Verslag behorende bij het processchema: Aluminiumoxide uit mijnsteen

adres:

-- -- -- -- -- -- -- -- -- -- ---- - - -- - - - -- - - -- - -

-Inhoudsopgave.

I. Samenvattin? van het pr o c es . 11. Inleiding.

lIl. Ty p e r i ng van het proces;

Ve s t igings p laat s ,pr odul~ i eho e vee lhe i d IV. Be s chz-ilvLng van he t pr o ce s .

Voorcalcineren 6 Roosten 8 Ui t l oge n 11 Kri s t a l l isa t i e 13 nyd ra~t pr e c ipita t i e 15 Ca l c i n e r e n v.h. hy draat 15 V. ~~ s sabalan s en . Vo o r cal c i n e r e n en roosten 16 uitlogen en kr i s t a l l i sat i e 17

vl

.

Chemische en fysische aspecten

Ro o s t e n 22

kristalliseren 23

ternair di agr am Al-sulfaat, 1;H4 - s ulf a"lt ,w'3.t e r 26

aluinoplossingen 27

VI I .3e r e k e n i ng apparatuur

~e derde kr i s tal l i sat i e t ra p. VI II. litteratuurover zicht.

Bijla g en. iI'l ortls c h eme has s aba lan s

Schets kr1stallis~tor.

1 2 4 5

16

21

29

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

I . Samenvatt ing van het pr oces . (['IV'

r

· ·t

.

,

~

l.ttv,

Ct

~

L k,

.

- Om een bete r e ont slui tin~ te verkrij~en wordt de mijn s~een

.

b

U

ca 75000 voorgec alcine erd.

- Door roostinr met ammon iumsu l faat (Z. A) bij ca 400 oe wordt het al umi n i umox ide in de mi j n s t eAn omg zet in wmnon ium - a lum i n ium - s u lfaat ,wagrbij ammon i k on t wijkt .

- H troostprodu kt wordt vervolgens uitgeloo gd met zoveel he et water ,dat een verzad igde al u inop l ossing overblu~t; hierbij zullen ook de sulfaten van de andere aanwe zige "

met~len (Fe, Ti, Mg,K en Na) in oplo s sing gaan .}~t SiO? en de niet ontsluitbare mi neralen bLljven in het resid1J.. achte r . - Na fkoeling kr is tallisee rt het al u i n uit,t rw~l de mee ~t

ndere ulf a:ten in de moederl oog achte r blijven ; om een voldoende laag i5ze rgehalte te ve rkr:.igen wor dt het aluin

enke l e ma len om~e kri s t al li eerd e

- V rvolgen wordt he t al u in behandel d met een ammonia k-oplossing,(van de bi; het roosten vrijgekomen ammoniak) waarbij h t overgaat in het al mni n i umhyd raat ,dat door deze werkwijze in een goed fi l t ree rbar e vorm wo rdt v rkregen.

- ~oo r calcineren van het hydra at

b

D

ca 10000e wordt da aruit het aluminiumoxide gewonnen.

- Ui t de moed e r l o o~ van de hydraatpr e c ip i tat ie en van d

al u i n kr istal l isat ie (na ver"\iijder ing van het :,izer door pr e c ip i tat i e met ammon iak) wor dt het ammoniumsulfaat door indampen teruggewonnen.

een bad van luminiumox ide worden de - -- ---- - -- -- --~--~~=

2..

II .Inle i di ng .

Al uminiumox i de wordt voornamelijk ge br ui kt voor de bere id ing van lumin1um-met al.

Het metaal wordt bere id door electrolyse van

gesmolten kryol iet tNa3AIF6) ,wa araan continu

wordt to g voe gd. Aan d1t 11 cell-gr de"- ox ide

volgende ei en geste ld : (L 1).

minder dan 0,02

%

Fe

203

0,03 - 0, 05

%

8i0₂

0,00 4

%

Ti0₂

In 1961 bedroeg de were ldproduktie van alumini um bi jna

5

mil j oen ton; da ar voor 1 t on alwninium

5

6 ton bauxi et

nodig in,l egd deze be r e i d i ng du praktis ch voll e dig beBI g

op de 28 mi lj oen ton bauxiet,d i in dat jaar ont s lo t en werd .

Bereiding methoden.

Si nds 1890 wordt aluminiumox ide gewonnen uit bauxi et t50

-60

%

Al

°

,in de vor m v n hydraten;5 -

7

%

SiO ) middels

het

Ba

y~r2proc

s;d it berust op de opl o s baarh efd van de

luminiumhydrat en in natr on l oog.Het 8i0₂ en Fe

20, blijven

samen met een deel vs n het Al 0 in het re si du adhte r .

In de v er t iger jaren werd het

~

ayerproce s

gemodi fi c ee r d, om ook kie zel rljke bauxieten (tot 13 ~,; Si0₂₎ te kunnen

ont sluit en.

Ho wel de bauxietvoorra den nog voor min &t en s 30 jaar toere i

-kend gea ch t worden heeft men toch (c.a .ond er invloed van

\l\~ • oorlog en oor logs dre iginp;: ) ge zocht naar mogeLljk heden om

~~ \~ AI~03 te wim1en uit niet-bauxieten,zoals de kleimineralen .

\~~ De~ e bevatten slechts 20 - 30

%

Al

°

,ge bonden in de vorm

.

~

van

alumino

~ai licaten ;da

a

rdoor

en aoar het hoge SiO? gehal

-~ ;

te

(45- 65

%

)

kunnen deze mineralen niet volgen s het Baye r

-~\;r pr oce ont slot en worden .

çr

l ~ • Voo r de ont s l uit i ng van de kleimineralen werden vele pro

-.

V

-

c ssen ont wi kke l d, waarvan de smelt - en sinterpr oces en en

. y de "zu r en -processen het verst gevorderd zij n .

~, De zu re pr ocesBen .

JfJ

-

D ze berusten op het ove r vo e r en van de alumino -sili caten

~ . in op lo s ba r e alumin~umzouten met behulp van.~inerale zu ren .

(\/ SiO ~ is in zuur mil1eu niet oplo s baar en bl1Jft achte r ;

1\,,<1'. I

n

vel~ metaalz outen 10 sen echte r wel op en moeten Inter

IJ

:

'

v :

rJ-

'

i verwi.iderdworden;voorü.l de i.1zerverw:,idering is vaak een

~

~ . , knelpunt .

' Al l minerale zuren komen hiervoor in aanmerking;de zwa

vel-\

~t zuurprocessen zijn echter het mee s t bekend,da ar men hierm e

.~

I

·

I ervari ng had doo r de aluminiumsulfa at-bereiding uit kle i

~ \ t .b.v.d e papier - en textielindustrie .

In plaats van het dure zwavelzuur heeft men ook het zure

-ammon ium ulfaat geprobeerd;op ba i hiervan werden twee processen ont wi kkeld:

- - - ----..- - - -- - - -- - - -- - --- - -

----het "Aloton~proces,waarbij de gr ondst of wo r dt uitgeloogd met een gec on c ntreerde oplos sing van ammon i umbisu lfaat , en

he t ammoniumsulf a at- proc e s,wa arbU de ontsluit ing wordt uit geT voerd door de gr ondst of t e verhitten met ammon i umsu l f aat ; onder afgift e van ammon iak gaat het su lfaat hierbU over in het bisu lfaat ,dat dus ook hie~ he t eigenl i jke rea gens is. Daar het ontsluiting ~mi d d e l gr otend ee lz t erugge wonnen kan wor den ,bie dt dit proces re delUke pe rs pe ct i e ven .

In aan slu it i ng op het werk van J.J .G.Ve r bu rg op het la bor to-rium voor chemi sche technologie over de onts luiting van

mDnste en met ammon iumsu lfaat zal voor dit pr oce s een fa

brieks-sch ema worden uitgewerkt.

---~ , - - -~ - -

- - - -

-III.Typering van het proces.

V st ifi ng ap l aat s ,pr odukt ieh oe v e e l he i d .

Het pr oc e s omvat verschillende vaste stof-bewerkingen,die

bU hoge t emperaturen moeten wor den uitgevoerd

tvoorcalci-neren 750oC,roosten 400 °C,calcineren van het hydr&at

1000

Oe)

waardoor de warmtebehoefte van het proces zeer

groot wordt.tSt.Clair tL2) schat deze warmtebehoefte op ca 2300 ktlh per ton A1₂0_i , wa t overeenkomt met 2,75 ton steenkool of 2200 Nm3 aárdga s.)

Da arnaast is een omvangrijke kr ist a.l l i sat ie - t rap nodig. He t aluin bevat slechts ca 11%A1_201;er moet dus per ton

AI O liefst

9

ton aluin verwerkt wórdenjom een voldoende

la§.g3i.izergehalte te he r e iken zal deze al u i n dan ook nog

tweema al omR'e kristalliseerd moeten worden.

Ook al is de mi j n s t een gr a t is beschikba ar en ook al kan het onsluitingsmi ddel gr ot ende e l s teruggewonnen worden, dan nog zal het al umi n i umox id e een duur produkt zijn.

De gr ond s t off en .

I·~ijn st e en is een afvalprodukt van de steenkoolwinning;het is in gr ot e hoeve e l he den be s chikba ar . D prUs zal wa

ar-schi,inli5k ge en rol spelen.

Ammoniumsulfaat is een bUprodukt van de cokesoven-bedrUven~

en 'van sommige oL'gahische synth es en(b ijv. cäDrOlact am ).Het vonu in het verl ed en veel toena s si ns ala kuns tm est ,ma ar i s

als zodanig grotendeel s verdr ongen door ammoniumni traat en

.and er e st i kstof~ oudende kunstmeststoffe n.

De jaarpro duktie in ons land is ca 200.000 ton,waarvan

99

%

wordt gëëxpor t e e rd; oÎ deze expor t nog lang gehandha af d

kan wo rden wor dt bet'.vrfel d.

De 2.000 ton ,di in Ne de r l and blijven vinden woor de helft hun weg na ar de landbouw (kunstmest) en voor de ander

helft naar de industrie (gla s,papier, geneesmiddel n).

\1Al s handeLap rfi zen worden gen oemd f 170. - per ton

(Staats-'I'I mijn en ) en f ~OO.ï .Pler ton (Centraal Stikstof

Verkoopkan-1\ toor). ~""~'q ' ,

Vestigi ng s pla&ts.

De gr ond s t of is te vinden in de omgeving van de ste enkool-mijnen ; de huIpg'rondst of'f'en ~ordel1 deels gel eve r d door de cokeaovenbedrljven (anunoniumsul f aat,81rL"'1lonia k) en deels door de mijnen (poederkool of mixed voor de voorcalcinering)

zodat het dus aanbev e l ing verdient een zodanig bedr tj f in de omgevä.ng van he t limbu'"gse mijng e bi e d te pr o je c te r en , ook ter besparing van tral'\sportkosten,daar uit de mijnste en hoogstens 20

%

A1

20 3 gewonnen kan worden.

Pr odukt i ehoeveel h e i d .

Sinds enige ti,id bes taan er plannen om in de omgeving van het gr on i ngs e aardga sveld een al umi n i um- e l e ct r ol y s e -bedrUf t stichten.Het lijlet zinvol de capaciteit van de mïjnateen-on't-. sluiting te ba s er en op de AL2 0 ~ -behoe ft e van dit bedr~f.

De plannen zijn geba s ee r d op ~e1'l produktie van 60.000 ton

al umi ni um per jaar;da~rvoor is nodig ca 115.000 ton A12~3.

MUn s t e en be vat ca 24 ~ van het oxide, waarvan ongeveer 9~

ontsloten kan worden.Rekenin~ houd end met enige addi t i on el e verliezen komen we dan tot een ve rwe rki ng s capac i t e i t van 75 ton mi)nst e en pe r uur (1800 ton per da g).

- --~-- - - - ~...J...,---_

IV.Beschrijving van het prooes.

De ind1t hoofdstuk genoemde hoeve lheden zijn gebaseerd op een verwerkingscapaciteit van

75

ton mijneteen per uur. 1.Voorcalc1neren.

2.Roosten. 3.Uitlogen.

4.De kr1stal11satietrap.

5.Hydraatprecipitatie.

6.Calcineren van

het

hydraat.

1.IJzerverwijdering.

l.VOOH G AIf':: E~/~;~;l~. (7 5 to n m.ij n s tecn)

;Qoel :de !::i j ns t e en door een voorvc r hi tt ing be t,er ont sl u i t

-•

+-o an:r c e

Co ndi t i2 s :ic ont i mal e co ndi t i es zlJn vol~ens Ver burg (L 5)

ee n gl oei t i jd van 2 uur bij

7

5

C

°C. (o ok L 1 en

3

ge ve n 750

°

c

al s de op~i~ ale te8D era t u J r ) .

üit voe ~:i2 r~ijnstgen wor dt :"2 'l:Jro ~c e n t o t de gewenst e

de el t j e s ~r o o Lte (ca.5 mo) cn,gemen~d me ~ po ede rkoo l of

mi.xt e t oecev o e r d Jan oe n f Lu Ld-eb e-I vu.rr-hanr-d wac.r-L n het

meng se l wo rdt verst ookt.Net be h ul n va n ko elsl a n~ en wordt

de temperatuur in het bed beneden 800 oe geh oud en.

Het heng sel van ,:ec::tlci n e e ri e :.-i,j :::l s t e e n en as wordt

se k o el u en tot de voor het roo s t e n gO\':enste decLt j esgr oo t

-tie_{...; l...-.:::.}-'-'-_{" .,-,--}q I 0'~_{..._. \.}'I_/.~jc..·._-L.'}"{)_"j''-Î'.A.••>_{.; .}

Op!.:cr~~::i~:

-llc t vcr-st.ozen va n een r.e nc cc I var. ifi :i ns boem en rri.xto is

in nr inciDe hetzelfde als het versto r en van nsri.ji·:e kooL,

VoLrens van .coo non (L 6) l:,'J.Y'.:. in con f lu i (:-c e ci vuur-ha a r-d

De 3,;:; van d e r.ixte zal een,:':;e '; d i.e van d o :;·i .l n st e e n ov er

-

..----een k on e n d e, sumer.ste lLi n-: :r.c ~) : .e l~ O~~ zal dus '8ij h oI:' ver-de r-e

proces ree n ;'oei l i j lJ'eC c n 0'01ev er-e:..:a t de :::e vo l:~e n zu Ll en

zi j n van on ve rbran ~e koolresten (: ~e~ nerc o n t a ~ e hrand.ba~r

i n he t bed is 1 á 2. ~,L 6) is ni o:'C: ';mkk el ij lc ~: e voor snel

-l e n;als daJ:r:'è.oJr ~:;i .:i ::LelJ.s 1....01: ::'oJ s t e n r e:,,:' u.at i e van ijzer t ot f erro zou ku n ri c r: o"~re ::."i.'2n zon [-,et COl: bc La n.r.r l jk voor

-de eI zi j n,Anders zal, l':.iorvo or ; 2 ~ '. o-p2.os3in[,,: ,-'e vo n d en r.oeuen

Gen

, oP ' " ( - ~ , , . d l ' . . ~ ,

van, __··, e v._ ... _T'~... '-'0',... ~I•.~,·/'.I ' ~Tl'---''' .".,... C"'.... Cl n O ~ '_... _ -' r r..J....__••' '1L 1__ ,'-'-V o·~" ...ri"' o...ol r-ot cr-end e ovcn :.:ot dcoIt,j98 van C2.:;. ~C.•

calci~ cr c n t o t 15C

Doel:het oV0rvo eren va n he t in àe voor g ec alcine erd e mij n

-steen voo rkomende aLumi ni.um in een opLosba .rr- sulfaa t m,b,v ,

ac;moniuEsulf a ~t

(ZA)

.

Condities :

verhoudinc Z~/~ i j n s t cc n ca.l, 5

ro a s t t e~p ernt~u r:400 oe

op~ar8s n clheij :ca.6 °e/~in.

r oo st ti jd::~ iur ,

vertli jftij~ : 3 uur .

deel tj esgrootte : 150-2°0/.

ûi t',"oeri2.S,:de ge:JG.ler.,vo,r;-;:: ecal ci n e erd e mijns teen (6 7 t on)

wordt r-emer:GS. met i.,À (110 ton) en zov ee l water al s nodi g

i s 0;;: een un.if or-ne DDs ~~a te verl::rijgen jhierto e moet het

me ng sel ca.l O%(21 ton) bev a t t en

(

L 2)

.

Ee t me ng s el (~C8 ton) wordt ann de ro~s t o ven toegevo e rd.

Eet r-oost,"':é'odukt (136 ton) word t S2koeld en n:_nr de ui tl o

-worden onçevnng en in water t ot een

---- ~~---""~--J"""

de vov r-l.eur-,daar hi e rd oo r etn beter resul tar't 'verkreGe n kan

worden.(ond or bepa~ld e o~standi ~heden vond hij ecn r end e men t

,_fan- _L,Ç..7_,.J +_vv-"c::n-Cl~Cl ~.,'_{,-' c.: "} bil.! c'lrog e me rigi.ng. ) •

oD'-mr::-:sncl":eidraLs deze [r o o t is zal het ZA subLi.ner en zon -der t e rea ~ eren jook word t door ee n niet te snelle 0pwRrming de ont Ledi rrr va;"} het ~i sulfcc:~,:-; ~'l:Ja:::'s ch i.~nl i.:l k onderdrukt.

8

CL

C'... ) , "". ""'"..c.....t· •0./') •

'T ' (1-" '. ~) ~ ft: "7C, 0" 1 d

roostt'::; ':iDcra t ''';'~lr: ver currr _ '+ ,) : :.8e _. . rr> IJ a s e optimale

r-oostrt emper-atuur ç ma a r uit zijn eiG en v e rsLas; (L5~fig .'7)

bl i. j kt,da t de result 3. ten bij 40 ' oe eigenlij k g~ns tige r zijn.

(iets hoger rende ~en t vo: ~ hl,iet s laGer voor Fe )•

.- 1 _ . 1 C-- r ,-, . " " • • '7r: 0 ,

Va ee n s ~t.J _a i r L ~) lS ~ Ulr roosee n OlJ ?o O e reed s

vold oe hde jtus3c n 40 0 en 650 oe verbete rt het result aat nRu wel i J k s me er.

,r

400 oe he~ alumi~i~~ jn ~et ro~ s t nro du lc ~ aQn~8 zi g i s i n de

vo rm van het ':Iat ~r:rij e aLui n ~';EW'\lC:.JOL) ?;'c,i .j hog ere t emp e

-rature n ontl e~d t he~ aluin in de ~e ide sulfaten.Roo ste n we

bLi L~OO oe dan znL d:1S :1e "ii n d. e r '6A suoL'iner-e n en 28 het

t o ev oeg e n van LA ~i~ het ui t l of2 n Ccro t endeals) achterweg e

kunn e n blijven.

l;et am~oniakve~li2s do~r dissoci~ti e en oxii ati c ne2 ~t vol

-G ' I 0 0 , - ' 1' 5 0° 4- ')

gans L 2 beven 40 C C st e r-k toe (+0 :ca .l. , ~, ,-,;'-t- : ca ,J .

-r ' ~o 0 r, "0 . . ....

Door Vez-b urr- ':,'er.:l ~::..,~ 't2;!")er3.t ' :,ren ooven <:-) v:':> _,':) an heli

.

t S et on '(. ;~, D""c' 1.'.. ', ·o ck d; ....

roo s -g a G.':'..ng · 0 ,; 1..J . , . '-'c" - ' / , '- ~ . ,

hi e r-ui,t 0-:1 de e.." of anc;er e man.ier' \,'e e r SO-, ge r.: a:, k t zal )

noetGD ~o rdc n ;b ovend ien i s ~ict jekend of di t SC

2 bi j de

hydraG.t0r~ci Ditatic zal store~.

Voor de r-oost t er r-cr-at -rir- z.uILet: ·:.'i j dua 4C;C' oe..: 'l3.n houde n.

r oost ti .:.< •.... 01r " "r 1"'n'''~1' ~'1' :-' ""o o s ten 1r ..,,., 'JO" 'nV"'" _ _ _..J~ . i .!\. '..J.. J..... " ...t:··i..·..A..i.. : · ..i,.. u ...1 . 1 \ ( .._.4 .l..: ...:..:. ..-J

ton ZA en spl i t

-he~ aluin we~r ontleden in de jeide s~ l f 8t e ~.

de ho eveoLreid .·~ic ;":er'o~_lrp: ,..:e ~ :·: -tr.: ---:e:~ cen ze er ?~' o t e over':,,2'?t

z;~ (~;, 'i· Z de n oevo -1:>; ~< ~ j_-;nsé_'--.sn) •

Het ::1i.4i.:: ec.htor

C

L ;:

)

,:>J.I; 00: : :"e ~' cc ~ verhoud i ng van

1

,6

ee n r:;oed e ontsl:.ütj,:1 f! ·o,:'eJijk ::.:::. :::Jo v;) nr:. i c n zal in dat

tot lOC L;eSD C8:?'al'J:: :·, ":tc ~ia2. 1 (15 \~) goed.e r ::sul tat en ; even

-t uceI kan tot 1 ':::;~ CC'.,::.l e r:. ·..·or:le.·,";3 r ho t l i jkt n.ie t riodi g

Or"'.".,LJzo_uc.L s 'v'e r 'o" r_{~.'. :..-.}'- \,..L,~r,ro.........·'.. , ....',.Jot,-' c.>J'i"-t ,.-'-0;..,..., : j'·-G.' I~ n~ ....

~~v,,,,, ·" '\''':':' ~'~ . - . ( ~(-: .1.._{0 "}, :;..". , on.i aki i.J ';-o n 'I'.Tr'\~ç',-y-.· 2j ..ol J J_..I ,'-J .::J.J _• • \, < . / '-, .:.. ~' j ...L..\...l. ~,/ __ ~.'-.A,J"""J.. ,

sinGs produ~t 2n ja rV "' ~ , tot a~l

12

~o n ) .

üccds èi,~ onr.cv ecr- l' o,~ r:;e' ~j_ ~:'.: het ul~ t e cntLe d er, in UI..,

o~ )

en bi cu.lf aat ;boven "-;U v be vat ~et r o()s t s D. S ook ;- 8 s u bl i

-mocr-d ~" ~;:";()2 '::c rt.:.:.:..o:;r \'er ::u r::-: (;'';:::'S :': boven li-5 0

o

e

~an!;etoond. l L S' ).

De _{'~r:1:'ion iéJ.l: \:o r,_;. i~} ir: .? .n _{r-'?DéÜ:':~ ,-:} 1:D1 01': r:;eabsor':Je:;rè. i n wa t er,

vaD de ~Ydraat Dr e ci'C'itn~.:::-:-:~tot ':':021 c:::: .15 .-=:1;3-oD1 033 i n[':.

l'en ze ko r'e /: C:-l"r. " ··"-r" 14 - ; n

]" 1 d"··e .-" o ol . ~ I t ' "

..J .. "__ . ...L ;....;:.- ~_..._J '-'_ . -,... ....\.J~ v~.l.. .~.~ ...:..::..- t... oSSln,~_ .: e ver- 81J

de hyd.ra:'.t~ r e c i""·,,,:.3.'::::i.e se,:;n ;.:o e i J.i ,jkh e(:.en oo;.::'.11 ecn wanne e

r-de r-oos t.r.ass en i~ e:n ::.'" '-::8 e1 VU::-'l de oven st er-l: veront reinigd

zoude n zij ~, ~ et bijv . ~G~ ,v~lt te ovcr~c gen om di e ga s s e n '

:-;:--~.

__

._ - - . ---~----

-Als de re st gass e n van de absorpt i e noc a~~oniak bevatten,

dan kunnen de z e ev e n.tuee l rio« ge\',["ls s e n vlorden net het ZVla

-veLzuu .r Qat voo r cle;.i tlo C-in g n.oet wor-d en ge o r u i kt.

ltCC 3.,-'0"1 ,::id o ze z3.1 03.. 8.:J.L de ',To lf~endc voor vra t.r'den .moet en

volcloe r::

l .d e ovcn :,~o:;':: j..:i,~:.i:ccl:t ccsto:)i<:t ku nn e n ':lorden on. verontrei

-ni~ing van de ro ~ st ~as s en met ~O~ t e voor ko men;de hydraa t

-~ - c

»r-c ci.oi tati.e ~';: : L \",'e lj. s ':Io'l r 00 1;:: net o.',.::;o n iu;';~c arb o na:::.t-oplos

-sin~ uitg e v oe rd ~orden,m2 r de resul ~aten zijn dan bed u id e n d

slechter (:;:;",7.» .

2. De rO'Js t ,--: a s ::::;e r: .oet cn :"" e mnk' :e l i ,j k afGev oe rd kunnen wo r d en.

·~ c '~empera t~xLl r van het mat er'LaaI

Langzaan en -elc'~ el i j : on tc voe r-en (ca 60C/ rd n) ;de ro os t -t e r;: p erat .Flr ;o e" bi n n e n zo.re r-e :Tcnze n OTJ 400 oe gehoude n

. kunnen \·:orè.e n.

'f·•.Joor de a:·n',:ezi ::-::ci,;. V2D hot r;es'~,ol te n b.iauLf'aat; (sm e l t

-. +. l /,r 0,,,< ) , -_4-Clnt ,;,-, 't ; .<' """'i- he; ,.,.,. .... ' aI rp .. .L 1' 1 ~t

punt ."TO v Ot;':J\J'., .~ .I..~ ·,s n ..) ,.,l~v ~uU ",s ver l 'L..:. ba<0 h OL en

en a.n de '.!a n el C' ~A~ ~; ~:1cvon aLs ':'e eon r-oter end e oven gebr u i

-keri

CL

5) . :~en sÜl>::r~~:;.n:l is ,'üs s ch ie n de bes t e op.los sLng,

î

J

~,' "C '1 ·L ... I-IJ ,.., .r (L ')

~!_'--"..,,-.l.Cl.J' kJV . 'J__c,..l ,_

éJ2n·..·ezi g e ho eveeLhe.i.d

.1

°

1 ' " ,, • 'I' ] • " d h ' "

1-\. 2 3 en o e oesc: : .;. ,C :·;·;~P no o ve c .ric i c,"rD" ,T on er ..l,J o.an ver -s t ,-.+- 1" e -J.- '1 (' 1 ,,1~-:- r:l " ,. ""'.Y'lo(")r ' ) l . ) ., _r- 0

rr ~• • 7" 0 0,'"'1 1

t, 3. 't) " ,_. .l.;..r,\... '_J . v n" 8,,1. 'Jo'__J..'j'·A,LClHc_. ln~':c l.-' lJ ,IJ v op OS

-';

ba.vr is in hc,--;t ~,.;:-z'.·;:>·vT''31zu.~.;.~. Vor-b ur-g :"1183.kt hi e r o cn op ner

-ki nS ovei:

C

u

~"

,:;

;, ."

.

:'

.;

.v::-Ó:.r-i n L:L~ zich v e r-vonder-t over dit

rl " -t

ono cr-c cn ci a .

;';og'e l i,ll-e si

c

het ce r s c ~: .~. 1 in >et A1

203 J da t Gebonde n i s in

ve_{_}L_{_'}d_{'- .Cl'.·'A''}....,""'-I-_e·_,1"_{_,.t}d i.c _~7"' <=>""_{' C c; J..} rt·_{'Cl ...}·· ··;ç,l_{_.~,', "'}~._{__ "d}' '':y, (J"'/I_...1'"').-,~_{c-f.'o .} I_{· 0}r ) en d at "_{.1 f}o'""_C,el l' _J'_K1

noch doo r z..·,::',ve l zT~r,r Je , door /;:, ontsl ot e n kan word en

ve":'klar ing voor het fei t ,da t

Ve rbur- c,ondank s zi j n e xt rcre con cli tics zel d e n een bet e r e

ontsln i L:ing vorl:rr:oc' dan r)~J. .•

~let verd ient zel<::.:r 0: ~,: >:;vclil":C 0::1 na t e L,;a m of ook i n de

mi j ns t eo n der3elijkc niet o~tsl~itbare mine ra len vo o rk on e n;

he t 1'~) c: sc;: i kJ a r e11 "1.L,O;( r:eeft d an teven s de na x dnaa .l bere ik

-c ,

3.Het uitlogen.

Doel :het in oplossing br engen van de bi j het roosten gevormde

sulfaten en het afscheiden uit de opl oss i ng van het residu

tniet onts loten materiaal en 3i0₂) .

Conditie s:

een zo hoog mogel i jke temperatuurl 900e of hog e r) ;

een enig s zins zu re uitlo ogvlo ei s t of ldoor H_{2S04 of ZA).}

de oplossing di e naar de kr i s t a l lis at i et r ap gaat moe t ca

25

%

aluin en ca 10% ZA en andere sulf at en be vatt en .

ui t v oer i ng :

Ret tot 100 á 150 oe gekoe lde roos t produkt (1 36 ton) en de van de secunda ire kri s t allis at i e (zi e pag. i3) afk omstig e

ijzerhoudend e al u inkristallen lca . lO ton) wor den in de uitloog-tanks goed ge r oe rd me t de uitloogvl oe i s t of (

2bS

ton wat e r ) . De slurrie wordt naar de indik ke r s gevoe r d om het residu te

la ten be z i nken .

he t sed iment (ca .44 ton ) wordt uitpewa s s en en afgefiltreerd he t uitwassen geschi edt met water,eventueel in meerd er e tr ap-pen in tegenstroom; de wasvloe i st of wordt naar de uitl oogt anks

gevoe r d .

De overloop van rie Ln dLkker e gaat naar de kr i s tal l i s at i etrap.

De benod igde hoevee lhe i d ZA kan in de uitloo gtanks wor den

toegevo egd,maar kan ook pa s na de af sche id ing van het residu

aan de oplossing word en toegevoegd.

Opmerkingen :

1.0m een gunst ig kr is t a l l is a t i eren dement te kr i jgen moet en we

er voor zorgen,dat de al uinco ncent r at i e zo hoog mogeli jk is.

We moet en dus al lere e rst bij een zo hoog moge l i jke te

mpera-tuur werken en met de minima le hoevee lhe i d uit l oogvl oe i s t of

(met uitwassen van het res i du in te.c:ehst r oom) .

Een andere mogel ij kheid is ev entueel om toch met een wat gr ot e r uitloogvolume te we rken en de op los sing voor de kr i s t a l l i sat i e

in t e dampen.

2.Ve rbu rg (L5 ) bevee lt aan om voor het uitlogen een 3

%-zwavel-zuuroplos2ing te geb ruiken om te voorkomen dat 8i 0₂ in oplo

s-sing gaat .St .Clair (L2 ) vermeldt echt e r ,dat het 8i 0₂ weinig of

geen neiging vertoont om met het alu i n nee r te slaan en in de

moed e r l oog acht e rbli jft .

- - - _ . -

-Wel moet in de oplo ssing een zekere "zuurheid" gehandhaafd

wor d en om hydrolys e van het al u i n tot een onoplosbaar basisch

sulfa at tegen te ga an ;dit kan echter ook ber e i kt worden door

een overma a t ZA toe te voe ge n.

Het mee s t~ns ti?e kr ist a l l i sat i e r endement wordt verkregen

als de uiteinde l i j ke oplo s sing ca.l ~~ ZA (+andere sulf aten) beva t .

I

3.Eventue el opge lo s t 5i₀₂ kan verwi j d erd worden d.m.v.het

i. toevoegen va n ge c a l c i ne e rd e gr ond s t of of residu;om een andere reden is dez e we rkw i jze echter nog veel be langr i jke r :aan deze vaste stof kan nl .een gr ote hoeveelhe id ijzer ge ad s dbe e r d worden.Vee l is hierover nog niet be kend ,ma a r L2 vermeldt,dat op deze mani e r zove el i jzer uit de oplo s sing kan worden ver-wijderd dat het Fe₂0

3-gehal t e va n de kr i s t a l l en na de e rsta kr i s t a l li s at i e nog slecht s O,006~:o bedraagt;in dat geval zou met één rel~istalli satie volsta an kunnen worden!

4.}Iet het oog op het bovenstaande lijkt het bovendien

verstan-dig om he t residu niet al te pr on dig ui t t e wassen ook al zou

daar door wat Al₂0

3 verloren gaan.

5.Na de afsche id i ng van het residu tind ik ke r s) kan de o

plos-sing du s nog de volgen de bewerki ngen ondergaan:

a.ontki e ze ling en ijzerverwi jdering,zoals genoemd ond er 3.

b.filtr ati e (ook als geen vaste stof wordt t oegevoegd kan het

nodig zijn om de oplos sing te fi lt reren) .

c.indampen, al s me t een t e gr oot uit lo ogvo lume werd gewe rkt .

d.toevoegen van ZA tot de gewen s t e overmaat tal s di t al niet in de uitl oog tanks is gebeu rd) .Al s het ijzer wor dt verwij derd door ads orpt ie , dan zal extra ZA moet en word en toegevoegd om de gewenste concentra tie aan ZA + sulf aten te ber e iken .

4.De kristallisatietrap.

Doel:het verkrijgen van aluinkristallen van een zo gr ot e

zuiverheid,dat aan de aan het eindprodukt ge st e l de eisen kan

worden voldaan.

Voor het verkrijgen van de gewenst e zuiverheid zal het nodig

zijn om het aluin tweema al om te kr i s t a l l i s e r en tals het

ijzer door adsorptie verwijderd wor dt kan wellicht met één

rekristallisatie volstaan worden).

Ui t voe r i ng :

4.1.De eer 's t e kr i s t a ll i sat i e .

Door de uitloging \z i e 3) wordt ca.~23 ton van een bi j 80 °c

verzadi gde aluinoplos sing ge l eve rd \samen s t e l l i ng: 23% al u i n ;

13!)0 ZA +andere Bulfatenj6'i::1; water).

Deze oplos sing wordt toegevoerd aaL de kr istall i sat or en

daarin afgekoe l d tot

35

°Cj de koe l i ng kan m.b . v . opp e r vl a kt e

-wa t er ge s chi e den.

Onder deze omst andi gheden kan uit de oplossing ca 87~ó van het

aanwezige aluin kr i s t a ll i s er en tl~3 ton aluin.12 aq.)

Na het affilt reren van de aluinkr i s t al l en ,re s t e e r t

ca.lbO

ton moederloo g welke nog 13

%

van het aluin en het gr oot s t e

deel van het ZA en van de andere sulfaten bevat .

4.2.tlet terugwinnen van een gedeel t e van het Al - al u i n uit de moederloog tsecundaire kr i s t a ll i sat i e).

De moede r l oog wor dt zover ingedampt dat de resterende

oplos-sing nog ca.60 ton wate r bevat jdaar t oe moet ongeveer 100 ton

water verdampt worden.

Dez e oplos sing wor dt ve r volgens tot

3

5

°c afgekoe l d waarbij

ca.12 ton alu i n zal uitkri s t allis e r en,welke voor ca. 80%uit

Al - a l u in zal bestaan en voor de rest uit Fe-aluin.

De secundaire aluin~r istal len worden afgefiltre erd en naar

de uitloging ge r et ou r ne e rd .

De secundaire moederloog gaat naar de ijzerverwij de ringj het

daarin nog aanwezi ge Al wordt samen met het Pe gepr e c ip i t e e rd

lme t ammonia) en gaat dun ve r l oren.

4. 3.He t omkristallis eren.l2e en 3e kr i s t a l l i sat i e )

Ook het omkristalliseren ge s chiedt het be st uit een oplossing

die ca.lO~ overmaat ZA beva t . (gunstige r rendement ).

Di t kan het be st ge r eal i s ee rd worden door ee n t egen s t r

herkristallisatie met een ZA- oplo s s i ng (bijv.het waswater +

een ge de e l t e van het filtraat van de hydraatprecipitàtie). De moe de r l oog van de derde kr i s t a l l i s a t i e wordt dan gebruikt

voor het oplossen van de kristallen van de eerste kristallisatie; de moederloog van de tweede kr i stall i s at i e kan worden gebruixt bij het uitlogen,om daar de gewen s t e ZA-concentratie te bere i -ken.

- - - -- - - '

-5.Hydraat precipitati e.

De natte kr i s t a l br:.i van de derde kr i s t al l i sat i e wordt

uit-gegot en in een ong eve er 15 'jè-ammon i akopl ossi ng,die iets

meer dan de the or et isch benodigde hoeveelheid ronmon iak zal

moeten bevatt en .

Het al u i n wordt da ardo or ongezet in het alum i n iumhyd r a a t ,

te~5l ZA wor dt ter uggevormd.De ammoni akop l oss i ng wordt ver-kr eren door het opvangen van de roostgassen

l2.

3)

Na de filtratie gaat de filterkoek,di e zeer veel water kan

bevatten ,danr de kr i st all en zee r por eu s zijn,naaT de calci-neeroven (6 ) ;de moe de r l oog wordt ingedampt om het ZA terug te wi nn en .

Om een hogere ZA-concentrati e in de moede r l oog te verkrijgen

kunnen verschil l ende wegen bewande l d word en.We kunnen bljv.

een deel van de moede r l oog terugvoeren na ar de uitloging of de kr istall isa tietrap ,ma ar op het nadeel van een hog e r e

ZA- c oncentra t ie ~ij de kr i stall isat i e wer d hi e rbov en reeds gewez en (zi e

3

)

.

Be t e r is het om d0 was vl oe i stof en een deel van de moede r l oog

te gebru iken voor de lnl~-abs o rp tie; op dez e man i e r wordt

al-leen bi,; de hydra a t.precLnttati e de ZA- c on c entr a t i e verhoogd.

6.Calcineren van het hyd ra at .

Het hydraaf wordt tensl otte van het wat.er bevri,id door een

V.Massabalansen.

De hoeveelheden zijn gegeven in tonnen/uur,uitgaande van een

verwerkingscapaciteit van 75 ton mijnsteen per uur. Grûndstof: (mijnsteen) •

samenstelling: hoeve e l he den :

SiO₂· 55,5

%

41,63 ton A1₂₀ 3 24,0 18,00 :b'e203 5,0 3,75 Ti0 2 1,0 0,75

Mg

O

1,5 1,12 K2

°

1,0 0,75 Na20 1,0 0,75 vluchtig 11,0 8,25 mijnsteen 100,0 % 75,00 ton. 1.Voorcalcineren.

De gecalcineerde mi j n s t e en bevat dezelfde bestanddelen en

hoeveelheden als de grondstof m.u.v.het vluchtige deel da

ar-van,dus: 75,00 - 8,25 = 66,75 ton ge ca l c i n eràe mijns t e en .

2.Roosten.

Aan de roostoven wordt toegevoerd een mengsel van:

66,75 ton ge ca l c i n e e rd e mijnsteen.

120,0 ton

ZA

21,0 ton water.

207,8 ton totaal.

De stofstromen die de roostoven verlaten zijn:(zie

berekenin-materiaal 75 x 0,585

=

75 x 1,220

=

75 x 0,258

-=

75

x

0,142 c

gen op pag •.!!)

Si02' en niet ontsloten

aluin en sulfaten totaal roostprodukt: roostgassen:

HB

₃ gevormd H₂0> gevormd extra water totaal wat r: ZA:toegevoegd verbruik 75 x 1,321

=

over 10,6 21,0 129,0 99,1 20,1 31,6 20,9 43,8 ton 91 . 5 135,3

_..

ton

- - -- --- - - .. - _._-- - _ .-.-- . - - - -- _.- - - - ' - - - - -

-'1.

totaal roos tga s s en

totaal roos t pr odu kt was

tot a a l beide stofstromen:

72,6 ton

135,3

207,9 ton.

spe cificatie van de sulfaten in het roos t pr odu kt :

NH

_4A

l(S04)2 Fe_2(S04)3 TiO.S0₄ (Mg,K ,Na)sulf . t otaal 75,4 ton 8,3 1,35 6,45 91,5 ton.

~De rr~8sabalans over ui t l o~ing en kristallisatie.

(zie blokschema op pag l9)

Aannamen :

1.De kristallis atie wordt uitgevoerd met een ZA-opl o s s i ng

tafkomstig van de hydraat preci pitatie) in tegenstroom.

2.We kristalliseren steed s uit een bij 800e verzadigde oplos

-sing onder afkoeling tot 35 °e.De samenstelling van een verz.

opl o s sing met 10% overmaat ZA is:25,2%aluin,lO% ZA,64 ,8%

wate r .

3.Het rendement van de drie kristallisaties is steeds 87~.

4.De kristallen van de eerste kr i s t a l l isat i e beva t t en 1 deel

i!'e-aluin op 100 del en Al-aluin .lla de tweede kr i s t a l l i s a t i e

wordt het .l!'e-gehal te van de kr i s t a l l en verwaarloosd.

5.

v

e

re s t van het ~'e-sul faat en de sulfaten van fi ,Mg,K en Na

bevinden zich in de moe der l oog van de eerste kr istal l i sat i e.

6.Uit de moederloog van de eerste kri stal l i sat i e wordt ca 80~

van het daarin aa nwe zig e al u i n teruggewonnen door indampen en

afkoelen ;deze secundaire al u i nkri s t a l l en bevatt en ongeveer

1 deel Fe -al ui n op 4 delen Al - a l u i n . tge s cha t aan de hand van

de cijfers in L

7)

.

Berekeningen :

l .uit het al u i ng ehal t e van he t roost produ kt en de verschillende

kris tall isatierendementen berekenen ",e de hoeveelheden aluin in

de verschillende stofstromen.

2.Daaruit bepalen we de hoev ee lhed en ~A en water die bi j de

2e en 3e kr i s t a l l i s a t i e aanwezig moet en zijn.

- - - -- -

.,.-lB

4.De hoeveelhei d ZA in (lO),de moed er l oog van de 2 kr i s tal -li sat i e is gr ote r dan voor de eér s t e kristallisatie nodig is. Da a r door verandert de hoeve e lhe id wa t e r die voor het ui t logen

nodig is; de samenstellin g van ~2) wordt nu:23, 3% al u i n , 13 , 5 ~

ZA en 63,3

%

wa t e r .He t rendement van de le kr i st a ll i sat ie zal

da ardoo r niet veel verand eren, zo dat we ook hie r voor 87%

zullen aanhoud en .

5.üm uit (6) ca.80% van het aanwez ige aluin te r ug te kunnen winn en zullen we ongeveer 100 t on water moeten ve r dampen t9). De rest van het water wordt na de ijze r ve rwijde r i ng verdampt bi j de ZA- t e rugwinni ng .

6.~e oplos sing di e na ar de i j zerverwij dering gaat bevat ca.

43 gr am i e

203 pe r 1000 gram water:volgens L2 is een concentratie

va n mi nst ens 40 gr / l i t e r nodig; a an deze eis is dus ook vo

l-daan.

De verschillende stofs tromen zijn gegeven op de vol gende

pagina.

De massabalansen over de hydraatprecipitatie, het calcineren, de ijzerverwijd ering en de ZA-terugwi nni ng zijn achterwege gel a t en .

....•. • . ';' '; ~ uitlog st •l .~...':.:• ~ttr; "

,

~~~;,

:

:

;:

...

~S!!!la!!3!ufi~~~em~w!ä~:2J~!Y!um

~~~~Jd~~~:L.

~~~<',-. -.', ~<,. , .

t}

~::.:

'''.'1:. '.," ''':,'1''', . ROOSTEN ' UI TLOGEN

R

oos 1;

rodukt (1) . ~ 1 . KRI8TALLJ

(s)

-1

.

(13)

rw. :;_.....'. .-' . .. ·1 .., i .,,-I I

1

I

(

I

I

I

(roost

2 ..:KRI8TALL .

(Je)

t1 ·3 KRI8TALL . (ö) l

-~~J

}

,

(

\J /

.

-

~JtÎ.~

/ .

,

~

~,

.

i

l

'

.

yD(

;>

:; ..

',

~. :. ';,.".. , '':'. ~~~.;~:-. .: f:~}'~ : ';',,·. "" ';t=': ol:"; •

~

,.:".

,:,~,:' , r.",," ": ~~V·"", . ~ ; ... , ~~, .r. ",.. ~::,;} '~.~)O, ~i:t.~,:" , -~ ~ • •.J,." , . ,,~,". -Ó, ~. " ·1 ' I \,',1 "1 .:·'1 : ·,"'_.:.:1

,~--- I v .:•••••

-

s

r ...

{o::;.:,~, .-

.

.

.

.

0.6 -.- 37.5 33.2 37.3 11.6

100.0

171.2

148.9 244.1 24.3 100.0 222.0 192.9 281,4 (7)

-.-.5

8~3

1,35

6. 5

37.3

71.8 133,7

-.-(6)

-.-

-,-

-.-43,8

43.8 12.7 10.2

1,35

6,45

37.9

'

189.4

,

258. 0

(13)

-.-

.

-,-

-.-

-,-

-.-..

..

-

-.-(5)

66·3

139.2

(1.2 ).

-.-

-,-

-.-

-,-

-.-(4) 83,7 10.8

16.3

160.0 (11)

~.-

-.-

-,-85.5. 0,7 12.6

0.7

0,2

7

8.6

165.0 (10)

-,-

-.-(2)

98.2

10.9

1,35

6.45 38.1 268.0 423.0 (9)

-.-

-,-

-.-

-,-43.8 75.4 8.3

1,35

6.45 (8)

(1)

135.3

stofstroom:

f;!iïof "troom:

w

ter

totaal

S10

₂+r 1du. NH4A1(S04)2

F 2(804)3

T10.S04

(

,K,N )804

ZA 810₂+r idu

NH4A1(S04)2

Fe2

(S04) 3

TiO,S04

(Mg,

K,N&)80

₄

~A .water totaal

stofsiiroom(12) wordii in drieën gesplitst:

ZA

(12a)

33.2

(12b)

4.1(120)

wat r

138.9 20,0 iiotaal 172,1 24.1.

-.-85.

85,2 Controle-mog lijkheden: (1) + (12) (5) + (7) + (9) + (13) (ov r ll-ba1ans) (1) + (120) + (10) + (8) • (2) +

(13)

(uitloging)

(6)

(7)

+ (8) +

(9)

(secundair kristal11 at1e)

(2) • (6) + (3) (le krisiia1.1isaii1eY

(3) + (11) • (12b) • (4) + (1.0) (g kristallisati )

(4) + .( : • (5) + (11) (3 " )

-~~~ ~---

-~1.

VI .Pl:ys i sch e en chermsche asne0t en.

De me es t e aspec ten die van bela ng zijn,z i jn reed s opgenomen

in hoof dstuk IV (Bes chr i jving va n r-et pr oce s) in de vorm van opmerkingen•.

De eisen die 28n het eindprodukt ge s t e ld worden zi jn gegev en in de inleidi nf op paf .2.

In di t hoofdstuk zi jn nOR 0PEeno~e n:

VI.l .13ere:keninp: van de samenste l l i ng va n roos t produkt en

roo s t gas en het ZA- v e rb r uik.

VI.2 .BepRl inp van de ~ij het roosten benodipde hoeve~lhei d

ZA.

VI.:3.3epal i nF van de gunstii=:s te kr istalli sat ie-or~,s tand ighe d en .

VI.4 .Enk Ie fysische constanten van al ui n en aluinoplos -si ngen.

VI.I.Berekening van de samens t e ll i ng~an het roostp~dukt en

de r~ ga2~ en van het ZA-verbruik bij het roosten.

Hi e rvoor word en de volgende aannamen ge daa n :

a.3ij het roosten wordt 90~b van het aanwezige A_{1 203},1!' 203en Ti0₂ omgezet in de resp. sulfatenjde resterende 10%wordt niet ontsloten.

V~0 ,K2 0 en Na₂0 worden volledi g in sulfaat omgezet.

b.R et Al is in het roostprodukt aanwezig in de vorm van het (watervri je) aluin NH₄Al ( S04)2 (z i e opmerking op pag.8 en 9

ZA aa nwe z ig .

1 : I).

ton gr ond s t of )

verkregen verbruikt sulfaat ZA + 6 NH 3 + 3 H20 + 6 NH 3 + 3 H20 + + + 2 NE 3 + H20 +

reage ert volge n s:

--- 2 NB

3 + H20 + sulf aat, behalve het ZA

de vorming van he t al u i n (1/4 x 1,116 c 1,116 0,107 0,014 0, 049 0,014 0, 021 1,321 1,003 0, 113 0,018 0,045 0, 018 0,023 1,220 en ook L2).

c.rn het roostprodUL~ is geen overmaat

(De mol . verhoudi ng ZA/ A1₂0

3

is dus als

Het ZA dat niet rea geert sublimeert af en komt dus in het roostgas terecht.

d.De reactievergeli j kingen zijn:

A120 3 + 4 (NH4) 2S04 2 NH_4Al (S04 ) 2 F_{e 203} + 3 (NH_{4) 2}S04 ff_{e 2 (S}04 ) 3 Ti₀₂ + T_{i O. S04} !'~O + +.. - HgS0₄ K 20 + (NH4)2 S_{04 K} 2S04 Na₂₀ + N_{a 2S04}

Roostprodukt: (alle s in tonnen pe r totaal in niet wel

gr ond s t of ontsloten ontsl. S102 0,555 0,~55 ---A1203 0, 240 0,02 4 0,216 Fe203 0,05 0 0,005 0,045 T102 0,010 0,001 0,009 ~~O 0,01 5 0,01 5 K20 0,010 0,010 Na20 0,010 0,010

niet ontsloten 0, 58 5 verkre ge n sulfa at

verbruikt ZA Roostgas:

Het verbrui kte ZA

(NH4)2 S04 + oxide dat nodig is voor

0,279 ton).

Vol gens bovensta~nd e vergeli j -ing reageert dus 1,321 minus

1

3

Daarbij ontstaat 1,042 x 2 x 17/237

=

0, 268 ton NH

3 en 1,042 x 1 x 18/237

=

0,142 ton H

20

Naast deze reactieprodukten zal het roostgas ook nog beva t t en : a.de hoeveelhei d wa ter die bij het mengen wordt toegevoegd; b. de hoeveelheid ZA die sublimeert,dat is bi j onze aannamen dus alle ZA dat niet reageert.

VI . 2 .B paling van de benodigde hoeveelheid ZA.

Bi j een 9~~ ontsluiting-zoals hiervoor aangenomen_i s per ton

gr ond s t of 1,32 ton ZA nodig.

Bi j een 10 0~ ontsluiting wordt dat l,55.ton.

Be rekend volgens de me t hod e van St.Clai r (L ~)-d.w. z.

5

mol ZA per mol "beschikb aarll

A1_{20 3} (zie opI!l.pag 10):- wordt het:

90% van het A1₂₀

3is "beschikb a ar" : 1,40 ton

100%" 11 , , : 1,55 " .

We zijllen bij or.ze berekeningen verder uitgaan van een ver-houding van l,~ ton ZA pe r ton mi j n s t e en .

In totaal zal du s bi j het roosten 1,6 x 75

=

120 ton ZA

toegevoegd worden.

62 56 882 6, 2

%

al u i n 93, 8 ~ water . 70 (1 - 70/785) 91 , 1

è

VI.3 .3ep~l ing van de gun s t igst e kr i s t a l l isa t i e - oms t andi ghe den .

(m.b.v.het ter naire diagr am A_{1 2(S04)3 -(}NH4)2 S04 - H_{20 ;}pa g f b ) .

A.Er is ~ee n overmaat ZA aanwe z ig . 80

oe

350

e

verza digde oplossinp:

31, 4 ~'b äluin - 11,3

%

aluin 68,6

%

wat er 88, 7 ~ wat e r uer 1000 de l en oDlossing: ~14 delen al uin - -113 286 , , kr i st al\"a ~er 103 400 " vrij wate r 784

delen al u in per 1000 de l en vrij wa t e r :

785 144

Rendement (1 - 14 4~/785)

in

%

:

81,7

%

-"'

,·"'::···

"C;"'~V~.i:

..

-. . ~~ ; .~ .~ ~!~; - ---- ---_._--- ---,

~

.,... ;;j ? ~ .: . ,,\ _ -,,,.-~. ~ ;r"l<' -' . 'Z' "."7. .... ' . .... "" , ,-~ c-, • -. ; r ~. :~ ,./; ':. "'" ' '!< ~~ . -> <;:'

:...

<:~': ,' ~ ; ' : ~ .' :-'/' ':C;';",

:':.:.:è

.

.

.'

J " , "'" -, : , ' ~~' ... ; ~'" .:... -, ":.-":.: ~ .> . o .... :r. ,

.

~, f

2

'1

voor 11 10 192 181 25

°c

0,8 ;~ x) 19,5 ~b. samenstelling: 1,1

%

19,2

%

B.Er is l~~ overmaat ZA aanwezig.

(de samenstellingen bij 35 en

25

Ö

c

worden gevonden uit de

snijpunten van de lijn

A

_12B met de oplosbaarheidslijnen die temperaturen)

verzadigde oplossing:

80

oe

35

oe

17,1

%

Al-sulfaat 4,1

~

x)

18,1 ~ ZA 18,8

%

omgerekend in aluin wordt de

25,2

%

aluin 5,7,~ 10,0

%

overmaat ZA 17,2

%

pe r 1000 delen oplossing: 252 delen aluin 57 230 " kr i s talwa t er 52 100 " ZA' 172 418 " vrij water 719

delen aluin n8r 1000 delen vrij water:

602 rendement: 79 86,

9

~~ 14 97,1

%

C.Er is 20

%

overmaat ZA aanwe zig . (lijn _A12C in het diagram ).

verzadigde opl:

80

°c

13,5 /c Al-sulfaat 35 0_Iv" 2 4_, ut,_/0 x) ₂₅

°c

_0,47 ,,'_JO x)

25,5 ZA 30,5 31,6

omgerekend in aluin en overma at ZA:

18,7 aluin 3, 3 , 0,65 20,3 overmaat ZA 29,2 31,4 per 1000 de l en oplossing: 187 delen al u i n 33 6,5 170

,

,

kr i s tal wat e r 30 6,0 203

,

,

ZA 296 354 440

, ,

vrij water 641 613

delen aluin per 1000 vrij ''lat er :

425 51,5 9,1

Ren demen t : 87,9

%

91r (2)

%

X)daar de aflezing van het diagram niet erg nauwkeurig zijn werden deze cijfers geschat aan de hand van de cijfers van

910 2350 3260 20% ZA 1()'1~ ZA 91 0 167 0 2580

Om de verschillende rendementen met elkaar te kunnen vergelijken be r ekenen we eerst even de ho evee lhe~en water di e nodig zijn om bij 80 oe een ver zad igde oplo ssing te kri jgen di e 1000 de len al u i n bevat : geen overmaat ZA ne r 1000 delen al u i n : kr istalwate r 910 de l en vrij 'YTa t e r 1280 , , tota.al 2190 rendement: 35 oe 25 oe 81,791,1 7ó 8976,9, 7

%

897 ,7 , 9l2 )

%

1.Voo r een 10% ZA- oploss i ng i s het rendement ve el guns t ige r , dan

wanneer ge en overmaat ~A aanwe z ig i s. ve r h og en we de overmaat

ZA dan neemt het rendement nog wel wa t toe ,maar de hoeve e lhe i d vloeistof, die verwerkt moet word en , ne emt sterk toe.

het econoni sch optimum zal dus in de buurt van een 10%overmaat

ZA liggen.

2.Het rendement ligt bij afk oeli ng tot 25 oe natuurlij k

gunsti-ge r ,ma ar daar staat t egenov er ,dat een afk oe l i ng tot 35 oe wel

met oppervla kt e- wa t e r bereikt kan wor d en ; wi l l en we tot 25 oe

gaan,dan zu l l en we extra koe l ing moe t en toepas s en.

3.Bij een rendeme nt vam 87 ~ bl i jft 13 ~ van het al u i n in de

moed er l oog ach ter; deze zou bij de i jzerverwij d ering ldoor pr e

-cipitatie me t ammon ia) verloren gaan als de moe de r l oog zonder

me er naar de ijzervervli j deringwerd doorgestuurd. Di t al u in zal al thans ge de e l t e l i j k terug gewonnen moet en worden.

Bi j een rendemen t va n 97 ~ is de hoevee lhe id aluin, die

verlo-ren gaat , zo kl e i n ,dat de ze extra bewe rking acht e rwe ~e ka n

bl i j ven .

4.,-{e ki e zen toch voor een la ags t e temperatuur van 35 °e, ten

ee r ste omda t de koe ling dan veel eenvoud ifer i s en ten tweede

omda t in dit pr oces nop altij d een i j zerverwi j dering door adsorptie kan word en opgeno-~en waar door het onder 3 gen oemd e

be zwaa r niet meer zo st erk t el t .

Voor de ZA- c oncent rat i e ki e zen we een ov e rmaat van 10 %.

---- ---- ---- ---- ---- ---- ---- --- - .

27

VI . 4 De soortelijke warmte van aluin/ ZA-opl os s ingen.

Voor de s.w . '~n al ui n- en ZA-oploss ingen gee~t Int. Crit.T.

deel V,122 en 123:

al uin : 4,1 56 - 38,21 x 10- 3p + 118 x 10-6 p2 (20 °C;

p=5-37 , 5%) ZA: 4, 16 0 5 - 42,58 x 10- 3p + 296 x 10-

6

p2 (18o

e;

.

ps::3 ,5 -3 3%) Daaruit berekenen we de volgende waa rd en :

p aluin- -ZA-oplos s i ng .

o

4,186 4,186

10 3,786 3,764

20 3,439 3,4 27

30 3,116 3,15 0

We zien hi eruit dat de waa r de n voo r de be i de zouten slecht s we inig verschi l len. We nemen daar om maar aan ,da t we voor de

s.w . van de verschi llende oplo ssingen de waa rd e mog en nemen

di e beh oor t bD het tot aal zoutgehalt e van die oplossing,dus

aluin + ZA.

Het verband tus sen s .w. en zoutgehal t e is uitgezet in de

grafi ek op pag.28.

Het soorteliik gewi cht van alu i nop l oss i ne en .

De graf i ek op pap.28 is samengest e ld m.b . v .de,oUf e r s geg e -ven door Int .Crit .T,dee l 111, 71 .

De kri s t a l l i sat i ewarmt e van al u i n .

Dez e is niet bekenu ;~el geeft Int.Cr i t .T ,de e l V, 1 94 voor d oploswarmte van al u in . 12 aq een waarde van -40 kJ /grmol .

B~ g br ek aan bet r nemen we voor de kr i s ta l l i sat i ewarmt e

de(n ega t i eve ) waarde van de oploswarmte.

!8 3.0 ~- -i i ---. ---:

.

! .__

._- ~

,

._ - ~~ _.:. ",_'__'f _ ~ t ~---i--,-L~;-- _

i

I ~ i i- L __~~

1--

,-.1

--

:--

2 . , 1_ i . f --- ;- - -1

L-L-J

_.

_;

_J

l .

l

~ ---1 . 1 ~ -J l .O i , ._.-f~----'-- _":"'-' 1 ' i . ! t- --i . t_... ..-L....-..•

i

--~_i__'__

LJ

I i I ~ i ' { I L_, ... -' ! i--- -~----~--..:

i

I ' ~ 3.4 I , , 1 ,

-1-+-

f---'----l----t·-~ 1 ' I - -i I -~---...:...--.-+--_.__. '--- ~. .30%=a;lu1Xl ; _....)- --"" " - - _.. 7--- -~C- "-- "r--'"--, i i I I I ! 1 -! ; I 1-j -..L..-~

__

! I ! 1 j---~._- ; t I ,_._.-~ , j 1--::--; i _1__ --- _.(_._ --..l : r----'--" i !~. --i~-~_. -(_- -_0--i -

!

-- ~-.--I--:-i----i'--::'-~-

-'-; I _._- j i L.__ . .L._ 1 -J I I· r , ~---.

20

----ï - ~ -~- --- - - , -f· ; ,--.~_. - -_:- -- .,- - _ ! ___1~ i ----!-_._- - -~ j , r ---I '- ---I I .• - . ----1 --·-. ! \ ; i ~! """---_I -.--- ~--_._---_. ---..._--- ---~ L-~--. . --_ J_._

_

,,'_+

__

L__-;-_

!--.--

1

()

! i

i

I i ' I , ,

:-

-..

.

"

--

~---~.

L--

.L.L---~

.

!

i

i

'

I .- j i ' ! , ! ·1----;----1---L.__ .;-~- -j---! i ! i ~--+---1~~+--'---'-~"-'--- ---' r --_ .~,- - --r----r---r---~ L I·

[

~

-

i-

~-.-~~-r-~

'-f~

+-~~l---'---

t'--

--!-

-L~l~L-

~-L_-f

~~-:-I-1 . I ' ! . ~ . : - - -- - - -- - -

-I:c. ...

r

FA. Z.A o l> l , -....tc. .. Z.A.o pL s ... ZJ"I.o pL

VII.Berekening appa ratuur .

De de rd e kristalli s atietra p.

De oorspronkell.ike op zet was om de kristallis atie uit te voeren in z.r. Oslo-kris t al lis atoren met koeling tot

3

5

0C d.m.v. op

per-vla ktewa.ter; daarop is ook de massabalans op pag 18 e.v.

geba-seerè. Gezien de Grot e hoev e e lhe i d warmte die moet worden

afgevoerd \~re het wellicht bet e r gewe e s t om vacuumkr1sta11i-satoren in te schake len .

In de vo:igende '~1e r ekeni nge n is toch de oorspronkelijke opzet

gehandhaaf d .

29

D

e

derde kristal~i s atietrap wordt gevoed met 332 ton/hr a1uin/

ZA- opl os s i ng van 90oe .Na afkoeling tot

35

oe kr i s t a l l i seert

-daaruit 139 ton alu1n . 12 aq; de moede r l oop' bevat nog ca.13% van

het al ui n en alle ZA (lO~ van de voeding) en wordt ge r et ou r -neerd naar de tweed e kr i s ta l l i sat i et r a p .

(zie ook de be reken i ngen over het kr i s t a l l i sat i e r e nd ement op

pag 23 e ,v , )

Om deze hoe v eellleà en te kunnen verwerken wordt ge da cht aan 10 parallel werkende kr i s t a l l i s a t or en ,

?r inc i pe van de kr istal l isat or .

De voeding wordt gemeng d met moed e r l oog daar de oplossing anders te sterk oververza di gd wordt met het gevaa r van kristalafzetting

in de koeler.lia afkoe l i ng wordt de nu oververzadigde opl os s i ng onder in de kr is ta ll isa t or in-gevoerd,waar zich re eds aluin

->r ist a l l en bev inden .In de opst:5gende vloeistof gr oe i en de kris

-tal len aan ; de fr ot e be z inken ,a11een de zeer kl e i ne komen in de ov rl oop terecht (afh ankelUk van de vloeistofsnelheid in de

kr i s t a l l i s a t or) .

Be r ekeningen .

Î\ . Voor de verbli ~ ft 1id van de vloeisto f dm de kr i s t~ü l i s ator is

l{'i'/ P

\

1

15 min :: 0,25 'uu; aangenomen.

(

\

~fp

,

)

Het vol ume van de ge r eci r cu l ee r de moe de r l oog is ge st e l d op

V

Jt

.

r\ ~

rJ

l

5

x het volume van de voeding. " ,y \\,.~"~ t1-) 1 /~ ~ . l~ 1{v,C 1 ' , ~:t

\

.\l'

0

J.

Vl

.

t'rV-J '

r! .

1f

V'

/

jJ

~~JC"rt

r

l

iJ

'

"

U')~'

- _{- - - - -- - -}

-30

De massa balans wordt dan:

l'VO:

d1~

koel er} 4

2.rec cle

stofstroom 1 2 3en 4 K M

N_{H4Al (S04 ) 2} 8,4 8,5 16, 9 7,3 1,1

ZA 3, 3 25,5 .2e,8

-.-

3,3

wat e r 21,5 115,0 136,5

_...bQ

14,9

totaal(ton/hr) 33,2 149, 0 _182, 2 13, 9 19,3

e

,

«,

(t on/m3) 1,365 1,23 1,255 1,64 1,23

e;

Cm3/ hr) 24,2 121 14 5, 2 8, 5 15,7

Het kr i stal l i s a t orvol ume :

kr istal l en K

moe d er l oog N

de opwaar tse volumestroom in de kr ist al l i sat or is 121 m3/ hr .·

Het een verbli:f t i,id van 0,25 uu r volgt hi e rui t een ben od igd

volume van 30, 3 m3•

Hi e r moet nog een bed r ag bDgeteld word en voor de in de krist

al-lisa tor aanwe zige kr i s tallen jhi ervoo r i s ca.l ,5 m3 aangenomen.

De vorm en de mat en van de kr istalJi sat or zijn gegeven op de

gr ot e tekening (zie bDl age) .

De warmtest r omen .

In de kr istal l i sat or komt aan kr istallisat i ewarmt e vriJ: 88,3 kJ

per kg aluin 12aq. ( zie pa g 27). In tota al du s :

13,9 x 103 x 88,3

=

1,23 x 106 kJ/hr 340 kW.

We zu l l en de invoerstroom dus ni et tot 35 °c,maar tot een wat

lagere temperatuur moet en koe l en om de ze warmt epr odukt i e op te

vangen. Deze lagere t empe r a tuur y vol gt uit: (soort.warmte

invoer-st r oom i s 3,26 kJ/kgOC;zie pag 28 )

182,2 x 103 x 3,26 x (35 -y)

=

1,23 x 106

waaruit volgt:y 33° C.

De temperatuur na het menven van voed ing en recycle volet uit:

(voeding 33,2 ton/hr: T =900C; s.w . = 2,96 kJ/kgOC

recycle 149 , , 35°C , , 3, 34 , , )

T

=

33,2 x 90.x 2,86 + 149 x 35 x 3,3 4 a 440C

182,2 x 3, 26

In de koe l e r moet de invoerstroom dus geko e ld worden van 44°C

tot 33°C.

De hoeveelheid warmte di e hi er voor moet word en afgevo e rd is:

! , \JU)

'

d

-

,

/~

j ~

><

:sd:;-

-

-

-

1-

..

.

,

r

~I : I i

-D

.-I"

I I" III il,"

I

iiIi~ !

I

I I ,I I ""YCLI

~

_{~ ~}

.

.s1'C

:

_"i,,!,i"iLjf=-J I:: '.I...::Iru i l..'-:1'1:,_,'I ::

'

r r -

"

! -,

'

~,

"

:.'.''"'. : I

'

j

I

'

!·,

,

1 . •i' . ", , I [>:1 "_dl:'i 1'.2 "" ..

-,.,

,: } aU IJ.l

TI""

'lIt·O U., It.S WI""TlSTAO'"''

.'U"

-,,lO

tn.I kttlST."'''''''TI .. no VOD' He; lt°rlWAT" 1O"C. MOC A"~UTUU'" ICon." /f8'c.~". o""~V&A1l

,'ft ...•

1""tr." u'/n· C'" LA"C; KlUSTAL&. ,~ATO" VOu.... 31 ' fJ l.t • , .. "IlO' ~•• 0.1t.t.aoa ...

'''0''''''0...

w...~

"'CW:L'

•• 'ITALL'" . . . .LOOC

3

1

KRISTALLISATIE

10 ICRISTALLISATOREN

,T."

•

11.1 " 0.' I 0.C' 11 ".0 11I 1.' .'U"~T.

'U".T.

I_

"a

_"

..

."

_,

11I

a

.'

--

---

.,

....

11 0.5

~

,.. -

~

, 0.C'-11 ... 0 T'AUCoW'"N'''C lil •• , , 21.' 11 ~.' M'ST.• , -11I

á

.'

!UIT Lj>C, " ", -.-I, ,.• ~_,_~,_"Ic»~

.,

-

.-1V"".6

'1."

'2.2

11 0..3 I~ 0. '

-

-

-

...:..

r

.

•

I _

~

"

.

.,

I A1aOJ 11 Fa.Os • Ti0" ... ""DI".I OIlDI.. IV SiOa I 1'.0

,

,

....

11 0.3, , u.. uon... ""'ST.1(_ I

--

'

r.icü.iDAI".- -, r - - - ---:, I r ---- - - - ~ I ~----j I~ ' '...L

.AL.IJC,!I~T~L~~~~J t!,1::vn~1t.eP"b_!"~~~"~,

..

G

...J----__ _ _ u ...1

•

! I I A1.Uftl.UftOII'DI UIT

""""11..

A.l... WftIUARDIN

.... I'"

, ".0

" ... S lil

I.'

'V",.•

MASSABALANS (TOM 'ltR>

- ~ -- -

-31

De hoeveelheid koelwater en het ben od igde koe l end oppervlak

worden beid e bepaal d door de temperatuursverhoging van het koelwater.

Gaan we uit van koel wat e r van 20oC,dan vinden we voor het on-gánstigste geval (meestroom):

koel wat e r ~v ko lend oppe r vl a k

eindtemp. T m3/hr

Tln.

~em

A (m2) 21 1 1560 17,3- 131 22 2 780 16,6 137 24 4 390 15,3 149

26

6

260 13,8 164 28 8 196 12,1 188 30 10 156 10,1 224 o

We kiezen hi e ruit een tempera tuur sverh oginf van 6 C,dus :

k

oel~ter :

260 m3/ hr ; e i ndtemperatuur 26°C.

koe l end oppervla k: 164 m2•

Be r ~keninF, koel er .

We wi l l en in de koe l e r liefs t pUPen va n 6 ~ l engt e (st and a

ard-maat )•

n piJpen, diameter d (m) ,lengte 6 (m);koel nd opp.: 6ytnd (m2) . voor 164 m2 du s minstens 164 / 6Ttd pilpen .

Laten we nu de aluinoplossing (145 ,2 m3/hr ) doo r de pijpen

stromen dan is de

~v

per pUP max. 1 45, 2x

6~

d

/164c 16,7 d m3/ hr .

Reynol ds vf d

=

4pv·rd - 4

P

_v

f

Nu is:

I

7(d2•

i

lt d IJ

f

= 1,255 .103 kg;m3

'

''1

Vt 2,5 . 10- 3 Hs/ m2

dus Re is maximaal 3. 103

voor een volledig turbulente stroming is mi nst en s een Re van 5.10 3 nodig,zodat het niet mogelDk is om de aluinop10 s Ring

door de p~pen te lat en stromen OD de gedane aannamen .

We staan dan voor de keus om of de alu inopl os s i ng om de pijpen te laten stromen,of om een lan ge r e koele r tof eventue el twee koelers) te geb ruiken .

We kiezen voor de eers te oplos sing.

-- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --- - - -- - -- -- - ~._----

-'----32

Doo r de pijpen stroomt dan 260 n3/ h r koe l wat e r en Re>104

zodat de stroming in de pl'pen in ieder geval turbulent is.

De stroming om de p:5pen zalt wanneer tenminste enkele keerschotten

aangebracht zi.~ntin ieder geval t u rbu l e nt z:.in .

Gebruiken we pijpen me t een i nw.di ame t e r van 25 mm dan wordt het

benodigde aantal pijpen gege v e n doo r : n= A/61.Td = 350 pijpen.

Voor de vorm en de mat en van de koe l e r zie de gr ot e tekening

VIII/Litteratuur overzicht.

~l.H.Ginsberg en F.W .Wr i gg e ' di e Tone rd e -~ luminium "

2e druk,1964.

L2.H.W.8t.Clair e.a. ~rans.AII1E 159 (1944)

255-266-L3.W. R.Seyfried, '1'rans.AIJvIE 182 t19 49 ) 39-50.

L4.J.J. G.Verburg,Script1e Delft 1965.

L5.idem, Afstudeerversla g Del f t 196 5.

L6.C. "'. Z.van Koppen : De Ingenieur

11

(1964) nr.13.W,40 e.v.

~7 .E .Hi l1 en N. Ka pl a n , J ACS LX t1938 ) 550- 554.

Het tern ir diagram Al-sulfaa t,NH_4-sulfaat,water lpag) werd gedeeltelijk ontleend aan L7.

Het werd verder geconstrueerd m.~.v .d e oplosbaarheidsgegevens

uit Int.Crit.T.deel IV.