Im Bayer-Prozess für die Bauxiterzaufbereitung stellt die Kristallisation und Ausfällung von gelöstem Aluminiumoxidtrihydrat aus Ätzlaugen, die hier als Bayer-Prozess-Flüssigkeit bezeichnet werden, einen kritischen Schritt in bezug auf die Gewinnung von Aluminium dar. Die Anwender des Bayer-Prozesses optimieren ihre Ausfällverfahren, um die größtmögliche Ausbeute aus den Bayer-Prozess-Flüssigkeiten zu erhalten. Die Produktion wird oft durch die Prozessbedingungen, unter denen die Kristallisation und Ausfällung durchgeführt wird, beschränkt. Diese Prozessbedingungen variieren von einer Fabrik zur nächsten und umfassen Temperaturprofile, die Keimkristallbeschickung, den Kristallkeimoberflächenbereich, die Laugenbeschickung, die Laugenreinheit u.ä.

Um eine maximale Aluminiumgewinnung aus Bayer-Prozess-Flüssigkeiten zu erreichen, wird eine Fabrik in typischer Weise versuchen, den Ätzgrad der Lauge zu maximieren und die endgültige Ausfälltemperatur zu minimieren. Es ist jedoch bekannt, dass Natriumoxalat zusammen mit Aluminiumoxidtrihydrat aus der Bayer-Prozess-Flüssigkeit ausfällen kann und dass die Löslichkeit von Natriumoxalat in der Bayer-Prozess-Flüssigkeit generell abnimmt, wenn der Ätzgrad erhöht und die Ausfälltemperaturen erniedrigt werden. Die ungesteuerte Mitausfällung von Oxalat kann für eine Bayer-Fabrik eine Reihe von Problemen bereiten, die für die Betriebsparameter der Fabrik und damit die Aluminiumgewinnung Einschränkungen darstellen.

Bekannte nachteilige Effekte der Mitausfällung von Natriumoxalat umfassen eine Erhöhung der Produktrückstände und Natriumcarbonatmengen sowie die Störung einer effizienten Größenklassifizierung von Aluminiumoxidtrihydrat. Aluminiumoxidtrihydrat hoher Qualität besitzt üblicherweise eine Kristallgrobheitsspezifikation von 90–95 %, d.h. 90–95 % der Kristalle besitzen einen Durchmesser von mindestens 44 &mgr;m. Es ist bekannt, dass das mitausfällende Natriumoxalat bewirken kann, dass die Aluminiumoxidtrihydratkristalle als ein sehr feines Material ausfällen, das unter der üblichen Qualitätsspezifikation liegt, gemäß der 90–95 % der Kristalle einen Durchmesser von 44 &mgr;m oder mehr besitzen.

Aluminiumoxidtrihydrat wird aus der Bayer-Prozess-Flüssigkeit ausgefällt, bei der es sich im wesentlichen um eine konzentrierte Natriumhydroxidlösung handelt. Typische Natriumcarbonatmengen in Aluminiumoxid betragen nur 0,2–0,6 Gew.% als Na₂O. Trotzdem ist es wünschenswert, Aluminiumoxid mit Natriumcarbonatmengen am unteren Ende dieses typischen Bereiches zu erzeugen. Moderne Hütten berechnen generell ihre Rentabilitätsgrenze für Natriumcarbonat in Aluminiumoxid mit 0,35 % Na₂O. Da sich die Hüttentechnik verbessert und ältere Hütten ersetzt werden, wird der Anreiz für die Hersteller von Aluminiumoxid größer, dieses niedrige Natriumcarbonatniveau einzuhalten. Des weiteren erfordern einige Märkte (beispielsweise für Katalysatoren, Katalysatorenträger, feuerfeste Materialien, Elektrokeramik) noch niedrigere Natriumcarbonatniveaus. Es wäre vorteilhaft, ein Verfahren und eine Zusammensetzung zur Reduzierung der Natriumcarbonatmengen in Aluminiumoxid zu schaffen.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein neuartiges und verbessertes Verfahren zum Stabilisieren von gelöstem Natriumoxalat in einer Bayer-Prozess-Flüssigkeit. Durch diesen Stabilisierungseffekt kann derjenige, der den Bayer-Prozess durchführt, mehr Ätzlauge (NaOH) zusetzen und/oder die endgültigen Ausfälltemperaturen senken, um die Gewinnung von Aluminium zu verbessern, ohne die Größe des Produktes oder den Natriumcarbonatgehalt nachteilig zu beeinflussen.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Stabilisieren von Natriumoxalat in Bayer-Prozess-Flüssigkeiten vorgesehen. Bei einer Ausführungsform wird die Bayer-Prozess-Flüssigkeit mit mindestens einem Laugenoxalatstabilisator behandelt, der aus bestimmten kohlenwasserstoffsubstituierten Aminoxidverbindungen ausgewählt ist. Ein überraschendes und unerwartetes Ergebnis bei einer Ausführungsform besteht darin, dass das Verfahren das Ausfällen von Natriumoxalat in einer Bayer-Prozess-Flüssigkeit bis auf überraschende Niveaus inhibiert. Ein anderes wichtiges und unerwartetes Ergebnis, das über das Verfahren dieser Ausführungsform erreicht wird, besteht darin, dass durch die Verwendung von bestimmten Laugenoxalatstabilisatoren eine gröbere Aluminiumoxidtrihydratpartikelgrößenverteilung erreicht werden kann. Ein weiteres und sehr wichtiges unerwartetes und überraschendes Ergebnis, das bei einer Ausführungsform des Verfahrens erzielt wird, besteht darin, dass bestimmte Laugenoxalatstabilisatoren ein Aluminiumoxidprodukt mit geringerem Natriumcarbonatanteil (% Na₂O) liefern. Alle der vorstehend aufgeführten unerwarteten und überraschenden Ergebnisse sorgen für eine wesentliche Kostenersparnis bei der Herstellung von Qualitätsaluminiumoxid.

Bei einer Ausführungsform modifiziert die vorliegende Erfindung den Bayer-Prozess durch Stabilisieren des gelösten Natriumoxalates derart, dass die Konzentration von Ätzlauge in überraschender Weise erhöht werden kann, ohne dass das Niveau der Natriumoxalatverunreinigungen im gewonnenen Aluminiumoxidtrihydrat erhöht wird. Bei einer Ausführungsform modifiziert die vorliegende Erfindung zusätzlich den Bayer-Prozess durch Stabilisierem des gelösten Natriumoxalates derart, dass die Ausfälltemperaturen in überraschender Weise verringert werden können, ohne das Niveau der Natriumoxalatverunreinigungen im gewonnenen Aluminiumoxidtrihydrat zu erhöhen. Bei einer anderen Ausführungsform modifiziert die vorliegende Erfindung zusätzlich den Bayer-Prozess durch Stabilisieren des gelösten Natriumoxalates, um auf diese Weise die Aluminiumoxidtrihydratklassifizierungseffizienz zu verbessern.

Bei einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt des Zusetzens einer wirksamen Menge von mindestens einem Flüssigkeitsoxalatstabilisator, der aus der aus Verbindungen der Formel

Bei einer Ausführungsform wird durch die Zugabe einer wirksamen Menge des vorstehend beschriebenen Flüssigkeitsoxalatstabilisators das gelöste Natriumoxalat in der Bayer-Prozess-Flüssigkeit stabilisiert, wodurch das Ausfällen von Natriumoxalatkristallen aus der Bayer-Prozess-Flüssigkeit inhibiert wird. Vorzugsweise werden der Flüssigkeitsoxalatstabilisator oder die Flüssigkeitsoxalatstabilisatoren in einer wirksamen Menge von etwa 1 bis etwa. 1.000 ppm, bevorzuger in einer wirksamen Menge von etwa 1 bis etwa 50 ppm oder noch bevorzugter in einer wirksamen Menge von etwa 5 bis etwa 25 ppm, zugesetzt.

Bei einer Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Modifizieren des Bayer-Prozesses zur Verfügung. Im Bayer-Prozess werden Aluminiumoxidtrihydratkristalle durch Kristallisation von Aluminiumoxidtrihydrat aus einer heißen Bayer-Prozess-Ätzlauge erzeugt. Natriumhydroxid löst Aluminium aus dem Erz als Natriumaluminat. Die Hütten arbeiten typischerweise in einem Gesamtalkalinitätsbereich von 200 bis 330 g/l als Na₂CO₃. Wenn die Alkalinität durch Zugabe von Natriumhydroxid erhöht werden kann, kann mehr Aluminium gelöst werden, was zu einer erhöhten Produktion an Aluminiumoxidtrihydratniederschlag führt. Ein Hauptbegrenzungsfaktor einer höheren Alkalinität ist die Mitausfällung von Natriumoxalat, das beispielsweise bewirkt, dass das Aluminiumoxidtrihydrat als sehr feines Material ausfällt, das unter der üblichen Qualitätsspezifikation von 90 bis 95 % Partikeln mit einer Partikelgröße von mindestens etwa 44 &mgr;m liegt.

Durch die Stabilisierung des Natriumoxalates in der Bayer-Flüssigkeit kann die Natriumhydroxidkonzentration ohne Mitausfällung von Natriumoxalat erhöht werden. Durch Absenken der Ausfälltemperaturen kann mehr Aluminium aus der Bayer-Prozess-Flüssigkeit gewonnen werden. Durch die Stabilisierung des Natriumoxalates in der Bayer-Flüssigkeit kann die Ausfälltemperatur ohne Mitausfällung von Natriumoxalat erniedrigt werden. Die Verfahren der vorliegenden Erfindung stabilisieren gelöstes Natriumoxalat und verhindern, dass dieses zusammen mit Aluminiumoxidtrihydrat ausfällt. Hierdurch wird wiederum die Effizienz des Gesamtprozesses erhöht, da mehr Ätzlauge und/oder geringere Ausfälltemperaturen ohne die erwartete Verunreinigung durch Natriumoxalatkristalle Anwendung finden können. Des weiteren kann die Mitausfällung von Natriumoxalat zur Ineffizienz bei der Klassifizierung von Aluminiumoxidtrihydrat führen. Die vorliegende Erfindung stabilisiert das gelöste Natriumoxalat, was zu einer verbesserten Klassifizierung des Aluminiumoxidtrihydrates führt.

Es folgt nunmehr eine detaillierte Beschreibung der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen.

Die neuen und verbesserten Flüssigkeitsoxalatstabilisatoren zur Verwendung in den Verfahren der vorliegenden Erfindung können mindestens ein kohlenwasserstoffsubstituiertes Aminoxid umfassen. Es können auch Gemische von einem oder mehreren der Aminoxide Verwendung finden.

Geeignete kohlenwasserstoffsubstituierte Aminoxidverbindungen zur Verwendung als Flüssigkeitsoxalatstabilisatoren umfassen mindestens eine Verbindung der Formel:

Die kohlenwasserstoffsubstituierten Aminoxide zur Verwendung als Flüssigkeitsoxalatstabilisatoren gemäß dieser Erfindung sind gegenwärtig im Handel erhältlich von der Firma Albermarle Corporation sowie von anderen Quellen.

Die kohlenwasserstoffsubstituierten Aminoxide werden der Bayer-Prozess-Flüssigkeit zugesetzt und mit der Flüssigkeit in einer Menge von etwa 1 bis etwa 1.000 ppm innig vermischt. Vorzugsweise werden die Flüssigkeitsoxalatstabilisatoren in einer Menge von etwa 1 bis etwa 50 ppm, besonders bevorzugt in einer Menge von etwa 1 bis etwa 25 ppm, zugesetzt, um Natriumoxalatlösungsstabilität zu erreichen.

Die neuen und verbesserten Flüssigkeitsoxalatstabilisatoren können der Bayer-Prozess-Flüssigkeit nach der Rotschlammabtrennung unmittelbar vor der Kristallisation des Aluminiumoxidtrihydrates oder in einem beliebigen Stadium während der Kristallisation des Aluminiumoxidtrihydrates oder in einem beliebigen Stadium während der Klassifikation des Aluminiumoxidtrihydrates zugesetzt werden. Die kohlenwasserstoffsubstituierten Aminoxide der Erfindung können unverdünnt oder in Lösungsform in einem geeigneten Lösungsmittel zugesetzt werden. Geeignete Lösungsmittel umfassen ohne Beschränkung: Wasser, Alkohole, Ätzwasser und Bayer-Prozess-Flüssigkeit.

In den nachfolgenden Beispielen wurde eine Reihe von Flüssigkeitsoxalatstabilisatoren in bezug auf ihr Oxalatstabilisierungsvermögen getestet.

Bei jedem der nachfolgenden Beispiele ist die zugegebene und für die Natriumoxalatstabilität verwendete Bayer-Prozess-Flüssigkeit eine heiße Ätzlösung, die nach Elimination des Rotschlammes im Bayer-Prozess erhalten wurde. Bei der Flüssigkeit nach der Rotschlammtrennung handelt es sich um ein heißes Ätzfiltrat, das bei handelsüblichen Ausführungsformen die Aluminiumwerte als gelöstes Natriumaluminat enthält. Zur Ermittlung der Flüssigkeitsoxalatstabilisierung wurden die Bayer-Prozess-Flüssigkeiten nach der Rotschlammabtrennung gewonnen, und angegebene Mengen der kohlenwasserstoffsubstituierten Aminoxide und Betaine wurden im angegebenen Dosierungsniveau diversen Proben zugesetzt, die unterschiedliche Konzentrationen von Natriumoxalat enthielten. Nach Zugabe der Flüssigkeitsoxalatstabilisatoren wurden die Prozessflüssigkeiten unter Agitation gekühlt, um die Inhalte unter Spannung zu setzen und eine Ausfällung von Aluminiumoxidtrihydratkristallen zu bewirken. Die Konzentration, bei der Natriumoxalat aus der Bayer-Prozess-Flüssigkeit während der Ausfällung der Aluminiumoxidtrihydratkristalle ausfiel, wurde als Natriumoxalatbrechpunkt bzw. -knickpunkt angegeben. Die getesteten Flüssigkeitsoxalatstabilisatoren und die erhaltenen Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle 1 aufgeführt.

Aus den Ergebnissen von Tabelle 1 geht hervor, dass die kohlenwasserstoffsubstituierten Aminoxidstabilisatoren der Beispiele 1 und 2 auf signifikante Weise die Oxalatknickpunktkonzentration auf mehr als 4,10 g/L, verglichen mit einem Kontrollwert von 3,09 ± 0,05 für die Kontrollprobe mit keinem zugesetzten Oxalatstabilisator, erhöhen.

In den nachfolgenden Beispielen wurden zwei zusätzliche Flüssigkeitsoxalatstabilisatoren in Verbindung mit dem Verfahren der Beispiele 1–4 getestet. Die getesteten Stabilisatoren und die erhaltenen Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle 2 aufgeführt:

Die kohlenwasserstoffsubstituierten Aminoxidstabilisatoren der Beispiele 5 und 6 erhöhen ebenfalls den Oxalatknickpunkt auf mehr als 4 g/L im Vergleich zum dem 3,21 ± 0,06 g/L-Knickpunkt für das unbehandelte Kontrollbeispiel, selbst bei der niedrigeren Dosierung von nur 5 ppm.

Die Daten der Tabellen 1 und 2 zeigen, dass das Natriumoxalat mit niedrigen Dosierungen durch die neuen und verbesserten Flüssigkeitsoxalatstabilisatorverbindungen der vorliegenden Erfindung stabilisiert wird. Durch die Zugabe von diesen neuen und verbesserten Bayer-Prozess-Natriumoxalatstabilisatoren kann bei der Aufbereitung mit höheren Ätzgraden und/oder niedrigeren Ausfälltemperaturen ohne vorzeitige Ausfällung von Natriumoxalat gearbeitet werden, wodurch die Ausbeute verbessert wird.

Obwohl die vorliegende Erfindung in Verbindung mit bestimmten bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wurde, können vom Fachmann auch Modifikationen oder Änderungen der Erfindung vorgenommen werden, ohne von dieser, die durch die beigefügten Patentansprüche definiert wird, abzuweichen.