat er per grammolecuul gevormde stof, ongeveer 1 à 2 kcal vrij komt.

De verkregen oplossing van natriumaluminaat, waarin als onoplosbare deeltjes, de verontreinigingen Fe203 ' Ti02 en gedeeltelijk het Si02 aanwezig zijn, wordt gekoeld, gefiltreerd, verdund en daarna in kristallisatiebakken gevoerd. Hierin laat men het AI(OH)3 ' na enten met Al203 ' uitkristalliseren. Bij het verdunnen met water van de aluminaat-oplossing, treedt de volgende reactie op:

NaAl02 + _{x H20}

---+

Al(OH)3 + NaOH + aq (2)

Om de optredende verschijnselen te verklaren, heeft men zmch ook wel de volgende reacties gedacht, inplaats van (1):

Al(OH)3 + OH' f - - > Al(OH)4' (oplossing) (3),

want bij hogere temperatuur neemt n.l. de hydrolyse toe inplaats van af, dus zou (1) niet te verklaren zijn en eerder (2) plaats hebben. Bjj verdunnen verloopt dus reactie (3) naar links,

waarmee wel een logische verklaring voor het v~rmen van Al(OH~

is verkregèn.

Het oplossen van de bauxiet is minder afhankelijk van de concentratie van de natronloog dan van de temperatuur. B~ een hoge concentratie van de loog speelt de temperatuur geen

be-langrijke rol. Men gebruikt inplaats van natronloog ook wel een soda-oplossing om de bauxiet te ontsluiten.

Een belangrijke duurtefactor zijn de indampkosten van de

natronlo~g. Om deze te drukken kan men proberen zulke

metho-den te vinmetho-den, waarbij de loog concentraties voor het ontslui-ten en bij het laontslui-ten uitkristalliseren weinig verschillen, dus het oplossen en weer neerslaan van het Al(OH)3 alleen afhanke-lijk van de temperatuur en druk te doen, z~.

b. Physische eigenschappen.

Het watergehalte van de bauxiet heeft invloed op ver-schillende bewerkingen zoals: malen, drogen, ontsluiten enz. Men heeft zachte bauxieten, die veel water bevatten en hardere welke de hardheid van kalksteen hebben. Maal- en

breekwerktui-gen zal men dus hieraan moeten aanpassen. Verder spreekt van-zelf, dat het watergehalte invloed uitoefent op de grootte der droogmachines. Ook is de deeltjes-grootte van invloed op het ontsluiten, kleine deeltjes ontsluiten moeilijker dan de grovere kluitjes, verkregen b~ de zachtere bauxieten.

ad.l.

c. Benodigde natronloog. De loog

1)

2)

voor de ontsluiting is te verkr~gen door: het betrekken van sterke loog van fabrieken;

soda met calciumhydroxyde om te zetten in een verdunde natronloog oplossing, welke tot de gewenste sterkte wordt ingedampt.

3) bauxiet in een sinteroven bij 12000 C met soda te verhitten.

Dit wordt vooral toegepast b~ kiezelzuur-arme bauxieten, omdat de verliezen aan natronloog b~ deze proces-sen klein zijn. Natriumhydroxyde kan men het beste oplosproces-sen in een vat met roerder, waarb~ men rekening dient te houden· met de optredende warmte-o~twikkeling. Men kan in plaats van water ook als oplosmiddel verdunde aluminaatloog nemen.

ad. 2.

ad .•

3.

Deze werkwijze is volgens Ie Chatelmer-Deville. Men verkrijgt hierbij naaat de soda ook grote hoeveelheden NaOH ge-vormd:

NaAl02 + 2

Ht>

-~) Al(OH)3 + NaOH

ID. Het verloop van het proces (benodigde apparatuur).

a) Breken.

De per schip of wagon aangevoerde bauxiet' wordt via een transportband naar de "voorbrekers" vervoerd.· .

Als voorbrekers worden~bruikt: walsenbrekers, bekbre-,kers of kamermolens. Walsen zijn in gebruik voor de zachte

bauxieten, de bekbrekers en kamermolens voor de .l:Ó:)i.:ddel en harde bauxieten. Metaaldeeltjes in de bauxiet dient men voor-af te verwijderen, daar deze de breekoppervlakten kunnen be-schadigen.

b. Drogen en malen.

O~ de bauxiet te drogen zijn in gebruik de etagedrogers en de roterende buisovens, de z.g. "notary kilns", of calci-neerovens.

Handiger is het, mits het materiaal zich.h~ervoor leent, om het drogen'en malen in één apparaat uit te voeren, wat mo-gelijk is bij de Raymond molen. Bij deze molen wordt het fijne materiaal door een luchtstroom afgevoerd naar cyclonen, waar het van de lucht.wordt geSCheiden. Gebruikt men nu verwarmde lucht of verbrandingsgassen, dan kan men het materiaal tevens drogen.

llL,

De lucht is op verschillende manieren te verwarmen, o.a. met olie of gasbranders. 'Als het materiaal er geen schade door l:~jdt kan men de verbrandingsgassen zelf gebruiken en door de molken sturen.

Soms wordt de bauxiet zonder vooraf te drogen, direct met de loog gemengd en ontsloten. Dit heeft als nadeel,'dat de indampkosten van de loog worden verhoogd. Ook worden dan de in de bauxiet aanwezige organische bestanddelen niet ont-leed. Er _{ontstaat dan in de autoclaafC02 ' welke met de loog,}

soda geeft, dus een verlies aan loog betekent. Gedroogde bauxiet geeft, zoals in de praktijk is gebleken, een heldere oplossing na ontsluite~, in'tegenstelling tot niet gedroogde.

Nat malen is dan ook alleen gunstig, als het water-ge-halte kleiner is dan 7

%.

c. Wegen en Mengen.

Voor het wegen van de bauxiet zijn weegscha~en in gebruik,

die tege~ertijd hoeveelheden van ongeveer 6 ton kunnen

afwe-gen. Ook is het mogelijk om aan de transportband, waarover de gedroogde bauxiet wordt vervoerd naar de menger, een automa-tisch regist~erend weegapparaat aan te brengen.

De afgewogen hoeveelheid bauxiet wordt met de benodigde hoeveelheden noplosloog" en verse loog in de mengers gebracht. De oplosloog is ~ngedampte loog uit de verdampers. De verse loog is de hoèveelheid loog, die per uur gesuppleerd moet wor-den.

Men gebruikt alsmengers bakken, welke van een roerwerk zijn voorzien en van loogbestand materiaal zijn gemaakt. Men kan hiervoor o.a. nemen roestvrij staal met 18

%

Cr, 2

%

Ni en 0.3

%

C.

d. Autoclaven.

De grootte van de autoclaven hangt af van de ontsluittijd en de toe te passen druk. De ontsluittijd der bauxiet variëert van 1 - 4 uur. Voor de bauxiet uit Suriname wordt een tijd

ver-~ist van lt uur bij een druk van 10 atmosfeer (zie 8). Verder

i's de grootte van deze apparaten nog afhankelijk van de grootte van het bedrijf. Men houdt de'afmetingen met het oog op de toe te passen druk, liefst zo klein mogelijk daar anders de wanden ze.er dik moeten worden uitgevoerd, wat kost,baar is.

Voor de autoclaven worden voorverwarmers geschakeld. De op te warmen vloeistof uit dè menger wordt door deze voorver-warmers geleid, terwijl de warme uit de autoclaaf komende

v~eistof hieraan z'n warmte afstaat. Men laat deze vloeistof

onder druk, totdat ze in deze apparaten is afgekoeld tot 100001

met behulp van een reduceerventiel aflaat tot de atmosferi-sche. De op te warmen vloeistof wordt door pompen, welke een

druk van 12 -14 atmosfeer kunnen geven, via de warmtewisse-laars in de autoclaven gebracht.

De warmte, die na de warmtewisselaars nog moet worden toegevoerd om 4e vloeistof op de temperatuur te brengen, wel-ke in de autoclaaf moet heersen, levert men met behulp van een extra warmtewisselaar, die met dowtherm wordt verwarmd. In de autoclaven 'voeren wij de warmte toe met behulp van een stoom-spiraal. Deze houdt daardoor de temperatuur constant in de autoclaven. De reactiewarmte, die vrijkomt, is, zoals ~ reeds eerder vermeldden, te verwaarlozen. Bij een continu bedrijf zijn ongeveer de helft van het aantal autoclaven nodig als bij een discontinu bedrijf. Autoclaven en w~rmtewisselaars moeten van een corrosiebestand materiaal worden gemaakt, dat deze eigen-schap ook bij hogere temperatuur behoudt.

e . Verdunner s •

Vanuit de autoclaven gaat de ontsloten bauxiet via de warmtewisselaars naar de verdunners. Dit zijn grote bakken uit metaal gemaakt, welke van een roerwerk zijn voorzien. Om het mengsel niet te snel af te laten koelen zijn de verdunners voorzien van een stoomspiraal. Doorgaans, afhankelijk van de grootte van het bedrijf, zijn meerdere verdunners in gebruik.

Minstens zijn er drie, n.l. één die wordt gevuld, één die wordt geroerd en één die wordt leeggepompt. Vanuit de verdunner gaat de vloeistof naar de indikker.

f. Indikkers : (Dorr Thickeners).

Vanuit de verdunner komt de ontsloten bauxiet in de z.g. Dorr thickeners.

De eerste indikker dient om de vloeistof en vaste stof te scheiden, de onopgeloste delen, zoals Fe203 ' Ti02 en

ge-deeltel~K ook de hoev~elheid _{Si02 zakken naar beneden en een}

heldere vloeistof blijft er boven staan. Dit is het z.g. "kla-ren" van de ontsloten bauxiet.

Men noemt het slib, dat naar beneden'zakt "rood slib", (in het Duits "Rotschlamm") door de rode kleur, welke het Fe203 er aan geeft. Deze indikkers zijn ook weer voorzien van een roerinrichting en een verwarmingsinstallatie; de laatste is aanwezig, opdat de vloeistof niet te veel afkoelt en het

A12P3 ook met het rode slib gaat neer~laan. De loog verblijft

24 uur in de indikkers. Men voegt aan de oplossing wel kalk-melk of chloorcalcium toe om de loog stabieler te maken, zo-dat geen Al203.. zal neerslaan. Laat meli de temperatuur .echter niet beneden 700 C komen dan bestaat er geen gevaar voor

ver-13

liezen van deze stof. Men moet dan een zeker.e verhouding van Na : Al waarborgen. Deze moet dan ongeveer 1.80 -l.85 z:ijn.

Men dient zorg te dragen, dat de indikkers tot aan de overloop vol gehouden worden, zodat de loog met een gel~Kma­

tige druk op het uitlaatventiel staat, welke de loog toe- en afvoer regelt.

Deze ~ indikkers, waarvan er ook weer afhankel~k van de grootte van het bedrijf meerdere in gebruik z:ijn, verlaat'" de "geklaarde" aluminaatloog via een overloop. Zij passeert een filter, welke de laatste er nog in zwevende deeltjes er uit ~aalt, een loogkoeler, welke de loog tot ongeveer 300 C afkoelt en komt dan in de kristalliseerbakken.

Het rode slib verlaat de l~ indikkers aan de onderkant en wordt naar de 2~ indikkers of de z.g. "was indikkers" ge-pompt. Deze z~ ook als gewone Dorr thickeners uitgevoerd. Hierin wordt het rode slib gewassen en zo van loog bevrijdt, het:V;aswater komt van het Kelly-filter af, waar het rode slib wordt afgefiltreerd. Het rode slib neemt een gedeelte van de loog en A1203 mee, welke ~us ve~loren gaat. Boven uit deze was indikkers tree~t de vloeistof via de overloop en gaat naar de verdunner (zie e).

Een indikker moet na een jaar worden gereinigd in ver-band met de afzetting van korsten rood slib op de bodem en in de leidingen.

g. Kelly-filters.

Het rOde7s1ib, dat onder uit de was indikkers als een soort brei k~mt, wordt naar het Kelly-filter gepompt en daar van meegesleepte aluminaatloog gescheiden.

Het filtergaas bestaat uit loogbestand metaalgaas, meestal ijzerdraad of monelmetaaldraad.

Het van het Kelly-filter komende rode slib wordt, na drogen, gebruikt in gasfabrieken als 'jjzeraarde:.om H2S en HCN uit het ruwe lichtgas te halen. Ook'voor de zuivering van de~

Fischer Tropsch synthese gassen wordt het wel gebruikt. Een andere bestemming heeft het wel in de verfindustrie. Naar

ge-l~ng van de behoefte en grootte van het bedrijf, zijn er weer

meerdere Kelly-filters opgesteld.

Zoals onder f) werd vermeld, neemt het rode slib een ge-deelte loog en A120~ mee en wel als de verbinding:

2 Na202 A1203

3

SiO_ê + 2 H

₂

0 •

De loogoplossing,. die uit de l~ indikker komt (zie f), passeert ook nog een filter Q~ .. ; de loog van laatste resten

. vaste deeltjes te bevrijden. Als de te verwerken hoeveelheid loog groot is, wordt hiervoor ook een Kelly-filter genomen.

BijJkleine hoeveélheden maakt men gebruik van een Seit~­

filter of van filterpe~sen, we,lke met. papier zijn bespannen. h) Kristalliseerbakken.

De aluminaatloog komt nu vanuit de indikkers via een Kelly-filter en koeler in de kristalliseerbakken.

Bij kleine bedrijven kan m~n hiervoor metalen bakken nemen met een ~ van 6 m en hoogte van 10 m.

In grotere be~ijven is het aan te bevelen om hiervoor betonnen bakken te nemen, welke men groter kan uitvoeren. De bakken zijn voorzien van roerders met een lage omwentelings-snelheid, ongeveer 6 omwentelingen per m;inuut. D.e verblijf tijd. van de aluminaatloog in deze bakken is groot en wel 48 uur. Men dient er dus meerdere in bedrijf te hebben, zodat men van

continu toe- en afvoeren van de aluminaatloog resp. neergesla-gen "AJ..(OH), slurry" kan zijn verzekerd:. Het neerslaan van het hydraat Al(OH), moet men bevorderen door enten met AlaO,

deeltjes. Hiervoor is

5

à

2q

%

A1203 nodig van het gewicht dat. er aan AI(OH), in oplossing zit. Er mag niet meer dan 60 à 70 % van het aanwezige AI(OH), neerslaan daar er dan kans bestaat, dat het aanwezige silicaat (Na₂SiO,) ook als

Si02 gaat neerslaan. .

In de koelers, welke vóór de kristalliseerbakken staan, kunnen zich korsten Al20, afzetten. Deze moet men van tijd tot tijd verwijderen door ze 'met zeer geconcentreerde natronloog te spoelen.

i) Trommelfilters. (hydraatfilters).

Het filt::çeren van de sluilry uit de kristalliseerbakken geschiedt door trommelfilters, de z.g. "Oliver-filters". De slurry wordtvl3;nuit een bak op de buitenkant van de.trommel gezogen, waarop de vaste stof acht~r blijft en de vloeistof doorloopt en binnen in de trommel via een zuigpomp wordt af-gevoerd. De vaste stof wordt op de trommel gewassen en er daarna met schrapers afgehaald. Het filtraat en waswater wordt naar de verdampers getransporteerd, alwaar de loog op de gewenste sterkte wordt ingedampt.

Het natte neerslag van Al(OR), wordt gedroogd en ontwa-terd in een calcineeroven.

j. Calcineerovens.

Het verhitten van het Al(OH), geschiedt in roterende buisovens. Hiervoor is een temperatuur nodig van 12000 C. Men wenst n.l. Ct( Al20, ' een verbinding, die in t:egenstelling tot

15

Deze calcineerovens kunnen naar gelang van de productie, zeer grote afmetingen aannemen. De ovens zijn met een kleine helling opgesteld, waarvan de grootte afhankelljk is van het te drogen materiaal, zodat de voeding langzaam, tijdens het draaien der oven, naar beneden zakt.

De lading mag niet groter zijn dan ongeveer 10

%

van de inhoud der oven, daar het materiaal bij grotere ladingen niet goed in contact komt met de verwarmende gassen. Als brandstof om de oven te verhitten worden steenkool"olie of gas

ge-bruikt. Olie- of gashouders worden achter 'in de oven opgesteld~

zodat de hete verbrandingsgassen in tegenstroom over het mate-riaal strijken.

Achter de oven is een koelinrichting aangebracht, waar .koude lucht wordt overge~oerd. Deze lucht, die dus wordt

ver-warmd, kan bij olie- en gasbranders als verbrandingslucht die-nen.

k. Verdampers.

Voor het concentreren van de loog-oplossing worden in de meeste gevallen "Kestner" verdampers gebruikt. De ontsluit-loog, die door het waswater, dat bij het Kelly- en trommelfil-ter wordt gebruikt, is verdund, wordt vanaf het trommelfiltrommelfil-ter naar de eerste IlKestnerll vervoerd.

Van deze "Kestner" verdampers worden er meestal meerdere achter elkaar gebruikt. Zo kan men er 3, 4 of 6 achter elkaar schakelen. De stoom, die in de eerste wordt gevoerd, komt van het ketelhuis of een ander stoomproducerend lichaam.

Deze stoom wordt gebruikt om een gedeelte van het water -der in te dikken vloe:istof te verdampen.

De stoom, die hierbij ontstaat, wordt weer voor het vol-gende apparaat gebruikt, enz. Dit is stoom v~n een lagere druk en temperatuur.

De druk neemt dus in de opeenvolgende IlKestner" verdampers af. Er ontstaat dus in de opeenvolgende apparaten een drukver-val, waardoor de te concentreren vloeistof zich continu van de ene "Kestner" naar de volgende kan bèwegen. Aan het einde der batterij verdampers stellen wij een injecteur op, een con-densor, welke de hoeveelheid stoom, die uit de laatste verdam-per komt, condenseert.

1. Pompen.

De pompen, welke in het bedrijf worden gebruikt, zijn

meestal centrifugaalpompen. De pomp, welke de slunry uit de kristalliseerbakken haalt, is een verticale turbine pomp. De pompen, welke de autoclaaf volpompen, zijn hoge-druk pompen

(12 - 14 atm). Alle pompen moeten loogbestand zijn en sommige moeten ook hoge temperaturen kunnen weerstaan.

F. Electrolytische bereiding van aluminium uit A1₂0

3 (\9).

Men heeft in de aluminium-industrie open- en gesloten ovens in gebruik. De open ovens zijn dié, waarvan het lysebad onbedekt is.Zlj z:ijn sinds de invoering van de electro-den, die in het bad samenbakken, verouderd. Bij deze laatste electroden'n.l. ontsta~ rookgassen, welke de atmosfeer in de omgeving kunnen bederven, o.Ä. CO'. Bjj de electrolyse onts.taät.,

ook fll:10r. De gesloten ovens hebben alleen tot doel, deze gas-sen te verzamelen en via een afvoer te kunnen verwijderen.

De meest gebruikte oven is tegenwoordig de SÖderberg oven met koolstof electroden. Deze bestaat uit een bak, welke uit vuurvaste steen is opgebouwd. De bak is van binnen be-kleed met een,dikke laag koolstof, die tevens als kathode dient. Het contact van de kathode met de stroombron geschiedt door in de koolstof een metalen van ribben voorziene staaf te plaatsen. De anoden zijn ook van kool gemaakt, zoals wij reeds onder D II vermeldden. De anode is van een inrichting voor-zien, waardoor de mooIstaven geleidelljk in het baa kunnen zak-ken. Deze electroden worden n .• l. aan de onderkant steeds ver-bruikt.

Het afvoeren van het aluminium, dat zich in vloeibare toestand op de bodem van het electrolysevat bevindt, gebeurt door het principe van communicerende vaten. Men hevelt het aluminium in een daarvoor bestemd wagentje. Men moet dan steeds één der electroden uit het bad nemen en hiervoor in de plaats de hevelapparatuur zetten. Om deze tijdrovende be-,werkingen te ontgaan, werkt men tegenwoordig met een

perma-nent hevelapparaat, dat werkt door persluch~

_/",

_-=--

of door afzuigen. Het vloeibare metaal wordt dan in een gesloten wagentje afge-voerd.

Beha~ve de oven zijn electrische bronnen nodig, die grote

stromen kunnen opwekken. Verder heeft men gelljkrichters nodig om de wisselstroom in gel:ijkstroom om te zetten.

G. ,Appara tuur.

1. Breker. (Hamermolen)

2. Raymond molen, tevens rlroger.

3.'

Weegschaal en Menger. 4. Voor-verwarmers.

5.

Autoclaaf. 6. Verdunner.

7.· Indikker ("klaarindikkers"). 8. Indikker ("was indikkers").

9.

a) Kelly-filter, voor het rode slib. b) Kelly-filter, voor de aluminaatloog.

-,

17 11<. Kristalliseerbakken. 12. Oliverfilter (nydraatfilter). 13. Calcineeroven. 14. Kestnerverdampers. 15. Pompen (centrifugaalpompen).

Met een jaarproductie van 40.000 ton aluminium komt een uur productie van 4570 kg overeen. Hiervoor is nodig:

4570 X

1~3~88

=

_{8636 kg A1203 • Dit wordt volgens de}

litera-tuur, afhankelijk van de ovens, (9), omgezet met een stofren-dement v.an 90 à 98

%

in Al, dus gemiddeld is dan nodig aan A1203 9164 kg. Het bereiden van A1203 volgens de Bayer-me-thode geeft een verlies van l~,à 12

%,

dit is dus 1234 kg. Nodig dus 9164 ~ 1234

=

10.398 kg A1203 om 4570 kg Al te ver-krijgen. Aan Surinaamse bauxiet, welke 60

%

A1203 bevat, is dus nodig

l~

X 10398 kg

=

17330 kg/uur.

In deze hoeveelheid bauxiet zit dus: (zie onder

C

1)

l60~X

17330

=

_{103?8 kg A1203}

~

~

17330

=

5199 kg H 20 100 "

2-

< 100 ~ 17330

=

_{866.5 kg Fe 203}

~

x 17330 = _{519.9<kg Ti02}

1~0

x 17330

=

_{346.6 kg Si02} 17330 kg bauxiet.

Deze hoeveelheid bauxiet wordt als volgt verwerkt. In de tekening (schaal 1: 50) is de grootte der apparaten aangepast aan de volgende hoevèelheden per uur te verwerken stof.

1) Hamermolen:

In (per uur)

17330 kg ruwe natte bauxiet grGi'

Uit (per uur)

17330 kg ruwe natte bauxiet

"

fijn

(±

3/8 =

±

10 mm)

Wij gebruiken hiervoor een hamermolen, welke een capaci-teit heeft van 17-20 ton bauxiet per uur. De opening tussen de staven waardoor het fijne materiaal ro~t is 3/8 in."

"2) Raymond-molen en droger. In' (per uur)

17330 kg ruwe natte bauxiet

(±

10 mm)

!!iE

(per uur)

12131 kg droge ruwe bauxiet

(± 1 - 0.75 mm) 5199 kg water.

Capaciteit van deze molen is 17 à 20 ton bauxiet per uur. Men kan de temperatuur opvoeren tot 7000 C.

De branders kunnen 125.000 - 5.000.000 kcal per uur aan warmte leveren, welke ruim voldoende is om de in het bauxiet aanwezige water te verdampen.

3) Weegschaal en Menger. a) Weegschaal.

Als weegschaal gebruiken ~ een automatisch registreren-de, welke het materiaal op de transportband weegt.

b) Menger.

1E:

(per uur) 12131 kg ruwe bauxiet Dit is 12131 = 4757 ltr. 2.55 Uit verdamper 70940 ltr. oplosloog Ge suppleerde loog 600 ltr. 71540 ltr. sterkte is: 300 g Na₂0/ltr. lL7 g Al203/ltr.

i l l

(per uur)

71540 liter oplosloog, met 12131 kg ruwe bauxiet gemengd.

De mengers hebben een inhoud van 14 m

3 .

W~ hebben er 6 stuks van nodig voor de benodigde uurpro-ductie. Daar wij echter rekening moeten houden met vullen en ledigen, en dat in de er achter staande 'autoclaven de stof lt uur verblijft, 'hebben ~ er dus twee maal zo veel nodig.

Wij gebruiken dus 12 mengers. 4) Voorverwarmers.

De voorverwarmers moeten per uur 71540 + 4757

=

76297 liter aluminaatloog opwarmen van 500 ~ 1900 C.

Voor de berekening' hiervan zie onder: J'.

Wij gebruiken hiervan 2 batterijen van 4 stuks elk. D~

laatste warmtewisselaar wordt met dowtherm verwarmd. 5) Autoclaaf.

In (per uur)

L2131 kg bauxiet

=

4757 ltr. 7l54Q.ltr. oplosloog.

Uit (per uur)

12131 kg

=

4757 ltr. 71540 ltr. oplosloog.

De verblijftljd is lt uur, de t~ voor vullen

t

uur en ledigen ook

t

uur. Dus totaal is de hoeveelheid bauxiet en oplosloog 2 uur onderweg. Dus er moet totaal 143080 liter

·.-

-~.-19

oplosloog en 24262 kg bauxiet in deze tijd worden verwerkt. Eén autoclaaf heeft een inhoud van 10 m3 • Wij hebben dus 16.' autoclaven nodig. Zij worden dus 2 aan 2 in één kwartier ge-vuld, zijn dan lt uur in bedrijf voor het reageren der massa en daarna worden zij in luur 2 aan 2 geledigd.

6) Verdunner.

la

(per uur) Uit (per uur) Uit [71540 1tr oplosloog

Autoclaaf

t

i2131 kg bauxiet

198594 1tr. verdunde oplosloog.

Uit was-}

indikker. 127054 l~r

loogop1os-s~ng (verdund)

Inhoud van één verdunner is 100 m3 •

Wij hebben voor de uurproductie dU's 200 m3 nodig.

Daar er ook tijd nodig is voor vullen en ledigen nemen wij 6 verdunners, zodat wij er steeds 2 voor één uur vullen, 2 voor één uur staan en 2 voor één uur ledigen ter beschik-king hebben. 7) Indikker ("klaarindikkers"). In (per uur) Uit } verdunner. h98594 ltr.

!!ll

(per uur) Naar wasindikker Naar kristalliseer-bakken: 44324 1tr. 154270 ltr. De verbl.1jftijd is 24 uur. Wjj hebben dus een inhoud nodig>, van ruim 24 ~

aoo

m3

=

4800 m3 •

Eén indikker heeft een inhoud van 800 m3 • Wij hebben er dus 6 nodig. 8) Indikker (Ilwasindikker").

rn

(per uur) Uit K1aarindikker: 44324 1tr. Uit Kelly-filter: 109328 1tr.

i l l

(per uur) Naar Ke11y-fi1ter: Naar Verdunner: . 26598 1tr. 127054 1tr. Verblijf tijd is weer 24. uur. Wij nemen als inhoud voor een indikker

aoo

m3 ; waarvan er weer 6 nodig zijn.

9) Ke11y-fi1ter.

a) Voor het rode slib.

~ (pep uur) Uit was-}

indikker 26598 ltr (+ rood slib) waswater 84804 ltr.

Uit (per uur)

Naar wasindikker: 109328 1tr. Met vaste stof mee: 2080 1tr.

Er b~ft achter aan vaste stof: 1726 kg rood slib. 1234 kg A1203

180 kg Na2

P

Er wordt dus ongeveer 1.5 m3 koek per uur verwerkt.

W~ hebben hiervoor nodig 2 Ke11y-fi1ters met een doorsnede van de filterruimte van 1 meter en een lengte van 2.75.

b) Voor het nazuiveren van de aluminaatloog.

1E:

(per uur) Uit

Uit (per uur) Naar

K1aarindikker: 154270 ltr. kristalliseerbakken: 154270 ltr. Er b~ft achter aan vaste stof: 7 kg (rood slib).

W~

nemen een Kelly-filter met een capaciteit van 10. m3 uur. Nodig hebben wij 16 filters.

10) Koeler.

Uit In (per uur) Kellyfilter (b):

Uit (per uur) Naar

kristalli-per

154264 ltr il.:oog. seerbakken: ~54264 ltr.loog! z~ komt er in met een temperatuur van 700 C en verlaat de koeler b~ 300

c.

Het ko~lwater treedt in b~ 150 C en verlaat de koeler b~ 250

c.

Diameter der koeler is 0.5 m ; lengte 2.40 m der p~en en aantal p~en 160.:

11,) Kristalliseerbakken.

~ (per uur)

Uit koeler : 154264 ltr loog. Aan vaste stof: (A1203) Uit het bauxiet: 9164 kg. Wat reeds in de vloeistof aan A1203.-. zat (uit de ver-damper: 8370 kg totaal: 17534 kg

De verbl~ft~d is 48 uur.

ffi

(per uur) 154264 1 tr • loog

Aan vaste stof: 1?534 kg À1203

Inhoud van één bak is 5.5 X 30 x 3

=

495 m3 • Per uur komt er ongeveer 160 m3 in.

Nodig is er dus 160

~

48

=

7680 m3 Dit komt overeen met 7680

=

16 bakken.

12) 01iver-fi1ter.

1!!

(per uur) 154264 ltr. loog

17534 kg A1203

10700 1tr. waswater.

;·,:ill

(per uur)

156964 liter loog. 8370 kg A1293

Op het filter blijft achter: 9164 ~g A1293 8000 ltr.' water 9164 kg A1203

=

~~~

dm3 koek

=

4073 dm3 koek.

Nemen wij fillters met een doorsnede van 3 meter dan is per meter lengte en een koekdikte van 1.5 cm, er een koekinhoud van 141.3 dm3 • Dus is er nodig:

~~~~

= 2-9 m lengte. Wij nemen dus 5 fi1 tere van 6 m lengte.

13) Calcineeroven.

la

(per uur)

:Van het {9164 kg A12P3 01iverfi1ter: 8000 kg H~O

ill

(per uur)

8000 kg ff20 als damp. 9164 kg droge A1203

Wij nemen twee ovens; welke ongeveer 225 ton per 24 uur

kun-nen verwerken, dit is 450 ton per 24 uur voor beide, of 18 à 19 ton per uur. In de literatuur vinden wij hiervoor nodig een calcineer oven met de volgende afmetingen: 1

=

300 ft en

d

=

11 ft. Deze buisovenszijn van zeer grote afmetingen. De reden hiervoor is dat zij slechts voor 8 à 10

%

van hun inhoud gevuld mogen zijn.

14) Kestnerverdampers.

la

(per uur) Uit 01iverfi1ter: 156964 1tE100g. ~ (per uur) 70940 1tr loog (naar menger) Er wordt dus verdampt: 86024 ltr. water.

De warmte nOdig om 1 kg water te verdampen per m2

°c

is onge-veer 80 kcal,

d~s

nodig is er

86~~4

= 1075 m2QPperv1ak. Bij gebruik van 5/4/1" buizen, die een inwendig oppervlak hebben van 0.233 ft 2/ ft , hebben wij voor 7 m lengte nodig:

23

~

0.233 ft 2/ft

=

5.3 ft2/bUiS.

Dus bij: 1075 ~ 10.76

=

11567.0 ft 2 totaal, is dit 2182 buizen. Per Ke.lItner verdamper dus:

2l~2

= 363

buize~.

Hiervoor is een

. ,. 70

doorsnede van de pijpenbundel nod~g van 28 , i s cm.

Achter de Kestner-verdampers stellen wij een injecteur op we1k~

H. Soderberg oven (9, 22).

Hiervoor gelden de volgende be.schouwingen:

Volgens Faraday is bij het doorleiden van een electrische stroom de afgescheiden hoeveelheid stof:

G = c Je I,x t.

G

=

gewicht in grammen. I = stroomsterkte.

t

=

tijd van stroomdoorgang. c

=

electrochemisch equivalent.

c =

..l:-n. F

n = waardigheid van het betreffende element. A = at. gewicht.

F

=

96494 Coulomb.

Voor alUminium geldt: c.= 3 ;6

_9gU94

=

0.093164 x 10-3 • 1 Coulomb scheidt dus af: 0.093164 X 3600 X 10-3 = 0.3354 g;'

Al, dus voor 1 g Al is 2.9816 Ampère-uur nodig.

Het rendement is ongeveer voor de tegenwoordige electrolyse-oven: y = 0.85 - 0.90.

Willen wij G kg Al maken, dan is er nodig:

]J' T

=

G" >< 1000 Ah. T = tjjd in uren. y)(

o.

3354

/Wij gebruiken een oven met een stroomsterkte van 50000 A

G:,~ 1000

dus 50000 = 0.85 )t 0.3354 G

=

14 à 15 kg per uur.

Voor een uurproductie van 4570 kg Al zijn dus ongeveer 305 à 326 ovens nodig. Wij nemen er 350 in gebruik, daar ~ er bij storingen, enkele in reserve dienen te houden.

Voor een uurproductie van 15 kg Al is nodig, rekening houdend met de gegeven mndementen, onder

g'

genoemd: 30 kg A'12~3. Op 30 kg A12P3 is nodig aan kryolieth

±

85

%

dus 170 kg. Het

soortel:iJ"k: gewicht van dit mengsel is in de vloeibare toestand" waarbij geëlectrolyseerd wordt: 2.1. Dus het volume van deze 200 kg is

~~~

=

95.2 liter.

Stel, dat

~

om het uur 15 kg aluminium aftappen dit is

21~_=

6 liter. In het electrolysevat laat men het vloeibare alumi-nium een drie maal zo grote ruimte innemen als de te electro- 1

lyseren smelt. De inhoud van één electrolysevat wordt dus minsxens 4- ~ 95.2 liter, is 380.8. Of ongeveer 400 liter.

I,. Stofbalans •

a. Waterbalans (per uur).

---In:

Waswater b~ het hydraatfilter Waswater b~ het Kelly-filter

Water, om de suppletie loog op te lossen

Uit:

Water met rood slib afgevoerd water met hydraat afgevoerd Water verdampt in Kestner

b. A1203 balans (per uur).

---In:

Met bauxiet komt er in

Uit:

~; het Kel1y-filter (met'róod)

-'-"U slib mee

Bij het hydraatfilter

In:

-Suppletie loog (in menger)

Qll:.

Bij het Kel~y-filter

B~ het hydraatfilter 10700 kg. 84804 kg. 600 kg • 96104 kg. 2080 kg. 8000 kg. 86024 kg. 96104 kg. 10398 kg. 1234 kg. 9164 kg. 10398 kg. 21Q kg. 180 kg. 30 kg. 210 kg. 23

,

J. Berekening Warmtewisselaars. Litt. 23, 24, 25, 26, 27, 28. a) Globale berekening van de verschillende grootheden.

'-~5". ( _{'- JJo}D J , I I , . / j Iqo '\ ... "oDe _, ... _...

1

...

I

_\

_'-

_I

,

De vloeistof welke uit de verdampers komt heeft onge-veer een temperatuur van 500 C en moet tot 1900 C worden'op-gewarmd. De uit de autoclaaf komende vloeistof kan practisch gelijk worden gesteld met de'in de autoclaaf komende vloeistof wat: Cp', À enz. betreft. Voor de berekening zullen ~ deze grootheden gelijk nemen. De uit de autoclaaf komende hoeve,el-heid koelt af tot 1100 C, d.w.z. 800 C afkoeling. Dus de in

de autoclaaf komende hoeveelheid kan dus opgewarmd worden tot 50 + 80 = 1300 C. Voor de verwarming tot 1900 C hebben wij dus een extra warmtewisselaar nodig die wij met dowtherm opwarmen •.

i

c

Verklaring symbolen.

=-·~~oëff. in Joules/cm~ sec.oC.

e~--= binnendiameter van de pijpen.

=

thermische geleidbaa~heid in Joules/c~.sec.oC. = snelheid van de vloeistof in cm/sec.

= viscositeit in poises = dyne 2 3 sec.cm = dichtheid in g/~m •

=soortelijke warmte in Joulas/g/oC.

Uu

=

Overall coëff. betrokken op het buitenoppervlak.

De

warmte stroom is vol ~?

')(

sw )( At

76297 ~ 1.32 X 0.860

x

800C

=

=

6908 • 106 kcal/uur. Wij zu&len de warmtewisselaar van zodanige afmetingen nemen dat de'vloeistoffen turbulent stromen.

Wij mogen dan een overallcoëff. U nemen van 150 - 300 B.T.U./hr/ft2/ oF. Wij nemen voor de zeke'rheid;'200 B~T.U./h:O/ ft 2/ oF = 1000 kcal/hr/m/oC. Wij verdelen verder de 6908 • 106 kcal over twee stellen warmtewisselaars, ieder dus:

3454 • 106 kcal.

25

6

wordt dus: 3454 • 10 = 57 6

60 Je 1000 •

2

m • W~ kiezen als warmtewisse-laar een enkelvoudige doorgangscondensor van "Downington Iron Works".

"

5 "

Grootte der IIshell" is: 12 = 30.48 cm met 43 14 bui-zen. 10 B.W.G. in V steek geplaatst (driehoekige lt" steek).

11 Binnendiameter pijpen is 0.982

=

2.886 cm. Uitwendig oppervlak 0.3271 ft2/ft

=

9.970 cm2/cm. Inwendig oppervlak 0.2572 ft2/ft

=

7.839 cm2/cm. In~endige dwarsdoorsnede : 4.847 cm2• Opp.buitendoorsnede 7.921 cm2• Dikte pijp

=

0.134"

=

0.3404 cm.

De totale buislengte is dus:

576.000 = 1340 cm = 13.4 meter.

43" 9.970

W~ zullen deze p~lengte verdelen over drie warmtewisse-laars, elk ongeveer vi~r met~r. Voor de verdere berekening beschouwen ~ deze drie als een enkele.

De indices ~ hebben betrekking op de lage temperatuur-kant van de warmtewisselaar,

1.

op de hoge temperatuurkant •

De indices "i" hebben betrekking op de binnenkant der pijpen, "Uil op de buitenkant.

b)' Nauwkeurige berekeningen van 1 Vu voor de lage T kant van de warmtewisselaar.

De vlëbeistofsnelheid binnen de pijpen is: do or stroomsnelheid'

aantal pijpen ~ opp. x 3600 76297000

2

dus Vi

=

43 ~ 4.847 ~ 3600

=

79.91 cm/sec.

Het totale opp. der docrsnede van de condensor is:

t

11 D2

=

t

11 (30.48)2

=

729.7 cm2 •

Het doorstroomde opp. wordt dus: 729.7 - 43 ~ 7.921

=

389.r 2

cm • De totale bevochtigde omtrek is: 1f R + 43 71 r .. =

PlJP

7T

30.48 + 43 • 9.970 = 524.5 cm.

Hydraulische diameter

=

4 m. (m

=

hydraulische straal)'

4 m _ 4 X opp.van de doorstroomde hoeveelheid - Omtrek dat bevochtigd is

De vloeistofsnelheid buiten de pijpen is: - 38148500 - 27 23 / Vu - 389.1 ~ 3600 - • cm sec. 2) Berekening Reynoldsgetallen.

---/I/l' .

Als filmtemperatuur nemen ~ de gemiddelde waarde, dus 680 C resp. 980

c.

Alle gegevens moeten bij dezelfda filmtemperatuur genomen worden:

=

2.967 x 27.23 x 1.32

=

7339 5 x. 0.0029

Dit is het ongunstigste getal van Re dat kan voorkomen en is nog hoog genoeg voor turbulente stroming.

V en

f

veranderen met de temperatuur" maar vrij mogen

toch de waarden voor 200 C .invullen, daar V en;P vrijwel con-stant blijven voor het betreffende temperatuurstraject. Voor.1? nemen vrij 5 ~ '~water dat ongeveer juist is, daar de gegevens hierover ontbreken bij hogere temperatuur.

D • Vi . {J 2.886 l( 79.91 ,)( 1.32

1 Re.

= --- =

=

J.

/1-

5 x 0.00417 14270 1 Pr

i -_- ~ _r\

=

3.34 _' X _0.00633 5 x 0.00417 Voor het getal Nu geldt:

Nu

=

0.0225

x

(Re)0.8

~

(pr)1/3

=

0.0225 x (14270)°·8 x (11.02)

113

=

105.5 Voor 1 h. krijgen ~ dus (film.coëff. in Joules

»

J. _{cm .sec.} 2 0 _G. 1 hi

=

~

NUi

=

°2~~g~8 105~5

=

0.2364

2JOU1e~

cm .sec. C 1 Pr

=

c hl

=

3. 34 X ·5 l ( 0'.0029

=

7 428 u À 0.00653 • 1

N~

=

0.0225 x (7339)°·8

~7.428):~/3

= 54.28 1

~ =

_{À/D Nuu}

=

°2~~~~3

X 54.28

=

0.1193 • dwand + Du • 1 wand D'i hi 1 3.226 0.3404 3.226 0.1193 + 3.056 • 0.1685 + 2.886 • 8.384 + 2.133 + 4.841

=

15.358. 1 - - - - = 0.2364

De overeenkomstige temperatuursverschillen zjjn hiermee even-redig:

A tu

=

8.384 x 60 Ä2 8 ~ 15.358

=

~

•

_ 2.133 6 t _{M -} 15.358

x

60

=

i

4.841)é 60

=

A i

=

15.358' Het

temperatuurs-verloop zal dus

worden:

(t.)

50" 18.9 IJ~ .

2'J.

. 22 ___

Y~~~_~~_~!~~~~_~~~~~~~~~§_~~~~~_~_~~~_!~~§~~~~_!~~~~~R voor de temperatuur. 1 Re. _ 2.886 x 79.91 )( 11.32

=

12320 1.. 5 )( 0.004852 1.:~)Pr1.'

=

3. 34

x

5 )(

o.

004852

=

12 91. 0.00625 • 1 Reu

=

2.967 X 27.23 x 1.32 - 6893 5 ~ 0.003095 -1 Pr = 3.34 X 5 'X 0.003095

=

7 964 , u 0.00649 • 1 NU i = 0.0255

(1~320)0.8

(1'2.91)1/3 = 98.81-OT8

113

1 N~

=

0.0225 (6893) (7.964).

=

52.88 = 0.00625 K 98.81 = 0.2140 2.886 1 h

=

0.00649 x 52.88

=

0.1158 -11 2.967 . 1

.1... _

1 3.226 0.3404 + 3.226 1 Uu - 0.1158 + 3.056 • 0.1685 2.886· 0.2140 1 1 --U'

=

8.647 + 2. 133 + 5.346

=

16.126. Ut dus: Atu

=

32.4 Het temperatuurs-verloop wordt dus:

At. _1. = 19.6

Dit verloop stemt voldoende overeen met het aangenomen verloop, n.l.:

~tu

=

32.0 ~ti

=

20.0 en At_M

=

a.o

c. _{Berekening 2 Uu voor de hoge temperatuurszijde van de} warmtewisselaar.

1) De volgende berekening volgt nu zonder commentaar: ~)Re.

=

2.886 X 79.91 X 1.32

=

30670 (1 ~ 5 X 0.00194- .-J.1f"---_ 3.34 X 5 X 0. 001

94

5 023 - 0.00645

= •

=

2.967 ~ 27.23 ~ 1.32

=

13330 5

x

0.00160 ·2 Pr - 3.34 " 5 )( 0.00160 4 092 u - 0.00653

= .

l' 2 NU_i

=

0.0225

x

(30670)°·8

x

(5.023)

13 =

149.7 0;8., 1/3 2 N~

=

0.0225 ;< (13330) )( (4.092)

=

71.R - 0.00645 49 . 2 h_{i -} 2.886 x 1 .7 X 0.3500 2

~ = °2~~~~3

x 71.8

~

0.1580 1 1 + 3.226 0.3404 3.226 1 2 T:Ih

=

0.1580 3.056· 0.1685 + 2.886 • 0.3500

~

=

6.329 + 2.h33 + 3.344

=

11.806 '2 U

_u

.

dus: A t

=

u~ 32.2 A t = m. 10.9 Àt. ~

=

16.8 .. Aangenomen .4:·t

₌

_2.4·8 A _tm

=

12 A t.

=

24.0 was: . ~;~u ",:-,";.!-" ~:t i~ ~:~ - _~

2) Voor de tweede berekening nemen wij aan:

(~Re.

=

2.886 X 79.91 ~ 1.32 = 30830

'1°.

t..:. J. ~ 5 )(. 0.00193

~~i

=

3.34

~

5

~

0.00193 uh ~~--/~r 2 Pri 0.00653 = 4.936 o?h:..-- .

~

2 NU i

=

0.0225 X (30830)0.8 X

(4.936)113

=

2 h.

=

0.00653 )( 1,51.4 = 0.3540 ~ 2".886 149.4 2 Re

=

2.967 x 27.23 ~ 1.32 = 12480

u

5.x

0.00171 2:Pr

=

3.34 X 5

.x

0.00171

=

6 020 u 0.00649 . • 0.8~ 1/3 2 N~

=

0.0225 (12480) (6.020)

=

77.43.

~~

=

°2~~~9 ~

77.43

=

0.~693

~

=

1 • 3.226 0.3404

+

3.226 1 2::

Uh

0.1693 3.056 0.1685 2.886 0.3540

29 1 2 lIU "

=

5.905 + 2.133 + 3.307

=

11.345. Dus: A t~ = ~l.g Aangenomen: A tu

=

33.0 .6 tw

=

11,.3 A tw

=

11.0 A ti

=

.17·5 41:3. t.

=

16.0 ~

dus er is voldoende overeenstemming.

d) B~rekening van de lengte der warmtewisselaar.

1

1 Ui

=

-=--u 16.126 J/cm2.oCsec.

J/

_{cm . Csec.} 2

°

=

757.3 kca1/m .oC.hr. . 2

Voor het opp. A krijgen wij nu:

2.303 19 dus: 2 U u - 1 Uu Q/A = ---~~~..;;;;;,.-.-19 2 Uu A tI 2.303 1 U_u A t ₂ A

=

2.303 'IC 0.14943 )C 3.248 • i06

=

220.5 ~ 60

°

=

6.0

c.

= . 2 84.51 m •

Lengte warmtewisselaar dus: 84.51 -2

=

19.71 m. 43 l( 9. 970 x 10

Per eenheid is dit dus:

, . ~ .

19.71 ~ 6.57 m.

3

e) Berekening' drukverschil. '.

Voor het getal van Re nemen wij het gemiddelde tussen begin en eindpunt:

Voor de

30830+12320

=

2i575

2.

.. ~ .. ~. .'

frictiefactor krijgen wij dan:

8 A P Di 4 f = 0.0225 -

---. ---./?

v2 4 1 dus: 2 ~ p

=

0.01125 ~

jP;.

1. ~ , 2

=

0.01125·x 1.32 (7~.91) 657 2.886 - ,"

-=

in de autoclaven is nodig 10 atm., dus ruim voldoende om dit drukverschil te overwinnen.

\ _, .

K. Berekening autoclaaf. Litt. 23, 28, 29.

De reactor waarin de ontsluiting van het bauxiet plaats vindt, heeft e~n temperatuur van ·1900C. W~ trachten door

iso-latie het warmteverlies tot een minimum te beperken. W~ bekle-den de autoclaaf met diatoniet stenen, welke als afmetingen

250

x:

120 X 50 mm hebben en wel met twee lagen. De bekleding wordt. dan 10 cm dik. Het warmteverlies dat nu nog plaats heeft door de isolatie heen moet worden aangevuld door de

verwarmingsspiraal m~t dowtherm. Dît warmtever2ies zullen ~

eerst berekenen. Het warmteverlies heeft plaats door geleiding door het isolatiemateriaal heen en door een combinatie van

vr~e convectie en warmtestraling. Voor lange verticale p~en

geldt de formule:

Deze formule toegepast op de reactor levert:

i-

2 0

, hc

=

0.32 (A tc} BTU/hr.ft. F.

, = buitendiameter = 5 ft.

=

warmte-overdrachtscoëfficiënt door convectie.

=

temperatuursverschil tussen isolatie wand en buiten-lucht (200 C) in OF en is onbekend.

Voor grote (meer dan 2 ft hoge) verticale platen geldt

i-de formule: hc = 0.27

Co.

tc) •

Daar de reactor niet als verticale plaat en niet als p~

kan w/orden beschouwd, gebruiken wij de volgende formule:

i-

/

2 0 hc

=

0.30 (A te) BTU hr.ft • F. Daar 1 BTU = 5.68 J/m2.,oe.sec.

o ft2.hr. OF

kr~gen w.ij:

dus ~ tc in gracfen Celcius.,

Voor de atraling kunnen ~ een ~)definiëren.

Hiervoor geldt dan: 4

. ( T~

'hf).

=

5.75

«100)

AT

Tl stelt hier de temperatuur van de buitenkant der isola-tie en T2 die van de buitenlucht in OK.

Voor het materiaal van de isolatie geldt dat de geleid-baarheid is: ~

=

0.046 BTU = ft2:~hr.oF/ft J 1.73 x O. 046 ~2---';~-m secoC/~2---';~-m

Voor de isolatie kunnen ~ dus schrijven:

h i

=

À/a

=

1.730~LO.046

=

0.076

m2s~c.öG

Wij nemen aan dat de binnenkant van de isolatie een tem-peratuur heeft van 1900 C, en de buitenlucht 200 C is. Het

temperatuursverschil is dus: 1700 C. a • _{Berekening van hc ' hr ,} U en .A t₁ •

1) Wij nemen-het nevenstaande temperatuursverloop aan om hc en hr te berekenen.

Met behulp hiervan kan de wandtemperatuur van de isolatie worden berekend:

1

hc

=

1.974 (20)+

=

4.174

4 4

h

r

=

5.75 (3.13 - 2.93 ) ₂₀

=

6.420

De overall coëfficient op het buitenoppervlak wordt:

1 1 1

--=-+-~-Uo Du hc +

hr

-ho

Dg ~

Waarin Du

=

diameter van de reactor + 2 maal dikte isolatie

-=

1.50 + 0.20

=

1.70 m.

D = gemiddelde diameter

=

1.70 + 1.50 =

g 2 ~.60

1

1.283 + 0.0935

=

1.276.

De temperatuursval over de lucht .0. tI kunnen w:ij nu

bere-kenen:

..ó. t _l =

~i~~5

X 1700. C = 12.50 C Aangenomen was.: A tI

=

200 C.

2): Wij nemen nu voor een 2~' berekening Á t

l = 14 0

. C.

i

Wij krijgen dan: hc

=

1.974 (14)4

=

3.907.

hr

=

5.75 (3.074 - 2.954)

=

14 1 dus: ~

=

1.183 + 3.907 + lc 6.214

=

1.183 + 0.0998 L;). 0 • 0998 1 1 0 t₁

=

1.283 • 70

=

3.2 C. 3) Wij. schatten ~tl op 13.30 C.

De berekening wordt nu: - .1.

hc = 1: .• 974 )( (13.3) 4 = 3.769

h_r = 5.75 )i

~3.063~3:3 2.934~

= 6:.17.7

6.214