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Verfahren zur Herstellung reinen Aluminiumammoniumalauns
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von reinem Aluminiumammoniumalaun.
Für bestimmte Zwecke wird Aluminiumalaun mit hoher Reinheit angewendet. Z. B. ist für die Herstellung von Aluminiumoxyd für synthetische Steine (Mollokorundum) ein Aluminiumammoniumalaun er- forderlich, der keine Schwermetall-Verbindungen, wie z. B. solche von Blei, Kupfer, Zinn usw., enthält. Diese Metalle, die im Rohmaterial enthalten sind oder aus der Apparatur, in der Aluminiumam- moniumalaun hergestellt wird, stammen können, verunreinigen immer das technische Produkt.
Zur Zeit werden einige Verfahren zur Herstellung reinen Aluminiumammoniumalaur1s angewendet, von denen eines auf der Herstellung von Aluminiumammoniumalaun aus sehr reinen Rohstoffen beruht.
Bei diesem Verfahren wird das mittels einer Hydrolyse des Sodaaluminats nach Bayer'schem Verfahren erhaltene Aluminiumhydroxyd in reiner nach Kontaktverfahren erzeugter Schwefelsäure gelöst, hierauf chemisch reines Ammoniumsulfat zugefügt und die Losung zum Auskristallisieren des Alauns stehen gelassen. Aus der Praxis ist jedoch Dekannt, dass sowohl das Aluminiumhydroxyd als auch die Schwefelsäure stets geringe Mengen von Eisensalz enthält, welches den auskristallisierten Alaun verunreinigt. Dieses Verfahren ist ausserdem wegen der Verwendung sehr reiner Ausgangsstoffe kostspielig.
Ein zweites in der Industrie angewendetes Verfahren zur Herstellung reinen Aluminiumammoniumalauns beruht auf mehrfachem Kristallisieren von technischem Alaun. Da diese Kristallisierung vierfach durchgeführt wird und die Ausbeute aus jeder dieser Kristallisierungeu zirka toto beträgt, beträgt die gesamte Ausbeute kaum 251o der Ausgangsstoffe. (Bei diesem Verfahren ist die Rückführung der Mutterlauge in den Kreislauf mit Rücksicht auf die in ihr angesammelten Verunreinigungen nicht üblich.) Dieses Verfahren ist kostspielig, und man erhält wegen Isomorphie des Aluminiumammoniumalauns und anderer Alaune kein von Eisen vollständig gereinigtes Erzeugnis.
Die vorstehend angeführten Mängel und Schwierigkeiten zeigen deutlich, dass keines von den bereits erwähnten Verfahren als gute technologische Lösung angesehen werden kann.
In der technischen Literatur sowie in der franz. Patentschrift Nr. 11. 448, den deutschen Patentschriften Nr. 11137 und Nr. 14185, den USA-Patentschriften Nr. l, 070,300, Nr. l, 252,648 und Nr. 225,300 sowie der brit. Patentschrift Nr. 139,470 sind zahlreiche Verfahren zu finden, die zum Ausfällen von Eisen-, Kupfer-, Blei u. dgl. Verbindungen aus Aluminiumsalzen chemische Reaktanten verwenden. Als Reaktanten, die die Verunreinigungen in Form von nichtlöslichen Verbindungen ausfällen, werden insbesondere Eisen (II)- und Eisen (1lI) - zyanverbindungen sowie Hydroxyde oder Sulfide vorgeschlagen.
In der Praxis jedoch hat dieses Verfahren vollständig fehlgeschlagen, denn Eisen (II)-und Eisen (III)-zyanverbindungen sowie Sulfide und Hydroxyde von Schwermetallen werden in kolloidaler Form ausgefällt. Das Abtrennen der erhaltenen Suspension von der Lösung ist unmöglich, weil die Kolloide alle in der Industrie verwende- tettFiltertücher durchdringen. Daher hat das Verfahren des Ausfällens von Schwermetallsalzen aus Aluminiumsalzen, in der Technik keine Anwendung gefunden.
Es wurde nun gefunden, dass man diese Schwierigkeiten überwinden kann, wenn man gemäss der Er- findung als Ausgangsrohstoff billiges technisches, aus Aluminiumsilikaten (z. B. aus Ton) hergestelltes Aluminiumsulfat anwendet, welches eine geringe Menge feinkörniges Siliciumdioxyd von etwa kolloidaler Teilchengrösse enthält, wobei diese Menge mindestens so gross sein muss, dass nach Zugabe von Ammoniumsulfat zwecks Erhaltens von Alaun die Menge an Si02 in der Lösung mindestens 0,003 Gew. -'10
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beträgt, und dann zu der Lösung dieses technischen Aluminium- und Ammoniumsulfates eine Lösung von
Ammoniumsulfid in einer mindestens theoretisch zum Ausfällen der Schwermetallverbindungen notwendi- gen Menge zugefügt.
Unter solchen Bedingungen erfolgt eine vollständige Reduktion des als Verunreini- gung vorhandenen Eisen (III)-sulfats zu Eisen (ll)-sulfat, eine partielle Oxydation der Sulfidionen zu koli loidem Schwefel und ein gleichzeitiges Ausfällen der Schwermetallsulfide. Bei diesem erfindungsgemä- ssen Verfahren erfolgt wegen der Anwesenheit kleiner Mengen von Siliciumoxyd eine Koagulation der
Suspension. Es bilden sich grosse Suspensionsteilchen, die ohne Schwierigkeiten abfiltriertoder auf eine an- dere bekannte Weise von der Alaunlösung abgetrennt werden können. Die Alaunlösung wird nach dem Ab- trennen der ausgefällten Suspension der Kristallisation überlassen.
Zu bemerken ist, dass eine vollständi- ge Reduktion des dreiwertigen Eisens zum zweiwertigen eine ebenfalls wesentliche Voraussetzung zur Her- stellung reinen Aluminiumammoniumalauns ist, weil das Eisen in Gegenwart von Verbindungen dreiwer- tigen Eisens im Netz der Alaunkristalle verbleibt und das Erzeugnis verunreinigt.
Bei dem Verfahren nach der Erfindung vollzieht sich die Koagulation der Suspension sowohl im Falle
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sulfat bestehenden Lösung, als auch aus einer Lösung von niit Siliciumdioxyd verunreinigten, verschmolzenen Alaunkristallen.
Durch das Verfahren gemäss der Erfindung kann man reinen Aluminiumammoniumalaun auch aus technischem Aluminiumammoniumalaun, welcher kein Siliciumdioxyd oder eine nicht genügende Menge desselben enthält, herstellen, sofern gemäss der Erfindung zu der Lösung dieses Alauns feinkörniges Siliciumdioxyd in einer Menge von wenigstens 0,003 Gew.-o SiO und danach Ammoniumsulfid zugefügt wird, wonach die ausgefällten Verunreinigungen von der Lösung abgetrennt werden.
Beispiel : Durch Lösen von 20 kg technischen, 14, 3% AlzO : enthaltenden Aluminiumsulfats in Wasser erhält man eine Lösung von 50 1. Die Lösung enthielt in einem Liter 0,34 g Siliciumdioxyd (SiO) in Form einer feinen Suspension. Die Six-Suspension stammte aus dem als Rohstoff zur Herstellung technischen Aluminiumsulfats verwendeten Ton. Zu der Lösung wurden 3, 8 kg technischen Aluminiumsulfats zugefügt.
Die Analyse ergab, dass die hergestellte Aluminiumammoniumalaun-Lösung in einem Liter folgende Bestandteile enthielt :
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<tb>
<tb> 2,46 <SEP> g <SEP> Eisen <SEP> (III)-sulfat <SEP> (Fe <SEP> /SO/S)
<tb> 0, <SEP> 22 <SEP> g <SEP> Kupfer <SEP> (II)-sulfat <SEP> (CuSO <SEP> )
<tb> 0, <SEP> 18 <SEP> g <SEP> Blei <SEP> (II)-sulfat <SEP> (PbSC <SEP> )
<tb> 0, <SEP> 03 <SEP> g <SEP> Mangan <SEP> (n)-sulfat <SEP> (MnSO) <SEP>
<tb> 0,02 <SEP> g <SEP> Zinksulfat <SEP> (ZnSC)
<tb>
Die Lösung ist in zwei gleiche Teile geteilt worden.
a) Zum ersten Teil der Lösung fugte man eine 0, 2 1 enthaltende Ammoniumsulfid-Lösung, die durch Absättigung verdichteten Ammoniakwassers mitschwefelwasserstoff hergestelltwurde. Unter intensivem Rühren der Flüssigkeit wurde eine Stunde lang bei einer Temperatur von 820 C in einem dicht verschlossenen Behälter die Reaktion durchgeführt. Die Lösung wurde dann in einer angewärmten Filterpresse mittels eines Tuches, auf welchem Filterpapier aufgelegt war, filtriert. Das Filtratwurde unter langsamem Rühren bis auf eine Tem- peratur von 240 C abgekühlt. Der isolierte kristalline Alaun wurde mittels einer Zentrifuge von dem Rest der Lösung abgetrennt und mit2 1kalten Wassers gewaschen.
Man erhielt9, 72kg praktisch reinen Aluminiumammoniumalaun, was einer Ausbeute vom 6% bezogen auf die verwendete Aluminiumsulfatmenge entspricht.
Die hergestellten Alaunkristalle waren schneeweiss und enthielten :
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<tb>
<tb> Fe <SEP> : <SEP> dem <SEP> Gewicht <SEP> nach <SEP> 2, <SEP> 10 <SEP> %
<tb> Cu <SEP> : <SEP> ".. <SEP> n <SEP> 4, <SEP> 10 <SEP> -6 <SEP> 0/0 <SEP>
<tb> Pb <SEP> : <SEP> nicht <SEP> vorgefunden
<tb> Zn <SEP> : <SEP> nicht <SEP> vorgefunden
<tb> Mn <SEP> : <SEP> nicht <SEP> vorgefunden
<tb>
Das erhaltene Produkt ist also praktisch rein. b) Um festzustellen ob das inForm einer feinen Suspension im Aluminiumsulfat enthaltene Siliciumdioxyd für das Entfernen der Verunreinigungen (Schwermetalle) von wesentlicher Bedeutung ist, wurde der
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zweite Teil der Lösung vor der Raffination einer sehr genauen, mittels Tuch und Filterpapier in einer Filterpresse durchgeführten Filtration unterzogen.
Das erhaltene vollständige klare Filtrat, frei von Siliciumdioxyd, wurde nach demselben Verfahren wie der erste Teil der Lösung raffiniert. Man erhielt fast genau dieselbe Gewichtsmenge von Aluminiumammoniumalaun-Kristallen, nämlich 9,64 kg, was einer Ausbeute von 75, 90/0 entspricht.
Der Alaun hatte eine graue Farbe und enthielt :
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<tb>
<tb> Fe <SEP> : <SEP> dem <SEP> Gewicht <SEP> nach <SEP> 7, <SEP> 5. <SEP> 10 <SEP> -40/0 <SEP>
<tb> Cu <SEP> :"""3, <SEP> 2. <SEP> 10'5o <SEP>
<tb> Pb <SEP> : <SEP> " <SEP> " <SEP> " <SEP> 4.10-3%
<tb> Mns <SEP> " <SEP> " <SEP> " <SEP> 1, <SEP> 2. <SEP> 10 <SEP> -40/0 <SEP>
<tb> Zn <SEP> : <SEP> nicht <SEP> vorgefunden
<tb>
Aus dem Analysenvergleich der Proben a) und b) ist ersichtlich, dass das Ausfällen der Schwermetallverbindungen aus der Alaunlösung unter Mitwirkung der Siliciumdioxyd-Suspension zur Herstellung praktisch reinen Alauns führt, was man beim Raffinationsverfahren ohne Siliciumdioxyd nicht erreichen kann.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung reinen Aluminiumammoniumalauns, dadurch gekennzeichnet, dass einer wässerigen Lösung von technischem Aluminiumsulfat Ammoniumsulfat zugefügt wird, wobei das eingesetzte Aluminiumsulfat eine solche Menge feinkörniges Siliciumdioxyd enthält, dass nach der Zugabe des Ammoniumsulfats der Gehalt an suspendiertem SiO2 in der Lösung mindestens u, 003 Gew.-% beträgt,worauf der Aluminiumsulfat-Ammoniumsulfat-Lösung eine Ammoniumsulfidlösung in einer Menge die mindestens der theoretisch zur Ausfällung der den Alaun verunreinigenden Schwermetallverbindungen erforderlichen Menge entspricht, zugesetzt wird und anschliessend die Lösung nach Abtrennung der ausgefällten und koagulierten Verunreinigungen der Kristallisation überlassen wird.