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Verfahren zur Herstellung von im wesentlichen wasserfreiem Natriumcarbonat
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Natriumkarbonat durch Einwirkung von Kohlendioxyd auf Ätznatronlaugen, insbesondere solche hoher Konzentrationen, wie sie bei der Elektrolyse von Salzlösungen in modernen Quecksilberzellen erhalten werden.
Verfahren zum Karbonisieren elektrolytisch erhaltener Ätznatronlaugen sind bekannt ; diese bekannten Verfahren erfordern jedoch eine Wärmezufuhr bzw. ergeben sie Natriumbikarbonat oder aber wird bei diesen Verfahren nur ein Teil der Lauge aufgebraucht, so dass zur Isolierung des Natriumkarbonates weitere Verfahrensstufen erforderlich sind.
Es wurde nunmehr ein Verfahren gefunden, nach welchem aus konzentrierten Ätznatronlaugen, z. B. solche, die in modernen Quecksilberzellen hergestellt worden waren, Natriumkarbonat direkt und ohne Wärmezuleitung erhalten werden kann.
Ferner wurde gefunden, wie die Verfahrensstufen des Karbonisierens und die der Kristallisation oder Ausfällung physikalisch voneinander getrennt werden können. Dies ist von besonderer Bedeutung, da auf diese Weise die zwei Stufen separat in hiefür speziell geeigneten Vorrichtungen vorgenommen werden können. Bei andern Verfahren, welche die Kristallisation und Karbonisierung betreffen, wie z. B. dem Ammoniaksodaverfahren, findet die Karbonisierung und die Ausfällung in dem gleichen Gefäss statt.
Dieses Gefäss enthält viel Flüssigkeit, welche das Kristallwachstum fördern kann, wobei jedoch die Gegenwart dieser Flüssigkeit auf die karbonisierenden Gase einen beträchtlichen Gegendruck ausübt und ein kostspieliges Komprimieren des Gases erforderlich macht.
Durch Trennung der beiden Stufen kann die Kristallisation z. B. gewünschtenfalls in einem dicken Kristallbett oder in Mutterlaugen von Zusammensetzungen, welche das erforderliche Kristallwachstum besonders fördern, ausgeführt werden ; insbesondere kann die Karbonisierung in Absorptionstürmen oder ähnlichen Vorrichtungen vorgenommen werden, in welchen nur geringer Druckabfall des durchgeleiteten Gases zu verzeichnen ist. Die bei bekannten Verfahren erforderliche Zuleitung von Kohlendioxyd unter Druck erübrigt sich hiebei, so dass das erfindungsgemässe Verfahren ohne hiefür aufzuwendende Kosten ausführbar ist, wobei als billige Quelle von Kohlendioxyd Abgase eingesetzt werden können, welche zur Komprimierung gemäss bekannten Verfahren zu verwenden, nicht wirtschaftlich wäre.
Gemäss vorliegender Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung von Natriumkarbonat durch Einwirkung von Kohlendioxyd auf Ätznatronlaugen angegeben, das eine Karbonisierungsstufe vorsieht, in welcher eine aus einer Kristallisationsstufe erhaltene Mutterlauge, die weniger als 20 Gew.-% NaOH und mehr als 6 Gew.-% Na COg, vorzugsweise jedoch weniger als 12% NaOH und mehr als 14% Na2C03 enthält, bei einer über 30 C gelegenen Temperatur mit einer im wesentlichen zur Umsetzung der gesamten Natronlauge zu Natriumkarbonat hinreichenden Menge eines kohlendioxydhaltigen Gases in Reaktion gebracht wird, wonach die Kristallisationsstufe folgt, in welcher die erhaltene karbonisierte Flüssigkeit mit einer Ätznatronlauge, die zumindest 63 Gew.-% NaOH enthält, umgesetzt wird,
wobei Natriumkarbonat ausgefällt wird, welches dann in geeigneter Weise abgetrennt wird.
Zur. vollständigen Umsetzung der NaOH in der Zellenflüssigkeit zu ausgefälltem Natriumkarbonat ist es wesentlich, dass das gesamte in dem Verfahren mit der Zellenflüssigkeit und mit dem Karbonisierungsgas eingeführte Wasser sowie auch das bei der Reaktion zwischen NaOH und CO2 unter Bildung vonNa2C03 gebildete Wasser verdampft wird. Um dies in möglichst zweckmässiger Weise, ohne zusätzliche Wärme zuleiten zu müssen, zu erreichen, soll die Zellenflüssigkeit zumindest 63 Gew.-% NaOH enthalten. Die Reaktionswärme genügt, um das vorhandene Wasser zum Verdampfen zu bringen. Die Reaktionswärme wird zum Teil in dem Kristallisationsgefäss in Form von Verdünnungs- und Kristallisationswärme und zum Teil als Karbonisierungswärme der Flüssigkeit in dem Karbonisierungsgefäss freigesetzt.
Wasser wird aus dem Karbonisierungsgefäss, in welchem es verdampft, leicht entfernt ; es wird mit den inerten Komponenten des Abgases abgeleitet. Wenn das gesamte Wasser bei dieser Verfahrensstufe entfernt wird, werden in dem oberen Teil des Karbonisators Verunreinigungen durch Karbonatkomplexverbindungen auftreten, wobei die Flüssigkeit in dem unteren Teil nicht gesättigt ist. Solche Verunreinigungen können entfernt werden, indem zwei Karbonisatoren in Serie verwendet werden und jeder ab-
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wechselnd als oberer bzw. unterer Teil des Systems eingesetzt wird. Die gebildeten Verunreinigungen, die entstehen, wenn der Karbonisator als oberer Teil eingesetzt wird, werden entfernt, wenn derselbe dann als unterer Teil des Systems verwendet wird.
Nach einer andern Verfahrensweise kann die Bildung solcher Verunreinigungen vermieden werden, indem ein Teil des Wassers in einem Vakuumkristallisator entfernt wird. Hiebei erhält man eine kalte Flüssigkeit, die in den Karbonisator rückgeleitet wird. Sobald diese Flüssigkeit in den Karbonisator gelangt, wird in dem aufsteigenden Gas befindlicher Wasserdampf in dieser kondensieren und die hiedurch bewirkte Verdünnung eine Niederschlagsbildung verhindern.
Eine andere Verfahrensvariante besteht darin, eine konzentrierte Natronlauge, z. B. die stärkste, welche in Quecksilberzellen hergestellt werden kann, einzusetzen. Auf diese Weise wird dem System weniger Wasser zugeführt, als gemäss der vorgeschriebenen Minimumkonzentration von 63% vorgesehen ist. Der Differenzbetrag wird der in den Karbonisator gelangenden Flüssigkeit zwecks Verdünnung zugesetzt.
Die Kristallisation findet bei Temperaturen zwischen 8 und 108 C, vorzugsweise zwischen ungefähr 50 und 80 C in einem oder mehreren Gefässen statt. Werden mehrere Gefässe verwendet, braucht nur ein Teil einer oder beider Reaktionskomponenten dem ersten Gefäss zugesetzt werden. Wenn zwecks Verhinderung der Bildung von Verunreinigungen in dem Karbonisator Wasserdampf während der Kristallisation durch Verdampfen im Vakuum entfernt wird, muss nur das letzte Kristallisiergefäss ein Vakuumkristallisator sein.
Um die Temperatur der den Karbonisator verlassenden Flüssigkeit auf den bei deren Einführung in die Kristallisiergefässe gewünschten Wert bringen zu können, muss das in den Karbonisator gelangende Gas einen geeigneten Taupunkt aufweisen. Wenn gewünscht wird, dass die aus dem Karbonisator austretende Flüssigkeit eine hohe Temperatur aufweist, kann es erforderlich sein, dass der Taupunkt des Gases höher liegt als der des Abgases. In diesem Fall muss das Gas, bevor es in den Karbonisator gelangt, mit Wasserdampf angereichert und der Wärmewert des Wasserdampfes, wenn das Gas den Karbonisator verlässt, ausgenützt werden. Dies wird in einfacher Weise erreicht, indem man das den Karbonisator verlassende Gas einen zirkulierenden Wasserstrom aufwärmen lässt und das heisse Wasser zur Wasseranreicherung des zu den Karbonisator strömenden Gases verwendet wird.
Bei der Herstellung von wasserfreiem Natriumkarbonat gemäss vorliegender Erfindung kann die aus dem Karbonisator austretende Flüssigkeit in zwei Teile geteilt werden. Der erste Teil wird in dem Kristallisationssystem mit der Zellenflüssigkeit, die zumindest 63% NaOH enthält, vermischt, wobei die Verdünnungswärme des letzteren die Temperatur des Gemisches auf ungefähr 900 C ansteigen lässt, was hinreicht, ungefähr 75% der Gesamtmenge an vorhandenem Na20 in Form von wasserfreiem Natriumkarbonat auszufällen. Das Natriumkarbonat wird abgetrennt und die Mutterlauge mit dem zweiten Teil der karbonisierten Flüssigkeit vermischt, wobei Natriumkarbonatmonohydrat ausgefällt wird.
Dieses Monohydrat wird entweder in das Kristallisiergefäss, in welchem der erste Teil der karbonisierten Flüssigkeit mit einer zumindest 63% NaOH enthaltenden Flüssigkeit vermischt wird, oder, wenn gewünscht, in ein zweites den Rückstand (magma) aus dem Kristallisiergefäss enthaltendes Gefäss gebracht und zu Natriumkarbonat umgesetzt. Das Monohydrat kann gewünschtenfalls auch in anderer Weise in das wasserfreie Natriumkarbonat übergeführt werden, z. B. durch Umsetzung mit konzentrierter Natronlauge in einem separaten System.
Wie bereits beschrieben, können die Endstufen der Kristallisation unter vermindertem Druck ausgeführt werden und so eine kältere Mutterlauge erhalten werden, die bei Eintritt in den Karbonisator durch Kondensation von Wasserdampf verdünnt werden wird, wodurch eine Übersättigung und hiedurch die Bildung von Karbonatkomplexverbindungen verhindert wird.
Beispiel :
EMI2.1
bestehend aus 342 kg, wird direkt in den Hauptkristallisator gebracht, in welchem er mit 123 kg einer 65% NaOH enthaltenden Lauge von ebenfalls 68, 60 C vermischt wird. Die Verdünnungswärme des letzteren lässt die Temperatur des Gemisches auf 95 C ansteigen, wobei 81 kg Natriumkarbonat als Rückstand (magma) ausgefällt werden, die in geeigneter Weise isoliert werden ; es bleiben 384 kg Mutterlauge zurück, die 80 kg NaOH und 22 kg Na2C03 enthält.
Die 384 kg Mutterlauge werden dann in einem zweiten Kristallisator mit dem zweiten Teil der karbonisierten Flüssigkeit vermischt, bestehend aus 345 kg, wobei 29, 2 kg Natriumkarbonatmonohydrat ausgefällt werden und 695 kg Mutterlauge zurückbleiben, die eine Temperatur von 8l, Io C aufweist und 101 kg Na2C03 und 80, 0 kg NaOH enthält. Diese Mutterlauge kann ohne weiteres in der Karbonisierungskolonne eingesetzt werden.
Die 29, 7 kg Natriumkarbonatmonohydrat werden in den Hauptkristallisator oder, wenn gewünscht, in ein zweites, den Rückstand (magma) aus dem Hauptkristallisator enthaltendes Gefäss gebracht, wo sie zu 25, 4 kg Natriumkarbonat umgesetzt werden.