Metody oczyszczania boksytów
Do otrzymania tlenku glinu szczególnie przydatne są tzw., czerwone boksyty (20-25% Fe2O3, 1-5% SiO2), białe boksyty (do 5% Fe2O3, do 25% SiO2) Wymagają znacznie większych ilości środków roztwarzających, a straty glinu są większe. Przeróbka czerwonych boksytów prowadzi przede wszystkim do usunięcia tlenku żelaza, a także dwutlenku krzemu. Można to osiągnąć przez roztwarzanie suche lub mokre.
Suche roztwarzanie boksytu.
W przypadku roztwarzania suchego spieka się boksyt z soda i wapnem palonym. Temp. reakcji wynosi 1000°C. W tym procesie prażenia następuje rozkład AlO(OH), zgodnie z równaniem
2Al O(OH) →Al2O3 +H2O
Al2O3 przekształca się w glinian sodu i niewielka ilość glinianu wapnia, natomiast tlenku żelaza w żelazian sodu i niewielką ilość żelazianu wapnia.
Al2O3 + Na2CO3 → 2NaAlO2 +CO2
Fe2O3 + Na2CO3 → 2NaFeO2 +CO2
W wyniku ługowania produktu spiekania w przeciwprądzie wodą glinian przechodzi do roztworu. Żelazian hydrolizuje ilościowo do wodorotlenku metalu i ługu w roztworze wodnym leży całkowicie po stronie soli, w przypadku żelaza zaś po stronie wodorotlenków. Utworzony wodorotlenek żelaza (czerwony szlam)jest usuwany przez filtrowanie i stosowany np. jako masa do oczyszczania gazu (masa Luxa).
NaAlO2 + 2H2O ↔ NaAl(OH)4
NaAl(OH)4 ↔ Al(OH)3 +NaOH
NaFeO2 + 2H2O ↔ Na[Fe(OH)4]
NaFe(OH)4 ↔ Fe(OH)3↓ +NaOH
Z odsączonego roztworu strąca się wodorotlenek glinu przez wprowadzenie CO2 (karbonizacja), Przy czym wskutek usuwania ługu równowaga przesuwa się ku produktom końcowym. Odsączony i przemyty wodorotlenek przekształca się przez ogrzewanie do temp. ok. 1200°C do α-Al2O3. Roztwór węglanu sodu zawraca się do procesu:
2NaOH +CO2 → Na2CO3 +H2O
2Al(OH)3 → Al2O3 +3H2O
Podczas rozpuszczania zawarta w boksycie krzemionka częściowo tworzy nierozpuszczalny osad z wapnem; pozostała część przechodzi do roztworu podczas ługowania produktu prażenia wodą i zostaje przed karbonizacją strącona przez ogrzewanie pod ciśnieniem jako nierozpuszczalny glinokrzemian sodu, Na2(Al2SiO6)∙H2O
Mokre roztwarzanie boksytu
Mokre roztwarzanie boksytu polega na ogrzewaniu go ługiem sodowym (metoda Bayera). W świecie ta metoda otrzymywania czystego tlenku glinu jest najbardziej rozpowszechniona. W metodzie Bayera ogrzewa się boksyt z 35-50% ługiem sodowym pod ciśnieniem 0,5-0,7 MPa do temp. 160-180°C przy czym glin przechodzi do roztworu jak glinian sodu, Na[Al(OH)4],natomiast żelazo, podobne jak w metodzie suchej, tworzy żelazian sodu, NaFeO2;
AlO(OH) +NaOH +H2O → Na[Al(OH)4]
Fe2O3 +2NaOH → 2NaFeO2 +H2O
Dodawanie wody sprzyja przebiegowi odwracalnej reakcji z udziałem glinianu sodu i żelazianu sodu:
Na[Al(OH)4] ↔ Al(OH)3↓ + NaOH
NaFeO2 +2H2O ↔ Fe(OH)3↓ + NaOH
W przypadku glinu równowaga ta leży całkowicie po stronie soli, natomiast w przypadku żelaza jest całkowicie przesunięta w stronę wodorotlenku. W związku z tym Al2O3 rozpuszcza się, a Fe2O3 strąca jako nierozpuszczalny wodorotlenek. Po oddzieleniu Fe(OH)3 można go stosować jako masa do oczyszczania gazu (czerwony szlam). Wraz z czerwonym szlamem strąca się częściowo także krzemionka jako nierozpuszczalny glinokrzemian sodu, Na2(Al2SiO3)∙2H2O. Powstanie tego związku prowadzi wiec do znacznych strat NaOH. W związku z tym do próbki metodą Bayera najlepiej nadają się boksyty o możliwie małej zawartości krzemu
2AlO(OH) +SiO2 +2NaOH →Na2(Al2SiO6) +2H2O
W metodzie tej nie jest celowe strącanie wodorotlenku glinu z przesączonego roztworu glinianu za pomocą CO2, nie można bowiem ponownie wykorzystać utworzonego węglanu sodu. Korzystnie jest strącenie wodorotlenku przez silnie rozcieńczenie roztworu glinianu gdyż równowaga
NaAl(OH)4 ↔ Al(OH)3 +NaOH
Jest przesunięta w kierunku powstawania Al(OH)3. Wydzielanie się krystalicznego wodorotlenku (hydrargilitu) można znacznie przyspieszyć przez dodanie hydrargilitu lub bujerytu na początku mieszania. Otrzymany wodorotlenek glinu odwadnia się jak w metodzie suchej, w temp. 1200°C do Al2O3.