KRALJEVINA JUGOSLAVIJA
UPRAVA ZA ZAŠTITU
Klasa 75 (1)
INDUSTRISKE SVOJINE
Izdan 1. Maja 1930.
PATENTNI SPIS BR. 7001
Noah Joseph Gareau, trgovac, Ottawa, Canada.
Postupak za proizvodnju aluminiuma, sode i hlorovodonične kiseline.
Prijava od 26. juna 1928.	Važi od 1. oktobra 1929.
Predmet ovog pronalaska je jedan nov postupak za proizvodnju aluminiuma, sode i hlorovodonične kiseline, koji dozvoljava znatno ekonomičnije iskorišćavanje.
Ovaj se postupak odnosi na proizvodnju i redukciju aluminiumsulfita odn. aluminium-skog metala, sa znatno manje troškova i snage nego li stoje to dosad bilo potrebno za reduciranje oksida.
Ovaj postupak se počinje prženom ilovačom u briketnom obliku. Ovi se briketi u određenim razmacima vremena unose jedan toranj, koji je konstruisan za ovu na-ročitn celj, pa se gotovi briketi iz istog vade u određenim razmacima vremena. Hladna voda se neprestano sipa na ilovaču, a odozdo se uvodi vrela para, vazduh, sumporni trioksid, sumporni dioksid i azotov-oksid sa drugim zagrevnim gasovima. Ovakvim se postupkom jako pune briketi alu-miniumsulfatom i siliciskom zemljom bez vode. Briketi ostaju u tornju 3 ili 4 dana, natope se sumpornom kiselinom, pomeša-nom sa većim delom vode, čime nastaje koncentričan rastvor aluminiumsulfata. Taj se rastvor odvodi u neku vrelu peć, gde se iz istog najpre oduzima voda, pa se onda delimično rastavlja, čime se dobija proizvod, koji odgovara formuli AU 03 S03. U ovom se postupku dobija i proizvod S0.2. Proizvod Al2 03 S03 je suv porozan i same-Ijiv, u maloj meri higroskopan, lako se može rukama obrađivati i pretvoriti u oblik briketa. Ovaj se proizvod pomeša sa na-triumhloridom sa ugljem i malo vode pa
se pretvara u brikete, i zatim se meće u železni kotao, koji je zagrejan na 300° C, pa se postupa parom, čime nastaje sledeča hemiska reakcija:
Al„ 03 S03 + 2 Na Cl + H,0 = Na S04 + + 2 H Cl + A1s03
Ova reakcija kojom se oslobađa hloro-vodonična kiselina, nije samo nova, nego je takođe vrlo važna.'
Briketi, koji se sad u glavnom sastoje od AL 03, malo natrium sulfata i uglja, sprovode se u neku obrtnu peć, gde se isti usijavaju do crvenog usijanja. Prisutan ugalj reducira natriumsulfat u natriumsulfid prema sledećoj formuli
Na2 S04 + 2 C = Na, S -f 2 CO,
Briketi ostaju u peći radi daljneg postupanja.
Posle toga se oni pomoću pregrejane pare usijaju na višu temperaturu, čime nastaje natriumaluminat, prema sledećoj formuli :
Al, Os —|- Na2 S H, O = A1,03. Na, O -j—
+ h2s
Ispečena masa natriumaluminata ispira se, pa se dobija rastvor, koji sadrži natriumaluminat i nastaje aluminium hidroksid, a koji se rastvor prerađuje ugljenom kiselinom prema sledećoj formuli:
Al, 03.Na„ O + CO +3H, 0 =
= 2Al(OH)3 + Na2 C03
Din. 30.
Dobijen aluminiumhidroksid se prži, pa lako nastaje čist aluminium.
Za izvođenje ovog postupka upotrebljavaju se aparati podesne konstrukcije, koji su predstavljeni na priloženim crtežima, gde svi odnosni brojevi u pojedinim slikama označuju iste sastavne delove.
Sl. 1 je izgled sa strane i delimičan presek peći i tornja.
SI. 2 je izgled sa strane peći i tornja, koji je spojen sa više kondenzatora.
SI. 3 je uzdužni presek železnog kotla.
SI. 4 je presek po crti 4—4 na si. i
SI. 5 je izgled sa strane i delimičan presek kotla za ispiranje i za taloženje.
SI. 6 pokazuje izgled odozgo istog kotla.
SI. 7 je izgled spreda obrtne peći.
SI. 8 je presek kroz ispirač i kroz spojni sprovod.
Za izvođenje ovog postupka upotrebljavaju se sledeči materijali: ilovača po mo-gućstvu sa što manjom sadržinom magnezije a naročito kreča i železa, čista so, ugljena prašina, ili ugalj u sitnim zrnima ili uglje-nik iste vrste, u koliko čistiji u toliko bolje, sumporni frioksid se uzima u ovom postupku, ali se upotrebljava samo toliko, da on da nešto sumpornog dioksida i azoto-vog oksida pretvara ovaj poslednji u dovoljnoj meri u sumporni trioksid; voda, para, vazduh, ugljena kiselina dobijaju se za vreme postupka.
Glavne reakcije i faze ovog postupka su sledeče:
Ilovača se oblikuje u brikete pa se suši. Zatim se briketi polako zagrevaju do početka crvenog usijanja da bi oduzimanjem jednog dela vodenih ostataka, bila ilovača dovoljno tvrda, kako bi se sprečilo raspadanje usled sopstvene težine za vreme prenošenja u toranj. Ista je zbog toga porezna, pa je podesna za apsorbiranje vode i kiseline u velikoj količini.
Ta pečena ilovača obrađuje se sumpornom kiselinom pa nastaje rastvor od nečistog aluminiumskog sumpora. Tu reakciju pokazuje sledeča formula:
Al2 03.3 Si O,. 2Hl, O (Oznaka ilovače) -f--j- H.. S04 = Al, (S04) 3.16 H,0 -f- voda -j--j- 3 Si 02s
Radi toga nastaju razne nečistoće, kao kalcijumsulfat, magnezium, razna železna jedinjenja itd.
Ali ipak kad se održavaju uslovi, onda se iz ovog silikata oduzima voda dejstvom toplote pa se dobija H2 S04 i S03 (i po mogućstvu u nekoj meri aluminiumsulfat).
To obrađivanje ilovače može se izvesti na razne načine, usitnjavanjem ilovače i kuvanjem iste sa razblaženim rastvorom
sumporne kiseline, gde je ova u višku, čime se sumporna kiselina koncentriše.
Briketi se posle pečenja ostave da leže tri ili četiri dana, da bi se obezbedila reakcija, pa se za tim u određenim razmacima vremena unose kroz otvor — 11 — u naročito konstruisan toranj, koji je na sl. 1 priloženog crteža označen brojkom 10, pa se posle dovršenog postupka odozdo oduzimaju u određenim razmacima vremena.
Pri tome se sa gornjeg dela tornja pomoću rešetke — 9 — sprovodi stalno hladna voda na punjenje od ilovačinih briketa, a odozdo kroz rešetku —-12 — uvode se stalno pregrejana para, vazduh, sumporni trioksid, sumporni dioksid i azotovoksid, pomešani sa više ili manje zagrevnim gasovima, koji idu iz ložišta — 13 —.
Ovi se gasovi uklanjaju iz tornja pomoću ekshaustora — 14 —. Sumpornu kiselinu i azotnu apsorbiraju voda i ilovača, dok se veći deo ugljene kiseline i azota uklanja pomoću ekshaustora. Način dejstva u ovom tornju sastoji se iz više stepena.
U donjem delu ladna voda praktično absorbira svu sumpornu i azotnu kiselinu, koje kiseline ne prodiru na niže, pošto taj rastvor apsorbuje ilovača. Rastvor se koncentriše i zagreva, čim masa u tornju postaje manja. Sumporna kiselina dejstvuje na ilovaču; azotni oksidi bivaju slobodni za na-naredno uticanje; para se penje i gore se kondenzuje. Usled povišavanja toplote sumporna kiselina, koja se nalazi uvek u višku i propraćena je parom, rastvara ilovaču u velikoj meri. Toplota biva dole sve veća pa slobodan SO;i i suvišna H, S04 oduzimaju vodu iz silikata, a na dnu tornja treba toplota da se reguliše tako, da se nastali aluminiumsulfat ne rastvara, da se sa dna tornja mogu vaditi briketi, koji ne sadrže mnogo sulfata, ali imaju silikate, iz kojih je oduzeta voda. Pri pažljivom regulisanju ložišta mlazem vode i vazdušnom strujom, koju proizvodi ekshaustor, zatim regulisa-njem unošenja briketa, može se kontrolisati dejstvo u tornju.
Briketi ostaju u tornju tri do četiri dana, čime je završeno dejstvovanje na iste. Zatim se oni ispiraju u toploj vodi, koja sadrži sumporne kiseline, čime se rastvor čisti od suvih ili bazisnih sulfata od aluminiuma, u slučaju da bi se ovi u rastvoru nalazili. Ovaj se rastvor koncentriše tako, što se on sprovodi kroz seriju sadržača — 17 — za ispiranje (SI. 5 i 6). U zadnjem sadržaču ostavljaju se briketi da stoje, dok se u sa-držač neprestano dovodi sveža i zagrejana ugljenokisela voda, koja prima ostatke od ispiranja. Ta koncentracija i naredna koncentracija prouzrokovana neiskorišćenom toplotom iz peći uklanja veliki deo krečnog
sulfata iz rastvora, u slučaju da oni nastanu za vreme ovog postupka. Na taj način debija se trajno vrlo koncentrisan rastvor alu-miniumskog sulfata, koji sadrži železne sulfate a verovatno i sulfate magnezije (više ili manje nego li što odgovara upotreblje-noj ilovači).
Taj vrlo koncentrisan rastvor sprovodi se sad u uzanoj, ravnomernoj struji u vrelu peć — 18 — ložišla — 19 gde se iz istog oduzima voda pa usled toga se deli-mično disocira, prema sledečim formulama:
1.	Al, (SOJ 3.16 H, O Al, (S04)3 +
+ 16H,0
2.	AU(S04)3=Al2 03.S03-[-2S03
Ove pare i sumporni trioksid zajedno sa sagorelim gasovima penju se kroz toronj, tako, kao što je napred opisano, gde se oni ponovno upotrebljavaju. Na taj način se brzo i lako, bez neke naročite instalacije ili naročitog postupka dobijaju natrag dve trećine sumpora. Ovaj se dobija natrag kao S03 a ne kao SO.,, što znači znatnu tačku ovog postupka.
Kad se ovaj postupak dovrši, materijal je na početku crveno usijan, aluminiumski sulfat se dobija kao Al, 03.S03, kao neka suva, porozna, lako drobljiva, nešto higroskopna, masa, koja se može lako samleti i obrazovati u brikete, ako se to želi za narednu fazu ovog postupka.
U slučaju da se nalaze kalcijumsulfat i sulfatmagnezije, ostaju oni nepromenjeni u ovom stepenu postupka, ali ipak železni sulfati podvrgavaju se istim promenama kao i aluminiumski sulfati.
Porozna masa Al, 03. S03 izvadi se sad iz peći, samelje se, pa se dobro pomeša u odgovarajućoj srazmeri sa natriumhloridom i malo uglja. Dobivena praškovita masa zatim se pomeša sa dovoljno vode, pa se ta plastična masa obrazuje u brikete, koji se brzo stvrdnu i očvrsnu i osuše usled higroskopskog dejstva Al, 03S03. Ti su briketi sad podesni za dalje postupanje.
Ovi se umetnu u zatvoren železni kotao — 15 — pa se obrađuju pri temperaturi oko 300’C pomoću pare koja se odozdo sprovodi, čime se oslobađa hiorovodonična kiselina prema sledećoj formuli:
Al, 03. S03 + 2 Na C1 + H, O = Na„ S04 + + 2 H Cl + AL 03
Železni sulfati podvrgavaju se na isti način rastvaranju kao Al, Oe . S03. Ugljenik ostaje bez dejstva, kalcijumsulfat i sulfat magezije ostaju nepromenjeni.
Kiseline se odvajaju kroz cev — 16 — i kondenzuju se. Briketi se stegnu, ali ostaju
ipak tvrdi, dobro su vezani i prilično su porozni.
Ti se briketi sastoje sad od Al2 03, uglja Fe, 03 i Na, S04.
Zatim se oni meću u obrtnu peć — 20 — pa se tu zagrevaju do crvenog usijanja. Sad ugljenik reducira Na, S04 prema Leblanc-ovoj reakciji:
Na, S04 + 2C = Na„S + 2 CO,
Fe, 03 reducira se u Fe a CO u Ca S04 i eventualno u Ca S.
Sulfat magnezije većim delom nije reduciran. Ugljena kiselina prolazi kroz toronj zajedno sa sagorelim gasovima, kao što je napred već opisano. Taj gas kao što je pomenuto, usisava iz tornja ekshaustor, pa se naposletku upotrebljava da u rastvoru ubrza taloženje aluminiuma u obliku natri-umskog ugljenika.
Briketi ostaju u obrtnoj peći radi dalje obrade.
Ovi se briketi sad zagrevaju na visoku temperaturu i kroz materijal se sprovodi zagrejana para u maloj količini pri običnom pritisku. Pri tome nastaje sledeča reakcija:
Al, 03 + Na, + H20 = Al, 03. Na, O + H„S
Prema tome obrazuje se natrium aluminat i razvija se sumporvodonik kao sporedni proizvod, koji sagori u SO, i H,0 pa para sumpornog dioksida ide sa sagorelim gasovima u toronj; sumpor koji nedostaje (praktično jedna trećina) oduzima se iz komora, koje su u vezi sa peći, pa sa parom i va-zduhom pretvoren u S03 upotrebljava se u tornju za obrazovanje aluminiumskih sulfata.
Na taj način se skoro sav sumpor ponovno dobija i upotrebljava za dalje reakcije, a da se ne mora upotrebiti neki naročiti postupak ili neka naročita instalacija.
Ugljenik reducira metalno železo, koje najpre obrazuje sa sumpornim vodonikom crni sulfid, ipak se ovaj brzo posle toga oksidiše u Fe,03 i SO, pa se sadržina sumpora opet dobija natrag.
U ložištu ostaje ispečena masa natrium-aluminata, koja sadrži nečistoće kao n. pr. Fe,03, nešto pepela, nešto uglja, nešto Ca S i eventualno nešto MgS04. Ta se masa izvadi, ohladi i ispiraj pri čemu se alumi-nati (i sulfati magnezije, ako se nalaze) pretvaraju u rastvor, dok Ca S, i Fe,03, a i ugalj i pepeo ostaju nerastvoreni. Natrium-ski aluminati i sulfati magnezije prelaze odmah u reakciju, obrazuju natriumsulfate i nerastvorljive magnezium-aluminate i na taj način se istovremeno uklanja magnezija, pa se dobija čist rastvor natriumkarbonata. Ovaj se bistri, koncentriše i taloži, kao što je opisano u nastavku.
Rastvor natriumaluminata, pošto se ispere u ispiraču — 21 i očisti od S02, obrađuje se ugljenom kiselinom, čime se odvaja aluminiumski hidroksid a u rastvoru ostaje natriumkarbonat prema sledećoj formuli: AL03. Na„0 —CO, ! 3H.,9 =
= 2 A1 (OH)3 -j- Na, CO;
Aluminium se odvaja i opere, koji je posle toga podesan za prženje a i za redukciju metala elektrolitičnim procesom sistema Hali, ali se može iskoristiti, ili ipak upo-trebiti za izradu čistog aluminiumsulfata. Aluminiumsulfat je materijal, koji se dobija u sulfidnom postupku.
Rastvor sode se koncentriše i dobija se natrag na poznati način.
Ovaj postupak je radi toga potpun i konti-nualan.
Iz napred navedenog vidi se, da se pri navedenom ispunjavanju tornja briketima od pečene ilovače, koji se postupaju sumpornom kiselinom, pa se zatim ispiraju u sumpornoj kiselini, dobija vrlo koncentrisan rastvor aluminiumsulfata, iz kog se, pošto se isti zagreje u peći, dobija neka suva porozna, lako lomljiva nešto higroskopična masa, odgovarajuća formuli A1 .,03. SO;,, koja kad se izvadi iz peći, može da se samelje i pomeša sa natriumhloridom, malo uglja i vode i dovede u oblik briketa. Ti se briketi posle umeću u neki zatvoreni železni kotao - 15 pri temperaturi od 300° G pa se odozdo obrađuju parom, koja odvaja hlorovodoničnu kiselinu i odvodi iz kotla kroz cev — 16 Pošto je uklonjena hloro-vodonična kiselina meću se briketi u neku okretnu peć — 20 — pa se zagrevaju do crvenog usijanja radi redukcije ugljenika. .O'đ se briketi posle toga zagrevaju na visoku temperaturu pa se kroz materijal sprovodi u malim količinama pregrejana para pri običnom pritisku, čime se obrazuju na-trium aiuminati, pa se odvaja sumporni vo-donik, koji sagoreva u S02 i H,0, pa SO — pare prelaze kroz toronj — 22 — odozdo na više (si. 2).
Kao što je već pomenuto, na taj način dobija se natrag vrednost sumpora kao SO., koji se sa ozotnim oksidima azotnog postrojenja (koje nije predstavljeno na nacrtu) koje je u vezi sa ležištem, pod uticajem pare i vazduha pretvara u S03, koji se na taj način ponovno dobija i može opet da se upotrebi u tornju za obrazovanje alumi-niumskih sulfata.
Zato ostaje u peći ispečena masa na-triumskih aluminafa, koja se pošto se izvadi, hladi i ispira da bi se obrazovao rastvor natriumskog aluminata, i da se ponovno dobije aluminiumski hidroksid, time što se rastvor obrađuje ugljenom kiselinom prema sledećoj formuli:
Al., Na2 O + CO, + 3 H., O = 2 A1 (OH) -j 5 Na, Ć03
Zatim se aluminiumski hidroksid peče radi izrade čistog aluminiuma.
Po sebi se razume može se ovaj postupak a i instalacija, koja služi za sprovođenje ovog postupka, menjati u širokim granicama, a da se ne odlazi od suštine ovog pronalaska.
Patentni zahtevi:
1.	Postupak za spravljanje aluminiuma, sode i hlorovodoničke kiseline iz ilovače, postepenom proizvodnjom aluminiumsulfata, natriumsulfata (pri tretiranju ugljem, natriumhloridom i hlorovodoničnom kiselinom) i natriumaluminata, pri čemu se natriumaiu-minat tretira ugljenom kiselinom, naznačen time, što se za izradu aluminiumsulfata,. ispečeni briketi od ilovače izlažu u jednom tornju uticaju hladne vode, koja teče na niže, i uticaju gasova, koji se penju na više, a sadrže azola i sumpornih oksida, pri čemu se iz aluminiumsulfata, koji se nalazi u rastvoru, proizvodi u usijanosti kakve peći, jedna suva porazna masa, koja se može lako briketirati, a^ sastava je A1 03. S03.
2.	Postupak prema zahtevu 1, naznačen time, što se ugljena kiselina, koja je potrebna za pretvaranje natriumaluminata u natriumkarbonat i aluminiumoksid, proizvodi zagrevanjem suve porazure, briketljive mase Al, 03, S03 sa ugljem, a natriumhlorid se proizvodi preko stepena razvijanja hloro-vodonične kiseline, pri čemu se natrium-sulfat pretvara u natriumsulfid pa se dobija slobodna ugljena kiselina.
3.	Postupak prema zahtevu 2, naznačen time, što se suva porozna masa A1.203. S03 briketira sa sitno-zrnim ugljem, pa se parom, koja struji odozdo zagreva na toplotu od 300 C, čime se dobija hlorovodonična kiselina.
4.	Postupak prema zahtevima 1 do 3, naznačen time, što daljim zagrevanjem i pri-menjivanjem pregrejane pare, aluminium-oksidi i aluminiumsulfidi pomešani, grade nairiumaluminat i sumporni vodonik, pa se sve metalno gvožđe, koje postoji, pretvara u sulfide ili eventualno u okside, pri čemu se sumporni dioksidi pretvaraju u sumporne triokside, pa se upotrebljavaju za proizvodnju aluminiumsulfata iz iiovače.
5.	Postupak prema zahtevu 1 sa proizvodnjom ugljene kiseline, naznačen lime, što se ugljena kiselina zajedno sa sumporom i sa ozolnim oksidima sprovodi na više u tornju za proizvodnju aluminiumsulfata, pa se posle iskorišćavanja opet sprovode na niže.
6.	Postupak prema zahtevu 1 sa tretiranjem u peći, naznačen time, što se gasovi sprovode kroz toronj za proizvdnju aluminiumsulfata.
-i—r'	■-	r	1	i	‘ 1	1	1	1	1 lili , f	1	1	I	1 1	1	1	I	1	t I I f t					i ^	r	i	i~ i	i	i	t	i	n 1	?!	1	li !	1	I	l	1	i lili	l	1
	\					‘~r~Li ‘ t • 1	1 i ■ -
r T J 1 '-V ; T-1-	—1—r-1—				t r	-1 j f j	























.








'

■ - V ” •' J








Adpđhsntbroj 700J.


FSSS.g..
^=32)
.
'


























.
















Adpatent broj 700/.