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Verfahren zur Herstellung von schwerlöslichen Karbonaten, insbesondere Erdallkali- und Magnesium- karbonaten.
Die Erfindung bezieht sieh auf ein Verfahren zur Herstellung schwerlöslicher Karbonate, insbesondere von Kalziumkarbonat und Magnesiumkarbonat, die in der Papierfabrikation als Füllmittel Verwendung finden können.
Es ist bekannt, kohlensaure Salze durch Einwirkung gasförmiger Kohlensäure auf Metallhydroxyde, z. B. Kalziumhydroxyd, Magnesiumhydroxyd u. dgl., herzustellen, indem man das Gas mit wässerigen Aufschlämmungen oder Lösungen der Hydroxyde reagieren lässt. An Stelle reiner Kohlensäure hat man bei der Herstellung von Kalziumkarbonat nach dieser Methode auch den Versuch gemacht, die Heizgase
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ob man reine Kohlensäure oder verdünnte kohlensäurehaltige Gase zur Umsetzung mit den schwerlösliche Karbonate bildenden Hydroxyden verwendet, Nachteile, die einerseits durch die geringe Lös- lichkeit der Hydroxyde, anderseits durch die Schwerlöslichkeit der gebildeten Karbonate verursacht sind.
Um eine genügend grosse Reaktionsgeschwindigkeit bei möglichst vollkommener Umsetzung zu Karbonat zu erzielen, muss in grosser Verdünnung gearbeitet werden, was das Umwälzen grosser Wassermengen und somit einen grossen Kraftbedarf zur Folge hat. Auch besteht immer die Gefahr, dass gefälltes Karbonat die Apparatur und die Rohrleitungen verlegt.
Bei dem Verfahren gemäss der vorliegenden Erfindung wird die unmittelbare Einwirkung der Kohlensäure oder der kohlensäurehaltigen Gase auf Lösungen bzw. Aufschlämmungen von Metallhydroxyden, die schwerlösliche Karbonate bilden, vermieden und damit die oben dargelegten Vbelstände gänzlich beseitigt.
Das Verfahren gemäss der Erfindung besteht in der Anwendung eines Kreisprozesses in der Art, dass durch Einwirkung von Kohlensäure, vorzugsweise von kohlensäurehaltigen Abgaben auf wässerige Lösungen von Alkalihydroxyden, die löslichen Alkalikarbonate gebildet werden und sodann diese mit Hydroxyden von Metallen, welche schwerlösliche Karbonate bilden, vorzugsweise mit Kalziumhydroxyd oder Magnesiumhydroxyd, zu den entsprechenden schwerlöslichen Karbonaten und Alkalihydroxyd umgesetzt werden, worauf das Alkalihydroxyd nach Abtrennung der Karbonate in den Prozess zurückgeführt wird.
Das neue Verfahren stellt somit einen Kreislaufprozess dar, bei welchem Alkalihydroxyde als Kohlensäureüberträger wirken, während das Endprodukt mittelbar aus den beiden Ausgangsstoffen Kohlensäure und Metallhydroxyden, die schwerlösliche Karbonate bilden, gewonnen wird.
Die Alkalilauge wird nur bei Inbetriebsetzung des Verfahrens zugeführt, während im Laufe des Verfahrens lediglich allfällige geringe Verluste zu decken sind. Dieses indirekte Verfahren erfordert daher keine merklich grösseren Aufwendungen als die bekannte Methode der direkten Fällung von schwerlöslichen Karbonaten, weist aber den Vorteil auf, dass das Gas nur mit Alkalilauge in Berührung kommt, wobei die löslichen Alkalikarbonate gebildet werden, so dass störende Abscheidungen von schwerlöslichen Karbonaten nicht auftreten, und mit wesentlich geringeren Wassermengen gearbeitet werden kann, weshalb man mit einer kleineren Anlage und bedeutend geringerem Kraftbedarf auskommt.
Für das Verfahren kommen zur Bildung der löslichen Alkalikarbonate in erster Linie Natronlauge, Kalilauge und wässerige Ammoniaklösungen in Betracht.
Als Kohlensäurequelle können z. B. Rauchgase einer Kesselfeuerung oder eines Kalkofens u. dgl. dienen, die zweckmässig vorher gereinigt werden.
Im folgenden wird für die Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung ein Ausführung- beispiel gegeben, das die Herstellung von Kalziumkarbonat betrifft. Eine hiefür geeignete Apparatur ist in der Zeichnung schematisch dargestellt.
Kalk wird in bekannter Weise durch das aus der Leitung 1 zugeführte Wasser auf einem Siebe 3 gelöscht und gelangt über das Sammelgefäss 2 mittels der Pumpe 4 durch die Druckleitung 5 in den Zentripetalreiniger 6, in welchem die Kalkmilch von festen Verunreinigungen befreit wird. Von hier gelangt die Kalkmilch in die wechselnd verwendbaren Vorrats-und Messbehälter 7, 8 für die Kalkmilch, so dass z. B., während der Behälter 7 gefüllt wird, aus dem Behälter 8 Kalkmilch entnommen werden kann.
Die Kalkmilch wird auf einen 15% igen Gehalt an CaO eingestellt. Die Umwälzpumpe 9 und die Saugleitungen 10 bzw. 12 sowie die Druckleitungen 11 bzw. 13 dienen dazu, die Aufschlämmung homogen zu erhalten. Durch die Ablassleitungen 14 bzw. 15 gelangt die Kalkmilch in die Reaktionsbütten 16 bzw. 17. Die Reaktionsbütten enthalten z. B. eine 5% ige Sodalösung, in die man aus den Vorratsbehältern 7 bzw. 8 Kalkmilch in dünnem Strahl bei gleichzeitigem Rühren mit Hilfe des Rührwerkes 18 bzw. 19 einfliessen lässt. Vorzugsweise wendet man die Sodalösung in einem grossen Überschuss an.
Durch die Umsetzung des Natriumkarbonates mit der Kalkmilch wird Kalziumkarbonat gefällt und gleich-
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schlämmung durch die Ablassleitungen 20 bzw. 21 zur Zentrifuge 22, in welcher das Kalziumkarbonat von der Lauge getrennt wird. Das abzentrifugierte Kalziumkarbonat wird nun in der Zentrifuge mit Wasser gewaschen und ist sodann verwendungsbereit. Es kann bereits in Teigform als Füllstoff für die Papierherstellung verwendet werden oder noch weiter getrocknet werden.
Die in der Zentrifuge abgetrennte Natriumhydroxydlösung wird über die Leitung 83 in den Vorratsbehälter 24 geführt. Mittels der Förderpumpe 26 wird die Natriumhydroxydlösung aus diesen Behältern über die Druckleitung 27 in den Karbonisator 28 hochgefördert und fliesst in diesem über Rieselbleehe 29 und 30 nach einem Vorratsbehälter 25 für die Alkalikarbonatlösung. Bei 31 werden kohlensäurehaltige Gase in den Karbonisator eingeführt, die bei 32 wieder austreten. Im Karbonisator erfolgt die Umsetzung der Natronlauge zu Natriumkarbonat. Die Vorratsbehälter 24 und 25 können so angeschlossen werden, dass man sie alternativ für die Hydroxydlösung und für die Karbonatlösung benutzen kann.
Aus dem Vorratsbehälter 25 wird die Karbonatlösung durch die Förderpumpe 33 über die Druckleitung 34 alternativ nach einer der freien Reaktionsbütten 16 oder 17 geleitet, wo der Kreislaufprozess weitergeht.
Ein Kreislaufprozess zur Herstellung von kohlensaurem Kalk ist bereits in der deutschen Patentschrift Nr. 334014 beschrieben, nach welchem Ammonsalzlösungen mit Ätzkalk versetzt, die erhaltenen Lösungen nach Ausfällung der Verunreinigungen filtriert und mit Kohlensäure unter Druck übersättigt werden, wobei unter Ausscheidung von Kalziumkarbonat die Ammonsalzlösung, von welcher ausgegangen wurde, wieder gebildet wird. Bei diesem bekannten Verfahren findet jedoch die zur Bildung von Kalziumkarbonat führende Reaktion zwischen der gasförmigen Kohlensäure, Ammoniak und dem gelösten Kalziumsalz statt, was zur Folge hat, dass diese Reaktion in einem Karbonisator nicht durchgeführt werden kann, weil das Produkt dieser Reaktion das sich im festen Zustande ausscheidende Kalziumkarbonat ist.
Grosse Gasmengen, und um solche handelt es sich stets, wenn mit kohlensäurehaitigen Abgasen gearbeitet wird, können aber nur im Karbonisator in technisch in Betracht kommender Weise ausgenutzt werden.
Schliesslich ist für das bekannte Verfahren Erfordernis, dass die gasförmige Kohlensäure unter Druck in die Lösung des Kaliumsalzes geleitet wird, weil nur unter dieser Bedingung Ammoniumsalze zurückgebildet werden, wogegen im vorliegenden Fall die Kohlensäure, ohne dass Druck angewendet werden müsste, von den Alkalihydroxydlösungen rasch adsorbiert wird. Es zeigt sich also, dass das besondere Kreislaufverfahren gemäss der Erfindung von dieser bekannten Methode grundsätzlich unterschieden ist und eine Bereieherung der Technik bedeutet.
Gleichzeitig beweist diese Literaturstelle aber auch, dass es für den Fachmann keineswegs nahe lag, zur Lösung der Aufgabe, von Kohlensäure und Erdalkalihydroxyden aus zu den Karbonaten zu gelangen, die an sich bekannten Reaktionen der Bildung von Alkalikarbonat aus Alkalihydroxyden und Kohlensäure und der Bildung von Erdalkalikarbonaten bei der Umsetzung von Alkalikarbonaten mit Erdalkalihydroxyden zu einem neuen Kreislaufverfahren zu verknüpfen, bei welchem das Alkali lediglich die Rolle eines Kohlensäureüberträgers spielt. Dies gilt auch in gleicher Weise für die Bildung von andern schwerlöslichen Karbonaten, insbesondere Magnesiumkarbonat.