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Verfahren zur Herstellung eines gefällten, basischen Alauns.
Die Erfindung bezieht sieh auf die Herstellung von basischem Alaun mit Hilfe eines Prozesses, bei dem eine Lösung aus einem normalen Alaun bei einem entsprechenden Druck einer Temperatur von über 1400 C unterworfen wird, um einen basischen Alaun in fein verteiltem Zustand zu bilden und auszufällen und um eine Lösung aus Schwefelsäure und Alkali-oder Ammoniumsulfat oder beiden zu erhalten, die aus dem normalen Alaun freigemacht worden sind.
Unter basischem Alaun ist eine hydratische Verbindung aus einem Alkali-oder Ammoniumsulfat oder beiden und basischem Aluminiumsulfat zu verstehen.
Der Prozess wird vorteilhaft bei einer Temperatur von etwa 2000 C durchgeführt ; bei Temperaturen unter 140 C kann er praktisch nicht mit Vorteil angewendet werden. Es ist auch bekannt, dass, wenn die behandelten Lösungen nur aus einer Lösung von normalem Alaun bestehen, nur etwa 80 % der in dem normalen Alaun vorhandenen Tonerde in dem aus basischem Alaun bestehenden Niederschlag zu finden sind und dass, wenn der Lösung Alkalisulfat in einer Menge zugesetzt wird, die gleich der in dem normalen
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der in der normalen Alaunlösung vorhandenen Tonerde enthält. Soweit festgestellt werden kann, hat der vorstehend genannte Prozess keine Bedeutung für die technische Herstellung eines basischen Alauns erlangt, wahrscheinlich aus dem Grund, dass kein technisches Verfahren vorgeschlagen war, um den Prozess in der Praxis anzuwenden.
Wegen des hohen Drucks, der in Verbindung mit der hohen Temperatur angewendet wird, auf welche die Lösung gebracht werden soll, ist es natürlich notwendig, dass der Behälter, in dem die Alaunlösung behandelt wird, derartigen Drücken standhalten kann, und wegen des Vorhandenseins der Schwefelsäure, die in dem Prozess freigemacht wird und in der Mutterlauge enthalten ist, aus welcher der basische Alaun ausgefällt wird, ist es notwendig, dass der Behälter solcher Art ist, dass er von der Säure nicht angegriffen wird. Das würde praktisch ergeben, dass ein Stahlbehälter verwendet wird, der mit einem Stoff ausgekleidet ist, der mit der Säure in der Lösung nicht in Reaktion tritt.
Es hat sich ergeben, dass die beste praktische Ausführungsform eines solchen Behälters diejenige ist, bei der ein äusserer Stahlkörper mit Blei ausgekleidet ist ; dabei ist aber auch gefunden worden, dass, wenn der Behälter von aussen her erhitzt wird, ein Teil des aus der Lösung ausgefällten basischen Alauns die Neigung hat, an der Auskleidung hängen zu bleiben, u. zw. in Form einer fest anhaftenden Kruste, welche die Leitfähigkeit der Behälterwand beträchtlich herabsetzt. Hiedurch kann die Temperatur so weit erhöht werden, dass sogar der Schmelzpunkt erreicht wird.
Die Leitfähigkeit des zusammengesetzten Behälters ist selbst unter normalen Bedingungen gering und würde durch den zusätzlichen Widerstand, der von der abgesetzten Kruste hervorgerufen wird, noch viel niedriger werden ; unter diesen Umständen wird natürlich die richtige Erhitzung der Lösung beeinträchtigt und ausserdem eine Erhöhung der Temperatur des stählernen Aussenteils des Behälters herbeigeführt, die gefährlich werden kann.
Zweck der Erfindung ist, ein Verfahren anzugeben, bei dem die Alaunlösung schnell auf die für eine rasche und wirksame Ausfällung des basischen Alauns erforderliche Temperatur erhitzt utd die Erhitzung der Lösung derart geregelt wird, dass die Ausfällung des basisehen Alauns mit einer gewünschten Teilchengrösse erfolgt, wobei ausserdem die Erhitzung der Alaunlösung in einem ununterbrochenem Prozess
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stattfindet, durch den der basische Alaun aus der Lösung ausgefällt wird, während diese in einem ununterbrochenen Strom durch den Behälter hindurchgeht.
Allgemein gesprochen besteht die Erfindung darin, dass die Alaunlösung in einem mit einem nicht reaktionsfähigen Stoff ausgekleideten widerstandsfähigen Behälter eingeschlossen und die Temperatur der Lösung auf den gewünschten Wert dadurch gebracht wird, dass in die im Behälter befindliche Lösung unter hohem Druck stehender Wasserdampf mit einer entsprechenden Temperatur und in genügender Menge eingeführt wird, so dass die Temperatur der Lösung rasch auf einen für die Reaktion wirksamen Wert von über 140 C gebracht wird.
Es ist gefunden worden, dass es unter diesen Umständen möglich ist, die Temperatur der Lösung auf den notwendigen oder gewünschten Wert zu erhöhen, mit dem Ergebnis, dass der basische Alaun, ohne ein schädliches Haften an den Wänden des Behälters zu zeigen, aus der Lösung ausgefällt wird, obgleich bei der gemäss der Erfindung erfolgenden Erhitzung der Lösung, die durch die Einführung von unter hohem Druck stehendem Dampf herbeigeführt wird, eine anhaftende Kruste von geringer Dicke nicht schädlich sein würde. Eine solche Kruste könnte sogar von einem gewissen Vorteil sein, indem sie den Wert der Wärmeleitung durch die Behälterwände hindurch herabsetzen würde und durch Regelung der Erhitzung der Lösung mit Hilfe eines geregelten Dampfzutrittes es möglich ist, die Grösse der Teilchen innerhalb gewisser Grenzen zu beherrschen.
Allgemein gesprochen wird die Grösse der Teilchen des Niederschlages umso grösser sein, je allmählicher die Temperatur der Lösung erhöht wird, während es mit einer schnelleren Erhitzung möglich und praktisch ist, den basischen Alaun in der Form eines ausserordentlich feinen Niederschlages herzustellen.
Während das Verfahren gemäss der Erfindung so ausgeführt werden kann, dass die zu behandelnde Lösung als einzelne Teilmenge in den Behälter zugelassen und darin gehalten wird, wobei der Behälter abwechselnd gefüllt und entleert wird, ist gefunden worden, dass es sehr vorteilhaft ist, das Verfahren mit einem Behälter auszuführen, dessen Länge mehrmals grösser als sein Durchmesser ist ; dabei wird die Alaunlösung in den Behälter an dem einen Ende eingeführt und bei ihrem Durchgang durch den Behälter auf den gewünschten Grad erhitzt, während dann die erzeugte Mutterlauge, welche den basischen Alaun-
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Verfahren nach der Erfindung in dieser Weise ausgeführt, dann ist es sehr erwünscht und wichtig, dass der Dampf so zugeführt wird, dass er mit der strömenden Lösung an verschiedenen Stellen längs des Behälters in Berührung kommt.
Vorzugsweise sind zwei oder mehrere Dampfeinlässe vorgesehen, die in den Lösungsstrom an verschiedenen Punkten seiner Länge einmünden. Es ist vorzuziehen, den Dampf erst in einigem Abstand von dem obersten Teil des Flüssigkeitsstromes einzuführen, so dass der Teil des Stroms, der vor dem Dampfeinlass liegt, unter Bildung kleiner Kristalle. aus basischem Alaun eine allmähliche Erhitzung erfährt. Die Grösse dieser kleinen Kristalle wächst, da die Wärme des Stromes bei der Annäherung an den Dampfeinlass und beim Vorbeiströmen an diesem ansteigt. Wenn kleine Teilchen gewünscht werden, ist es ratsam, dass der Dampf näher nach dem oberen Teil des fliessenden Stroms hin zugelassen wird, so dass mehr Kristalle von geringerer Grösse gebildet werden.
Die Verwendung einer Mehrzahl von in Zwischenräumen angeordneten Dampfeinlässen ist wichtig, weil die Bildung des basischen Alauns durch eine endothermische Reaktion erfolgt und die notwendige hohe Temperatur auf die beschriebene Weise in der ganzen fliessenden Masse der Lösung schnell erreicht und auf ihrem Wert gehalten wird.
Beim Arbeiten mit dem als vorteilhaft beschriebenen ununterbrochenen Prozess ist gefunden worden, dass, wenn der Leitungsbehälter, durch welchen die Lösung hindurchströmt, vollkommen mit der Lösung angefüllt ist, Stockungen in der Stetigkeit des Lösungsflusses auftreten können, die, soweit festgestellt werden konnte, ihre Ursache in der Bildung von grossen Dampfblasen haben, welche nicht zur Kondensation kommen. Diese Schwierigkeit ist dadurch überwunden worden, dass in dem oberen Teil des Leitungsbehälters, u. zw. oberhalb des Spiegels der Säule der eingeschlossenen Lösung, eine Masse von inertem Gas, vorzugsweise Luft, aufrechterhalten wird, deren Anwesenheit wirksam die Stockungen verhindert, welche, wie bereits erwähnt, auftreten können, wenn in dem Behälter eine solche Gasmasse nicht vorhanden ist.
In der Zeichnung ist eine besonders wirksame Ausführungsform einer Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens beispielsweise dargestellt.
Fig. 1 ist eine Längsschnitt durch die Mitte des Behälters, u. zw. in einer Ebene, in welcher die den Dampf zulassenden Rohre liegen.
Fig. 2 ist ein Querschnitt nach der Linie 2-2 der Fig. 1.
A bezeichnet die Aussenhülle des Behälters oder Autoklaven, die vorzugsweise aus Stahl besteht und eine genügende Stärke besitzt, um dem Druck zu widerstehen, dem sie ausgesetzt wird. Al ist der
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Metall, vorzugsweise Blei, und C ein Innenfutter aus nicht reaktionsfähigem, inertem und feuerfestem Stoff, wie z. B. säurefesten Ziegeln. D bedeutet die Einlassleitung, durch welche die Alaunlösung ununterbrochen in den Behalter gedrückt wird, u. zw. unter einem Druck, der etwas grösser als der in dem Auto- 0 Idaven herrschende Druck ist. D'bezeichnet eine Pumpe, durch welche die Lösung in den Behälter gedrückt wird, und D2 ein Ventil zur Regelung des Lösungsflusses nach dem Behälter.
E ist ein Auslassleitung, die vom Boden des Autoklaven abgeht, und F ein Ventil zur Regelung der Öffnung, durch welche die Flüssigkeit aus dem Leitungsbehälter abgegeben wird. G bezeichnet einen Behälter,
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in welchen die Lösung und der aus ihr gebildete Niederschlag aus der Auslassöffnung des Autoklaven einströmt und aus welchem Dampf unter vorzugsweise geregelten Bedingungen entweichen kann, um eine rasche Verminderung der Temperatur der Lösung herbeizuführen.
H ist ein Dampferhitzer, der mit einem Dampferzeuger verbunden ist ; der Druck des erzeugten Dampfes ist dabei grösser als der in dem Autoklaven herrschende Druck. B\ H2, H3, H4 bezeichnen Abzweigrohre, die von dem Erhitzer H abgehen und im Innern des Leitungsbehälters vorzugsweise zu Ringen
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während in der nach dem Erhitzer führenden Leitung ein Druckregelventil K vorgesehen ist. L bezeichnet ein Ventil am Boden des Erhitzers, das vorgesehen ist, um das in dem Erhitzer kondensierte Wasser ab- zulassen. M ist ein Kompressor, von dem ein Rohr M in den oberen Teil des Leitungsbehälters führt, das mit einem Ventil M2 ausgerüstet ist.
N bedeutet die Flüssigkeitssäule, die in dem Behälter aufrecht- erhalten wird, und 0 die Masse von inertem Gas, vorzugsweise Luft, die in dem oberen Teil des Behälters aufrechterhalten wird. Der dargestellte Leitungsbehälter hat eine Höhe von etwa 6 m und einen inneren
Durchmesser von etwa 120 cm.
Beim Inbetriebsetzen der Vorrichtung wird sowohl das Auslassventil F als auch die Dampfzu- führungsleitung geschlossen. Der Leitungsbehälter wird dann mit Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser, bis etwa an die Einlassleitung D für die Lösung gefüllt. Darauf wird Luft in den oberen Teil des Behälters ge- drückt, bis der Druck einen Wert von 11.3 bis 12.7 kg/cm2 (160-180 engl. Pfund) erreicht. Dann wird durch die Rohre B\ H2, H3, H4 Dampf zugelassen, bis die Temperatur der in dem Behälter eingeschlossenen
Flüssigkeit an ihrem oberen Spiegel 130-170 C beträgt.
Darauf werden das Auslassventil F und das
Lösungseinlassventil D2 geöffnet, wobei die Auslassöffnung derart eingestellt wird, dass bei den im Innern des Behälters herrschenden Drücken die Abgabe der Flüssigkeit aus dem Behälter in demselben Mass erfolgt wie der Zufluss der in den Behälter gedrückten Lösung, vermehrt um den Betrag des Wassers, das aus dem Dampf kondensiert wird, welcher zur Erhitzung der Lösung bei ihrem Durchgang durch den
Leitungsbehälter dient. Die Dampfzufuhr wird derart geregelt, dass die durch den Leitungsbehälter strömende Lösung auf die gewünschte Temperatur gebracht und auf dieser Temperatur gehalten wird.
Dabei muss die Temperatur für alle praktischen Fälle 1400 C Überschreiten, und es ist gefunden worden, dass zum Erzielen der besten Ergebnisse die Temperatur auf etwa 185-200 C zu halten ist. Beim Arbeiten mit den zuletzt genannten Temperaturwerten sollte die Geschwindigkeit des Flüssigkeitsstromes durch den Leitungsbehälter derart sein, dass die Lösung und ihre Produkte während eines Zeitraums von 8-10
Minuten in dem Behälter gehalten werden.
Bei diesen Temperaturen wird aus einer Lösung eines normalen
Kaliumalauns ein fein verteilter basischer Kaliumalaun-Niederschlag ausgefällt, welcher nahezu 80-85% der in dem normalen Alaun vorhandenen Tonerde und etwa 28 % des in dem normalen Alaun vorhandenen
Kaliumsulfats enthält, während die Schwefelsäurekomponente des basischen Alauns ungefähr 38 % derjenigen des normalen Alauns beträgt. Die Mutterlauge enthält in Lösung die Schwefelsäure und Kalium- sulfat beim Eintreten in die Verbindung des Niederschlags aus basischem Alaun, zusammen mit dem zurückbleibenden normalen Alaun, der während der Reaktion eingeführt wird.
Es ist zu verstehen, dass eine höhere Ausbeute an basischem Alaun und eine nahezu vollständige
Austreibung des Tonerdegehaltes des normalen Alauns erhalten werden kann, wenn man zu der Lösung
Kaliumsulfat zufügt, u. zw. in einer Menge, die der in dem normalen Alaun vorhandenen Menge an
Kaliumsulfat äquivalent ist.
Das Verfahren nach der Erfindung kann natürlich in irgendeinem Leitungsbehälter ausgeführt werden, der säurefest ist, und es ist auch zu verstehen, dass, obgleich der beschriebene kontinuierliche
Prozess sehr grosse Vorteile mit sich bringt, auch mancherlei Vorteile mit einer nicht kontinuierlichen
Behandlung einer normalen Alaunlösung erhalten werden können, um aus der Lösung einen basischen
Alaun auszufällen, wobei die Hitze unter hohem Druck stehendem Dampf entnommen wird, der in die in einem druckbeständigen Behälter befindliche Lösung eingeführt wird.
Es ist ausserdem zu beachten, dass bei dem kontinuierlichen Verfahren nach der Erfindung die
Einführung von Dampf in die durch den Leitungsbehälter strömende Lösung in verschiedenen Höhen oder an verschiedenen Stellen auf dem Wege der Lösung höchst vorteilhaft ist, da dies dazu beiträgt, die notwendige endothermische Reaktionswärme auf der ganzen Länge des Behälters bestehen zu lassen.
Es ist gefunden worden, dass es in der Praxis vorteilhaft ist, die Hitze des oberen Teils der Flüssig- keitsmasse auf etwa 130 C zu halten und die Dampfzufuhr derart zu regeln, dass eine Temperatur von etwa 198 C einer an Stelle, die etwa 60 cm unterhalb des Spiegels der Flüssigkeitsmasse liegt, erhalten wird. Unter diesen Bedingungen weist der Niederschlag eine derartige Teilchengrösse auf, dass 99 % des Niederschlages durch ein 300-Maschen-Sieb (engl. ) hindurchgehen. Eine raschere Erhitzung der Lösung lässt eine geringere Teilchengrösse in dem Niederschlag entstehen, während eine allmählichere Erhitzung zur Bildung grösserer Teilchen in dem Niederschlag führt.
Das bezüglich der Teilchengrösse und Tempe- raturen Gesagte gilt insbesondere für die Behandlung von Kalium-und Natriumalaun. Im Falle eines
Ammoniumalauns werden die Teilchen unter denselben Bedingungen grösser sein.
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Es ist zu bemerken, dass das Verfahren von der Nutzbarmachung der latenten Wärme des Hochdruckdampfes abhängig ist, der zum Erhitzen der Alaunlösung verwendet wird und dass bei einem ge-
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wird, 1'9 kg (4'2 engl. Pfund) beträgt.
Es sind Verfahren bekannt, bei denen eine Aluminiumlösung auf mehr als 140 C erhitzt wird, wobei eine Reaktion eintritt und basischer Alaun gefällt wird. Aber in diesem Falle erfordert die Reaktion selbst in kleinen Behältern eine oder mehrere Stunden und es ist der gewonnene basische Alaun weniger reaktionsfähig als wünschenswert. In diesem Falle erfolgt die Erhitzung nicht durch Einleiten von heissem Wasserdampf in die Lösung wie gemäss dem Verfahren der Erfindung, das gestattet, in äusserst kurzer Zeit die Überführung in den basischen Alaun vorzunehmen.
Es ist ferner auch vorbeschrieben, in einem Gemenge von Schwefelsäure und tonerdehaltigem Rohstoff durch Einführen von Dampf unter Druck in das Gemenge, eine anfängliche Erhitzung zu bewirken, um das Gemenge auf eine Höhe der Temperatur zu bringen, bei der die einsetzende exothermisehe Reaktion die Wärme auf einer entsprechenden Höhe erhält.
Dies ist aber mechanisch und chemisch verschieden von dem erfindungsgemässen Verfahren, bei dem basischer Alaun aus einer Lösung normalen Alauns erzeugt wird durch Einpressen von hoch gespanntem Dampf in die Lösung des normalen Alauns, u. zw. in solcher Menge, um rasch die Temperatur auf den Reaktionspunkt zu bringen und sie bei einer sehr reaktionsfördernden Temperatur zu erhalten, trotz der endothermischen Natur der Reaktion, die geeignet wäre, eine Verlangsamung hervorzurufen, wenn nicht reichlich Hitze zugeführt würde, wobei insbesondere hervorzuheben ist, dass nach diesem Verfahren der basische Alaun ohne übermässige Verdünnung der sauren Mutterlauge und unter Gewinnung eines reaktionsfähigeren Produktes erzeugt wird.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung eines gefällten basischen Alauns aus einer normalen Alaunlösung, dadurch gekennzeichnet, dass die in einem Hochdruckbehälter eingeschlossene Lösung dadurch rasch auf eine Temperatur über 140 C gebracht wird, das in die Lösung unter hohem Druck stehender Wasserdampf in einer Menge eingeführt wird, die genügt, um eine solche rasche Temperaturerhöhung herbeizuführen und dass die Lösung auf Reaktionstemperatur erhalten wird, trotz der endothermischen Reaktion und ohne übermässige Verdünnung der Mutterlauge, wobei ein reaktionsfähigeres Produkt gewonnen wird.