Brevet FR2209719A1 — publié le 19740705

L'invention concerne la transformation de l'alunite et notamment un procédé de fabrication d'alumine et de sulfate de potassium à partir d'alunite On connart bien des procédées de fabrication de l'alumine et du sulfate de potassium à partir de l'alunite, comprenant les opéra- tions suivantes : traitement de l'alunite par une solution d'alcalis caustiques faisant passer en solution les éluminates et les sulfates de sodium et de potassium ; précipitation des sulfates de potassium et de sodium de la solution, suivie de l'obtention du sulfate de potassium contenu dans le précipité par action sur ce précipité d' une solution de potasse caustique ; et séparation de l'alumine de la solution contenant les aluminates de sodium et de potassium par décomposition hydrolytique. le principal inconvénient du procédé précité consiste en ce que, selon les proportions de soude et de potasse contenues dans la roche d'alunite de départ, la potasse s'accumule dans les liqueurs technologiques en quantités supérieures à celle de la soude. Il arrive que la teneur des liqueurs en potasse atteint 60% du total des deux alcalis en solution. L'augmentation de la teneur de la liqueur en potasse a plus sieurs conséquences fâcheuses. Ainsi, elle provoque une forte baisse de la solubilité des sulfates dans la liqueur technologique, ce qui rend nécessaire une dilution notable desdites liqueurs ; cela, à son tour, augmente les débits spécifiques de liqueurs technologiques, ce qui se traduit par des dépenses d'énergie improductives, liées, au chauffage, au pompage et à l'évaporation de quantités additionnelles de liqueurs technologiques ; il en résulte la baisse du rendement spécifique de l'équipement de fabrication. En outre, quand la teneur des liqueurs technologiques en potasse croit, la quantité de sulfate de potassium tirée de l'alunite baisse, les conditions de désilication de la liqueur technologique s'altèrent et la teneur de l'alumine en potasse augmente (jusqu'à 0,2-0,4%). Lors de la transformation ultérieure de l'alumine par électrolyse, la potasse provoque, conne on le sait, une destruction active de l'équipement d'électrolyse. Le but de l'invention est de supprimer les inconvénients mentionnés des prou dés connus de fabrication de l'alumine et du sulfate de potassium à partir de l'alunite. On stest donc proposé de trouver la proportion la plus favora ble d'ions potassium et sodium dans la liqueur technolo ique. La solution consiste en ce que, dans la fabrication de l'alumine et du sulfate de potasium par traitement de l'alunite avec une solution d'alcalis caustiques j-isqu'à formation d'aluminates et de sulfates de sodium et de potassium dans la solution, prcipi- tation des sulfates de potassium et de sodium, suivie de l'obten- tion du sulfate de potassium contenu dans le précipité par action de la potasse sur ce précipité et séparation de l'alumine de la solution, suivant l'invention, on maintient dans la liqueur technologique un excès d'ions sodium par rapport aux ions potassium. D'une manière concrète, le taux d'ions sodium dans la liqueur technologique, par rapport au total des ions potassium et sodium est d'au moins 70%. L'excès d'ions sodium peut entre introduit sous la forme de soude lors du traitement de l'alunite par les alcalis. L'excès d'ions de sodium peut aussi étre introduit sous la forme de sulfate de sodium lors du traitement des sulfates de potassium et de sodium par la solution de potasse. On donnera ci-après une description détaillée de l'invention dans une forme de réalisation concrète illustrée par des exemples de mise en oeuvre du procédé. Pratiquement on peut soumettre à la transformation de l'alunite sous forme de roche ayant n importe quelle teneur en alunite et dans lequel la proportion de sulfates de potassium et de sodium de l'alunite proprement dite est quelconque. En règle générale, dans l'alunite, la teneur en sulfates de potassium est supérieure à la teneur en sulfates de sodium. La roche d'aluni-te est d'abord concassée dans des concasseurs appropriés. Ensuite, elle est chargée dans un broyeur à boulets où, simultanément avec-le broyage, elle est soumise à l'action d'une solution d'alcalis à une temperature de 70 à 900C (ici et plus loin on donne les régimes thermiques utilisés d'ordinaire). La mise en oeuvre du processus à des températures plus basses est possible, mais non justifiée économiquement. le traitement de l'alunite par la solution d'alcalis fait passer en solution les aluminates et les sulfates de sodium et de potas-;ium. Ensuite, la solution dite "liqueur technologique" est séparée des boues. La liqueur séparée des boues est soumise à une épuration consistant à éliminer l'oxyde de silicium qui y est dis sout. L'épuration est exécutée par brassage à une température de 100 à 105 C pendant 5 à 6 heures en présence de cristaux d'alumine silicate servant de germes de cristallisation. La liqueur débarrassée de l'oxyde de silicium est soumise à une évaporation jusqu a obtention d'un précipité contenant les sulfates de potassium et de sodium. Par l'évaporation de la liqueur on assure en même temps le bilan d'eau nécessaire dans le cycle de fabrication. le précipité de sulfates est débarrassé par filtration de la liqueur dans laquelle reste principalement les aluminates de potassium et de sodium. le précipité de sulfates restant après filtration est traité par une solution de potasse. On obtient ainsi un précipité de sulfate de potassium et une solution d'alcalis que l'on réutilise pour le traitement de l'alunite de départ. la liqueur évaporée d'aluminates de potassium et de sodium, débarrassée des sulfates de potassium et de sodium, est soumise à une décomposition hydrolytique par refroidissement jusqu'à 45-480C en présence de cristaux d'hydroxyde d'aluminium faisant office de germes de cristallisation. L'hydroxyde d'aluminium qui se sépare alors sous forme de précipité, après sa séparation d'avec la liqueur par filtration, est grillé pour obtenir l'alumine. La liqueur est renvoyée au traitement de l'alunite de départ. Pendant tout le processus, on maintient dans les liqueurs technologiques un excès d'ions sodium par rapport aux ions potassium. I1 est avantageux que la teneur de la liqueur technologique en ions sodium ne soit pas inférieure à 70% du total des ions potassium et sodium. Une teneur de la liqueur technologique en ions sodium inférieure à 70% implique une dilution plus forte des liqueurs technologiques. Une teneur en ions sodium supérieure à 95% est possible mais non souhaitable, car dans ce cas on observe un abaissement de la teneur du précipité de sulfates mélangés en sulfate de potassium lors de l'évaporation partielle de la liqueur technologique. Grâce au fait que la solution d'alcalis caustiques est réutilisée pour le traitement de l'alunite de départ, les ions en excès peuvent être introduits de deux façons, à savoir : sous forme d'une solution de soude lors du traitement de l'alunite de départ par les solutions d'alcalis, ou bien sous forme de sulfate de sodium au stade de traitement du précipité de sulfates de potassium et de sodium par la solution de potasse. Grace au maintien d'un excès d' ions sodium dans la liqueur technologique on obtient un taux maximum d'extrabtion (non inférieur à 85%) des sulfates de potassium de l'alunite. De pair, les pertes d'alcalis potassiques dans les boues sont abaissées d'au moins 50%.En présence d'un excès d'ions sodium, surtout dans les limites indiquées de 70 à 95%, on obtient une teneur maximale de sulfate de potassium dans le précipité de sulfates de potassium et de sodium mélangés, comparativement à sa teneur dans la liqueur technologique évaporée. Ainsi, par exemple, si la teneur de la liqueur technologique en ions potassium est proche de 50% du total des ions sodium et potassium, la teneur du précipité en sulfate de potassium est d'environ 70%, et si la teneur de la liqueur technologique en ions potassium est d'environ 20% par rapport au total des ions potassium et sodium, la teneur du précipité de sulfates en sulfate de potassium est de 57 à 60%. Lors de la décomposition hydrolytique de la liqueur technologique contenant les aluminates, les ions sodium en excès assurent une teneur plus basse d'alcali potassique dans l'hydroxyde d'aluminium, et, en conséquence, dans l'alumine. les essais ont montré que le taux d'alcali potassique dans l'alumine ne dépasse pas 0,1%. Les exemples non limitatifs suivants sont dounés à titre d'illustration. EXEMPLE 1. On prend une roche d'alunite contenant près de 55% d'alunite, les teneurs de l'alunite proprement dite en sulfate de potassium et en sulfate de sodium étant respectivement- de 96 et 4% par rapport au total des sulfates de potassium et de sodium. Une tonne de roche d'alunite prise pour le traitement contient: 200 kg de A1203, 210 kg de S03, 60 kg de E20, 2 kg de Na20, 100 kg de H20 et 430 kg de matières stériles. Pans cet exemple, ainsi que dans les exemples suivants, le mode opératoire et les régimes thermiques sont les mimes que ceux indiqués dans la partie générale précédente de la description. Pendant le traitement de la roche d'alunite, on maintient dans la liqueur technologique 70% d'ions sodium par rapport au total des ions sodium et potassium. Dans cet exemple, ainsi que dans les exemples suivants, l'endroit où s'effectue l'introduction de l'excès d'ions sodium n'a pas d'importance. le traitement de l'alunite est exécuté avec une solution alcaline recyclée, ayant la composition suivante 258 kg de E20, 393 kg de Na20, 180 kg de A1203, 35 kg de S03 et 3800 kg de H20. Après traitement de l'alunite, la liqueur technologique a la composition suivante 309 kg de K20, 381 kg de Na20, 360 kg de A1203, 235 kg de S03 et 3900 kg de H20. Après vaporation de 1900 kg d'eau de la liqueur technologique, on obtient un précipité de sulfate contenant 145 kg de E20, 64 kg de Na20, 205 kg de S03. Après traitement du précipité de sulfates par une solution de potasse, on obtient 433 kg d'un précipité de sulfate de potassium, contenant comme impureté près de 5% de sulfate de sodium. Le taux d'extraction du sulfate de potassium de l'alunite s lève à 85%. Par décomposition hydrolytique de la liqueur concentrée par évaporation, contenant principalement des aluminates de sodium et de potassium, suivie du grillage de l'hydroxyde d'aluminium déposé, on obtient 180 kg d'alumine contenant près de 0,1% d'alcali potassique. EXE-sPLE 2. On prend une roche d'alunite comme à l'exemple 1, en méme quantité. Pendant le traitement de la roche d'alunite la liqueur technologique est maintenue avec un taux d'ions sodium de 90% par rapport au total des ions sodium et potassium. La composition de la solution d'alcalis caustiques pour le traitement du minerai d'alunite est la suivante 61 kg de E20, 550 kg de Na20, 180 kg de A1203, 100 kg de S03, 3100 kg de H20. Après traitement de l'alunite, la liqueur technologique a la composition suivante 118 kg de K20; 532 kg de Na20, 360 kg de A1203, 300 kg de S03, 3200 kg de H 0. 2, Après évaporation de 1200 kg d'eau de la liqueur technologique, on obtient un précipité de sulfates contenant 120 kg de K20, 80 kg de Na20, 205 kg de S03. Après traitement du précipité de sulfates par une solution de potasse, on obtient 433 kg d'un précipité de sulfate de potassium, contenant comme impureté près de 5aJo de sulfate de 50(1ilLm. Le taux d'extraction du sulfate de potassium de l'alunite s'-é- lève à 95%. L'alumine est obtenue en quantité de 180 kg, avec une teneur en alcali potassique d'environ 0,04g. EXEMPLE 3. On prend une tonne de roche d'alunite contenant près de 50% d'alunite, les teneurs de l'alunite proprement dite en sulfates de potassium et de sodium étant respectivement de 60% et 40% par rapport au total des sulfates de potassium et de sodium. Une tonne de la roche d'alunite indiquée contient 185 kg de Al03, 194 kg de SO3, 34 kg de K20, 15 kg de Na20, 70 kg de H20, et 500 kg de matières stériles. On maintient dans la liqueur technologique 80% d'ions sodium par rapport au total des ions de sodium et de potassium. La liqueur technologique a, au départ, la composition suivante 110 kg de K20, 440 kg de Na20, 170 kg de A1203, 61 kg de S03, 3250 kg de H20. Après traitement de l'alunite, la liqueur technologique a la composition suivante 138 kg de E20, 439 kg de Na20, 340 kg de A1203, 245 kg de S03, 3320 de 1120. Après évaporation de 1400 kg d'eau de la liqueur, on obtient un précipité de sulfates contenant : 120 kg de K20, 57 kg de Na20, 184 kg de 503. Après traitement du précipité de sulfates par la solution de potasse on obtient 392 kg d'un précipité de sulfate de potassium, contenant comme impureté près de 5% de sulfate de sodium. Le taux d'extraction du sulfate de potassium de l'alunite s'rez lève à 83%. L'alumine est obtenue en une quantité de 170 kg avec une teneur en alcali potassique d'environ 0,07%. - F~EVEITDICATIONS 1 - procédé de fabrication d'alumine et de sulfate de potassium à partir d'alunite, par traitement de l'alunite avec une solution d'alcalis caustiques jusqu'à formation d'aluminates et de sulfates de sodium et de potassium dans la solution, précipitation des sulfates de potassium et de sodium, suivie de 1'obtention du sulfate de potassium contenu dans le précipité par action de la potasse sur ce précipité et séparation de l'alumine de la solution, caractérisé en ce que l'on maintient dans la liqueur technologique un excès d'ions sodium par rapport aux ions potassium. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la teneur en ions sodium dans la liqueur technologique, par rapport au total des ions potassium et sodium, est d'au moins 70fui0. 3 - Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'excès d'ions sodium est introduit dans la liqueur technologique sous la forme- de soude lors du traitement de l'alunite par les alcalis caustiques. 4 - Procedé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce lue l'excès d'ions sodium est introduit dans la liqueur technologique sous la forme de sulfate de sodium lors du traitement du précipité contenant le mélange de sulfates de potassium et de sodium par la potasse.