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Verfahren zur Herstellung von körnigem, wasserarmem Kalksalpeter.
Es sind verschiedene Verfahren zur Herstellung von körnigem, wasserarmem Kalksalpeter bekannt.
So wurde z. B. vorgeschlagen, dass man Calcium- nitratlösungen in Knetwerken unter Bildung eines zähen, dicken Kristallbreies, auch Schmelze genannt, eindampft und dann verfestigt, ferner dass man die genannten Lösungen in direktem
Kontakt mit heissen Gasen mittels rotierender
Scheiben entwässert oder dass man durch Mischen der konzentrierten Lösungen mit bereits entwässertem Kalksalpeter ein festes Zwischenprodukt herstellt, welches man dann durch Trocknen weiter entwässert und verfestigt.
Schliesslich wurde auch vorgeschlagen, aus den konzentrierten Lösungen grobkörniges anhydrisches Calciumnitrat abzuscheiden und dasselbe durch Filtration von der Schmelze zu trennen.
Bei der technischen und wirtschaftlichen Durchführung dieser Verfahren sind erhebliche Schwierigkeiten zu überwinden. Diese liegen hauptsächlich darin, dass die Calciumnitratlösungen mit zunehmender Konzentration infolge des Ausscheidens von festem, anhydrischem Calciumnitrat eine ganz erhebliche Zunahme der Viskosität aufweisen und bereits von ungefähr 87% an eine hochviskose, breiig-teigige Beschaffenheit annehmen, so dass sie schwer bewegliche, zähe Kristallmassen bilden, die in den üblichen Eindampfeinrichtungen nicht bis zur gewünschten Hochkonzentration entwässert werden können.
Man musste deshalb zu diesem Zweck besondere Einrichtungen verwenden, welche die Erzeugung verteuern.
Es wurde nun gefunden, dass die Viskosität der Kalksalpeterschmelzen interessanten Einflüssen unterliegt und, dass es unter ganz bestimmten Verhältnissen möglich ist, auch bei hoher Konzentration Kalksalpeterlösungen mit einer verhältnismässig niedrigen Viskosität zu erhalten. Die Viskosität dieser Lösungen ist nämlich nicht nur von der Konzentration und Temperatur derselben abhängig, sondern auch, wie gefunden wurde, von der Kristallgrösse des ausgeschiedenen anhydrischen Calciumnitrates, u. zw. steht die Viskosität im umgekehrten Verhältnis zur Grösse der ausgeschiedenen Kristalle, wie aus der nachstehenden Tabelle zu ersehen ist, der eine Verhältniszahl der Viskosität, bezogen auf hochvikoses Kompressoröl von 25 Englergraden bei 20 C gleich 1 gesetzt, zugrunde liegt.
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Korngrösse <SEP> Verhaltniszahlen <SEP> der <SEP> Viskosität <SEP> von <SEP> Kalksalpeter-
<tb> (Durch- <SEP> lösung <SEP> bei <SEP> 130'C <SEP> und <SEP> einer <SEP> Konzentration <SEP> von
<tb> messer <SEP> I <SEP> I
<tb> in <SEP> mm) <SEP> 81% <SEP> 86% <SEP> 88% <SEP> 90%
<tb> 0-03 <SEP> 0-24 <SEP> 1-3--
<tb> 0-1 <SEP> 0-13 <SEP> 0-7 <SEP> 2-1-
<tb> 0#2 <SEP> 0#06 <SEP> 0#3 <SEP> 0#9 <SEP> 2#5
<tb>
Es lässt sich also die Viskosität während des Eindampfungsprozesses dauernd verhältnismässig niedrig halten, wenn man dafür sorgt, dass die Kristallkörner beim Eindampfen entsprechend gross ausfallen, nämlich tunlichst mit einer Korngrösse von mindestens 0. 2 mm im Durchmesser.
Voraussetzung hiefür ist bekanntlich eine möglichste Beschränkung der Kristall-Keimzahl.
Nur bei einem langsam verlaufenden Wasserentzug bilden sich jedoch verhältnismässig wenig Kristallkeime und nur wenn diesen genügend Zeit gelassen wird, wachsen sie zu grösseren Körnern an. Man erhält dann einen grobkristallinen, leicht bis gut beweglichen Kristallbrei. Wird dagegen der Wasserentzug zu rasch durchgeführt, so erfolgt die Konzentration der Lösung durch die Bildung zahlreicher neuer Kristallkeime, die dauernd in feinkristalliner Form anfallen. Der zu grosse bzw. rasche Wasserentzug verhindert somit, dass die bereits vorhandenen Mikrokristalle zu grossen Körnern anwachsen. Durch die Bildung immer neuer Kristallkeime erhält man aber hochviskose pastige Lösungen bzw. einen zähen, schwerbeweglichen Kristallbrei, der in Verdampfern und Kristallisierrührwerken nicht weiter konzentriert werden kann.
Verdampfungsgeschwindigkeit und Viskosität stehen also in enger Beziehung zueinander. Der Umstand, dass die Wachstumsgeschwindigkeit der Kristalle mit höheren Temperaturen zunimmt, lässt es ferner zweckmässig erscheinen, das Eindampfen der Lauge bei höherer Temperatur, beispielsweise bei 120-1300 C, durchzuführen.
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Die Eindampftemperatur ihrerseits, hängt vom verwendeten Druck ab.
Das Wachstum der Kristalle und die Kristallgrösse lassen sich wohl mit dem Mikroskop verfolgen, können jedoch nicht zur betriebstechnischen Kontrolle des Prozesses dienen. Es wurde nun weiter gefunden, dass die Messung der Viskosität eine geeignete Grundlage für die technische Durchführung des Verfahrens bietet.
Die Messung der Viskosität inhomogener Gemische, wie sie hochkonzentrierte Kalksalpeterlösungen darstellen, ist allerdings auch mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden, insbesondere wenn die Messungen bei höheren Temperaturen und für höchstkonzentrierte Schmelzen durchgeführt werden müssen. Eingehende Versuche haben nun ergeben, dass zur Messung der Viskosität der vorliegenden Kalksalpeterschmelzen sich der Viskosimeter nach Kämpf als für die Technik am geeignetsten er-
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Messgerät wird die Zähigkeit aus der Drehgeschwindigkeit, welche ein in die Flüssigkeit tauchender, um eine feste Achse rotierender Drehkörper durch eine auf ihn wirkende konstante Kraft erhält, berechnet.
Misst man mit diesem Gerät die Viskosität verschieden konzentrierter Kalksalpeterlösungen, so ergibt sich, dass nur jene Kalksalpeterlösungen die erforderliche Beweglichkeit besitzen um in den üblichen Eindampfeinrichtungen und Kristallisierrührwerken entwässert zu werden, welche bei 1300 C und bei einer Konzentration von höchstens ungefähr 92% eine relative Viskosität der Vergleichszahl von ungefähr 5 bis 6 aufweisen.
Bei höheren Viskositäten lässt sich der Brei kaum noch bewegen bzw. umwälzen oder durchrühren. Zudem ist der Wärmeübergang im Kristallisat dann so schlecht, dass ein weiteres Verdampfen unwirtschaftlich wäre. Eine genaue Bestimmung der Viskosität mit dem verwendeten Gerät ist allerdings nur bis zu Werten von ungefähr 3 möglich, denn oberhalb dieser Grenze wirkt sich, hauptsächlich bei solchen Aufschlämmungen welche vorwiegend grobkörnige Kristalle enthalten, die Reibung des Drehkörpers an den Kristallen schon merklich aus.
Aus diesem Grunde ist es angebracht, Angaben über die verlangte Viskosität einer Kalksalpeterlösung nur auf solche Konzentrationen und Temperaturen zu beziehen, bei welchen die Viskosität eine maximale Verhältniszahl von höchstens 3 aufweisen soll.
Auf Grund der vorstehend dargelegten Erkenntnisse, besteht die vorliegende Erfindung darin, dass man beim Eindampfen der Kalksalpeterlösung in bekannten Verdampfern und
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geschwindigkeit so niedrig und gleichmässig hält, dass die entsprechend langsam ansteigende Viskosität der Schmelze bei einer Konzentration von 90% und einer Temperatur von 1300 C eine Viskosität von höchstens der Verhältniszahl 3 erreicht (hochviskoses Kompressoröl von 25 Englergraden bei 20 C gleich 1 gesetzt) und die
Schmelze während des ganzen Eindampfungsvorganges dauernd einen leicht bis gut rührbaren grobkristallinen Kristallbrei bildet und, dass man dann die so erhaltene hochkonzentrierte, ungefähr 92% ige Kalksalpeterschmelze in bekannter Weise, z.
B. durch Verspritzen in Zentrifugen oder durch Pressen durch gelochte Platten, zerteilt und unter Verfestigung in die körnige Form überführt.
Mit einer solchen Verfahrensführung ist es möglich, die Konzentration der Kalksalpeterlösungen bis zur gewünschten Endkonzentration von ungefähr 92% in den bekannten üblichen Verdampfeinrichtungen und Kristallisierrührwerken vorzunehmen. Auf diese Art kann man die Herstellung von wasserarmem Kalksalpeter in verhältnismässig einfacher und wirtschaftlicher Weise durchführen.
Der Eindampfvorgang kann so durchgeführt werden, dass man für die erste Phase desselben Verdampfer, z. B. Hochleistungsverdampfer mit Umwälzpumpen, verwendet und bis zu einer Konzentration von 86 bis 88% eindampft. Die zweite Phase des Eindampfvorganges, welche das Konzentrieren der Lauge von 86 bis 88% auf etwa 92% betrifft, wird in Kristallisierrührwerken durchgeführt. Man kann aber auch den ganzen Eindampfvorgang in Kristallisierrührwerken oder Hochleistungsverdampfern mit Umwälzpumpen vornehmen. Massgebend für dieses Eindampfen ist, dass es erfindungsgemäss gleichmässig erfolgt und dass die Viskosität nur langsam ansteigt, so dass man unterhalb der angegebenen Höchstgrenzen der Viskosität bleibt.
Die erfindungsgemäss erhaltenen hochkonzentrierten, ungefähr 92% igen Kalksalpeterschmelzen sind immer noch beweglich genug, um sie auch nach einer gewissen Abkühlung durch Verspritzen mittels einer Zentrifuge oder durch Pressen durch gelochte Platten zu zerteilen.
In Anbetracht der langsamen Erstarrunggeschwindigkeit des 92% igen Kristallbreies ist es zweckmässig, das in an sich bekannter Weise zerteilte, z. B. verspritzte, Gut mit zerkleinertem, bereits verfestigtem Material zu vermischen.
Vorteilhafterweise lässt man das verspritzte Gut auf eine bewegliche Unterlage, z. B. auf einen Vibrationsboden, fallen, auf welchem sich bereits abgekühltes, erhärtetes Material der gleichen Zusammensetzung befindet. Da das zerteilte Korn beim Aufprallen auf die Unterlage noch plastisch ist, verklebt es teilweise mit dem vorgelegten, bereits erhärteten Material und bildet teils mehr oder weniger grosse Agglomerate.
Diese hängen jedoch nur verhältnismässig lose zusammen und können nach dem Abkühlen und nach vollständiger Verfestigung unter Verwendung geeigneter Zerkleinerungsvorrichtungen leicht auf die übliche Korngrösse gebracht werden.
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Beispiel : In den mit Umwälzpumpen aus- gestatteten Verdampfern wird die Kalksalpeter- lösung (die gegebenenfalls etwa MgO enthalten kann) auf die Konzentration von ungeführ 88%
Ca (NO3) 2 gebracht. Das Eindampfen erfolgt bei ungefähr 140 C und 700 mm absoluten Druck und wird möglichst gleichmässig durchgeführt.
Die Eindampfungsgeschwindigkeit wird so ge- regelt, dass die Viskosität der Lösung nur langsam ansteigt. So besitzt die Lösung, gemessen bei
130 C, eine Viskosität (ausgedrückt in den vorstehend definierten Verhältniszahlen) von un- gefähr 0-1 bei 78. 5%, von ungefähr 0-2 bei 85% und von ungefähr 0-9 bei 88% Ca (N03) 2' Nun lässt man die Lösung in ein Kristallisierrührwerk fliessen, in welchem durch weiteres Eindampfen bei gleichem Druck und gleicher Temperatur die Konzentration des Kristallisates auf ungefähr 92% Ca (NO3) 2 gebracht wird. Die Verdampfungs- zeit beträgt in diskontinuierlichem Betrieb für das Konzentrieren von ungefähr 78 auf 92% annähernd 12t Stunden.
Die Viskosität der
Schmelze hat bei 90% eine Verhältniszahl von ungefähr 2-5, gemessen bei 130 C. Das erhaltene
Kristallisat, welches ungefähr 68% anhydrisches
Ca (N03) 2 in fester Form in Suspension enthält, wird nun in ein Kaltrührwerk abgelassen und unter Abkühlenlassen auf die Temperatur von ungefähr von 52 C gebracht. Das Kristallisat bildet dann einen dicken, eben noch fliessenden Teig.
Diese Schmelze wird zwecks Zerteilung zweckmässig durch einen gelochten Boden gepresst, bei welcher Arbeitsweise die kürzeste Verfestigungs- zeit erzielt wird. Die sich bildenden ungefähr 5 cm langen und ungefähr 2-3 mm dicken Stränge werden auf zerkleinertes, bereits verfestigtes Material der gleichen Zusammensetzung wie das Endprodukt, das sich auf einem Vibrationsboden befindet, fallengelassen. Der Raum, in welchem die Zerteilung vorgenommen wird, sowie die sich daran anschliessende Kühltrommel werden mit wasserkonditionierter, gekühlter Luft durchblasen. Hiedurch wird der anfänglich noch plastische Kristallbrei verfestigt und auf ungefähr 20 0 C abgekühlt. Das so erhaltene Produkt wird hierauf in einem geeigneten Brecher zerkleinert und auf die gewünschte Korngrösse gebracht.
Durch Aussiebung wird in bekannter Weise das Korn von Überkorn und Staub getrennt. Staub und gegebenenfalls ein Teil des Korns werden wieder auf den Vibrationsboden zurückgeführt, während das Fertigprodukt unmittelbar nach der Aussiebung abgesackt werden kann. Die Menge des zurückgeführten Staubes beträgt zweckmässig das dreieinhalbfache des frischen Materials.
Man erhält nach dem Verfahren gemäss der Erfindung einen gut streu-und lagerfähigen, ungefähr 92% igen, ungefähr 15-5% Stickstoff enthaltenden Kalksalpeter, welcher gegenüber dem wasserreicheren bzw. dem bekannten ammonnitrathaltigen Kalksalpeter des Handels eine erheblich bessere Lagerfähigkeit und Streufähigkeit aufweist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von körnigem, wasserarmem Kalksalpeter durch Eindampfen von Kalksalpeterlösungen, dadurch gekennzeichnet, dass beim Eindampfen von Kalksalpeterlösungen in bekannten Verdampfungsvorrichtungen die Verdampfungsgeschwindigkeit durch Regelung von Druck und Temperatur bei der Konzentrationssteigerung von zirka 78% bis zirka 92% derart erfolgt, dass die Viskosität der aus einer Aufschlämmung von ausgeschiedenen Kristallen aus anhydrischem Calciumnitrat in Mutterlauge bestehende Schmelze nur langsam zunimmt und bei einer Temperatur von 130 C eine Viskosität der Verhältniszahl von höchstens 3 erreicht (hochviskoses Kompressoröl von 25 Englergraden bei 20 C gleich 1 gesetzt), so dass die Schmelze dauernd einen rührbaren Brei bildet,
worauf die so erhaltene zirka 92% Calciumnitrat enthaltende Schmelze in bekannter Weise verfestigt und gekörnt wird.