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Verfahren zur Herstellung von Aluminiumhydroxyd und
Kaliumsulfat aus Kalialaun
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Aluminiumhydroxyd und Kaliumsulfat aus Kalialaun, wobei aus wässeriger Kalialaunlösung durch Zugabe von insbesondere frischgefälltem Aluminiumhydroxyd basisches Aluminiumsulfat ausgefällt wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren löst die Aufgabe, aus Kalialaun, der aus in der Natur weit verbrei-
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Verbindungen auf einfache Weise und in reiner Form herzustellen, wobei sich bedeutsame technische und wirtschaftliche Vorteile ergeben.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass für die Ausfällung ein Molverhältnis von Kalialaun zu Aluminiumhydroxyd von l : l bis 1 : 2 gewählt, der End-pH-Wert des Reaktionsmediums zwischen 4,2 und 3,8 und die Temperatur zwischen 50 und 850C gehalten wird, dass das ausgefällte basische Aluminiumsulfat vorzugsweise durch Filtration und nachfolgendes Auswaschen von der Kaliumsulfatlösung getrennt und in an sich bekannter Weise in Aluminiumhydroxyd umgewandelt wird.
Auf diese Weise wird eine leichte und glatte Trennung des Kaliumsulfates vom Aluminiumsulfat erzielt, ohne dass dabei auf Substanzen zurückgegriffen wird, die Fremdionen einführen. Ausserdem löst die Möglichkeit, das für die Ausfällung zunächst benötigte Aluminiumhydrat unmittelbar aus dem im Verfahrensgang erhaltenen basischen Aluminiumsulfat zu gewinnen, auf einfache und billige Weise das Problem, ein Aluminiumhydrat in der am besten geeigneten Form für einen optimalen Verlauf der Ausfällungsreaktion zur Verfügung zu haben, die besonders hinsichtlich des physikalischen Zustandes eines solchen Hydrates besonders empfindlich ist.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens wird der Prozess im Kreislauf geführt, wobei die anfallende Kaliumsulfatlösung zur Auflösung des Kalialauns und ein Teil, vorzugsweise die Hälfte bis etwa 2/3 des erhaltenen Aluminiumhydroxyds zur Ausfällung von weiterem basischem Aluminiumsulfat verwendet wird.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Ausfällung des basischen Aluminiumsulfates bei einer Temperatu5 zwischen 75 und 850C vorzunehmen.
Bei der Ausführung des Verfahrens im Kreislauf kann ein Teil der Kaliumsulfatlösung, sobald die Konzentration dieser Lösung den Sättigungsgrad annähernd erreicht hat, aus dem Kreislauf abgezogen und durch Frischwasser ersetzt werden, worauf die abgezogene Lösung zur Ausfällung des darin noch vorhandenen Anteiles an neutralem Aluminiumsulfat mit Aluminiumhydroxyd versetzt, die Fällung abgetrennt und die verbleibende reine Kaliumsulfatlösung zur Kristallisation gebracht wird. Durch den Rücklauf bzw.
Kreislauf des Kaliumsulfates erhöht sich ausserdem die gesamte Ausbeute des Verfahrens, wobei überdies eine Rückgewinnung eines grossen Teiles des neutralen Aluminiumsulfates bewirkt wird, das sich der Ausfällungsreaktion mit dem Aluminiumhydroxyd entzieht und demgemäss zunächst in der Kaliumsulfatlösung verbleibt.
Bei der praktischen Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens geht man zweckmässig von einer Lösung von praktisch reinem Kalialaun in Wasser bzw. einer aus einem vorhergehenden Verfahrensgang stammenden Kaliumsulfatlösung aus. Diese Auflösung des Alauns wird praktisch bei einer optimalen
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Temperatur zwischen 50 und 800C durchgeführt ; so ist es möglich, die Kaliumsulfatlösungen mehrmals, z. B. zumindest vier-oder fünfmal, zurückzuführen.
Die auf diese Weise erhaltene Kalialaunlösung weist einen pH-Wert von etwa 3, 2 auf. Ihr wird sodann frisch zubereitetes Aluminiumhydrat zugesetzt, das zweckmässigerweise-wie bereits gesagt-aus einem Teil, vorzugsweise aus der Hälfte bis zu 2/3 des vorher erhaltenen basischen Aluminiumsulfates gewonnen werden kann.
Das Verhältnis zwischen dem im gelösten Alaun enthaltenen Aluminium und dem im zugesetzten Aluminiumhydroxyd enthaltenen Aluminium soll mindestens 1 : 1 sein, um die erforderlichen Bedingungen für die Bildung eines leicht abscheidbarenbasischen Aluminiumsulfates zu schaffen und gute Ausbeuten zu erreichen.
Die Ausfällung im Bereich von PH zwischen 3,8 und 4, 2 bietet zugleich den Vorteil, auch dann zu einem von Eisen praktisch freien basischen Aluminiumsulfat zu kommen, wenn in der Alaunlösung etwas Eisen, das z. B. aus Mineralien mit eisenhältiger Gangart stammt, enthalten ist, da bei den obigen Bedingungen das Eisen nicht ausfällt. Man spart dadurch auch den Kostenaufwand der ansonsten dem Verfahrensgang vorhergehenden Reinigung des Alauns vom Eisen. Ausserdem vermindert sich dabei die Reak- tionszeit, und die Ausbeute wird bemerkenswert verbessert.
Wenn man ein von Kaliumsulfat praktisch freies basisches Aluminiumsulfat erhalten will, suspendiert man das basische Aluminiumsulfat bei 500C in Wasser, das mit Schwefelsäure bis zu einem PH von 2, 8 bis 3 angesäuert ist ; man schüttelt bzw. rührt es 1 h lang, dann filtriert man es und spült es reichlich mit kaltem Wasser. Die kleinen durch dieses Spülen verursachten Verluste werden durch die Reinheit des so erhaltenen Aluminiumsulfates reichlich ausgeglichen.
Auf Grund der Analyse der Produkte müsste man schliessen, dass das durch Reaktion des Aluminiumhydrates mit der Lösung des Alauns erhaltene basische Aluminiumsulfat durch die Formel Al (SO). 2 AI (OH) bestimmt ist, doch hat dies jedenfalls keinen beschränkenden Wert.
Zur beispielsweisen Erläuterung des erfindungsgemässen Verfahrens werden nachstehend zwei Serien von Versuchen wiedergegeben. In der die Beispiele 1-5 umfassenden ersten Serie wurde der Fall in Betracht gezogen, dass man mit einem Molverhältnis von Kalialaun zu Aluminiumhydroxyd von 1 : 2 arbeitet. Wie sich daraus ergibt, erhält man nach vier Rückläufen (oder fünf Durchgängen) eine Ausbeute von 97, 320/0. Arbeitet man dagegen mit einem Verhältnis von 1 : 1 und führt man am Schluss von fünf Kreisläufen eine Wiedergewinnungsoperation durch (Beispiele 6-11), so steigt die Ausbeute bis auf 98, 84% an.
1. Versuchsreihe :
Beispiel 1 : 50 kg Kalialaun (entsprechend 8, 52 kg KSO und 5 kg Al203) werden in 250 kg Wasser bei einer Temperatur von zirka 800C gelöst. Der so erhaltenen Lösung, die einen PH-Wert von 3, 20 aufweist, werden unter Rühren 38, 22kg Aluminiumhydroxyd (gleich 10kg ALOg) zugefügt. Man fährt fort zu rühren und hält die Temperatur ungefähr 2 h lang bei 800C bis zur Vollendung der Reaktion ; am Ende
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(enthaltend 8, 52 kg K2SO4, 273,45 kg Wasser und 0, 43 kg neutrales lösliches Aluminiumsulfatentspre- chend 0, kg Al203) abgetrennt wird.
Die Ausbeute beträgt 97,40gO basisches Aluminiumsulfat, von diesem sind 35, 52 kg (entsprechend 10 kg Al203) für die Herstellung von zur Fällung benötigtem Aluminiumhydroxyd bestimmt.
Beispiel 2 : 50kg Alaun werden bei einer Temperatur von 800C in der Kaliumsulfatlösung gelöst, die von der im Beispiel 1 beschriebenen Operation stammt und 8, 52 kg K2SO4 und 273, 45 kg H20 enthält, wobei eine Lösung vom PH 3,20 erhalten wird ; man fügt dann unter Rühren 35, 09 kg Aluminiumhydroxyd hinzu und rührt 2 h lang bei 800C weiter ; der PH-Wert ist dann 3,90. Das basische Aluminiumsulfat, u. zw. 52,17 kg (entsprechend 14, 90 kg Al203), wird dann filtriert und entfernt, während die 5,63 gew.-%ige Lösung von Kaliumsulfat (die 17, 04 kg Kaliumsulfat, 285,51 kg H20 und 0, 76 kg neutrales lösliches Aluminiumsulfat, entsprechend 0, 23 kg AI Og enthält) für den folgenden Rücklauf verwendet wird.
Von dem basischen Aluminiumsulfat werden 35,01 kg in Aluminiumhydroxyd umgewandelt, die im Kreislauf für die nächste Ausfällungsreaktion zu verwenden sind. Die Ausbeute beträgt 98, 00iso.
Beispiel 3 : Nun werden 50 kg Alaun in der von Beispiel 2 stammenden Kaliumsulfatlösung (enthaltend 285, 51 kg Wasser und 17, 04 kg Kaliumsulfat) gelöst, u. zw. bei einem pH-Wert von 3, 20 ; dann werden 39, 34 kg Aluminiumhydroxyd zugefügt und man rührt 2 h bei 800 ; am Ende der Operation beträgt der pH-Wert 4.
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Die <SEP> Filtration <SEP> ergibt <SEP> : <SEP>
<tb> K2SO4 <SEP> in <SEP> der <SEP> Lösung, <SEP> die <SEP> man <SEP> rücklaufen <SEP> lässt <SEP> 25, <SEP> 56 <SEP> kg
<tb> Wasser <SEP> in <SEP> der <SEP> rücklaufenden <SEP> K <SEP> SO-Lösung <SEP> 299, <SEP> 28 <SEP> kg
<tb> Al2(SO4)3 <SEP> in <SEP> Lösung <SEP> 1,42 <SEP> kg <SEP> (0, <SEP> 43 <SEP> kg <SEP> Alp <SEP> 03) <SEP>
<tb> gesamtes <SEP> basisches <SEP> Aluminiumsulfat <SEP> 53, <SEP> 38 <SEP> kg <SEP> (14, <SEP> 80 <SEP> kg <SEP> ALOg)
<tb> basisches <SEP> Aluminiumsulfat, <SEP> welches <SEP> zurückgeführt <SEP> wird <SEP> 36, <SEP> 06 <SEP> kg <SEP> (10 <SEP> kg <SEP> Al <SEP> 0 <SEP>
<tb> Ausbeute <SEP> der <SEP> Fällung <SEP> 96, <SEP> ooth
<tb> Konzentration <SEP> der <SEP> K2SO4-Lösung <SEP> 7,86 <SEP> Gew. <SEP> -%
<tb>
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4 :
Weitere 5035, 39 kg Aluminiumhydroxyd hinzu und rührt 2 h bei 800C ; der PH-Wert ist am Ende der Operation 3, 90.
'-Nach dem Filtrieren ergeben sich :
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<tb>
<tb> K2SO4 <SEP> in <SEP> der <SEP> Lösung, <SEP> die <SEP> man <SEP> zurücklaufen <SEP> lässt <SEP> 34,08 <SEP> kg
<tb> rücklaufendes <SEP> Wasser <SEP> der <SEP> K2SO4-Lösung <SEP> 318,70 <SEP> kg
<tb> neutrales <SEP> Aluminiumsulfat <SEP> in <SEP> der <SEP> rücklaufenden <SEP> Lösung <SEP> 1, <SEP> 85 <SEP> kg <SEP> (0, <SEP> 56 <SEP> kg <SEP> Al203)
<tb> gesamtes <SEP> basisches <SEP> Aluminiumsulfat <SEP> 55, <SEP> 42 <SEP> kg <SEP> (14, <SEP> 87 <SEP> kg <SEP> AI03)
<tb> rücklaufendes <SEP> basisches <SEP> Aluminiumsulfat <SEP> 37, <SEP> 26 <SEP> kg <SEP> (10 <SEP> kg <SEP> Al2O3)
<tb> Ausbeute <SEP> der <SEP> Fällung <SEP> 97,40%
<tb> Konzentration <SEP> der <SEP> K2SO4-Lösung <SEP> 9,65 <SEP> Gew. <SEP> -%
<tb>
Beispiel 5 :
50 kg Alaun werden in der von der vierten Operation stammenden rücklaufenden Kaliumsulfatlösung, die 318,70 kg Wasser und 34, 08kg K2SO4 enthält, bei 80 C gelöst ; der pH-Wert der Lö- sung ist 3, 30. 42, 09 kg Aluminiumhydroxyd werden hinzugefügt, und man rührt 2 h bei 80 C, bis schliesslich der Lösungs-pH-Wert 4 erreicht. Man filtriert das gebildete basische Aluminiumsulfat ab und erhält davon 56,68 kg (14,89 kg Al2O3), wovon 38,06 kg zur Herstellung von Aluminiumhydroxyd für den Rücklauf (entsprechend 10 kg Al2O3) vorgesehen sind. In dem Filtrat, das auf 10,94 Gew.-% K2SO4 konzentriert wurde, sind 42,60 kg K2SO4 und 2, 21 kg neutrales Aluminiumsulfat (entsprechend 0, 67 kg Al203) gelöst enthalten.
Die Lösung wird konzentriert (zu verdampfendes Wasser : 346,72 kg) und das Kaliumsulfat zur Kristallisation gebracht.
Ausbeute der Fällung : 97, 80%.
2. Versuchsreihe :
Beispiel 6: 50 kg Alaun (entsprechend 8,52 kg K2SO4, 5 kg Al2O3) werden in 250 kg H2O bei 80 C gelöst, der pH-Wert der Lösung beträgt 3, 20 ; man fügt 19, 64 kg Aluminiumhydroxyd (5 kg Al2O3) hinzu
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;Beispiel 7 : Man arbeitet ähnlich wie in den vorhergehenden Beispielen, indem man 50 kg Alaun in der Rücklauflösung auflöst, die Kaliumsulfat (8, 52 kg) und Wasser (248, 96 kg) enthält. Man fügt 19, 04 kg Aluminiumhydroxyd (5 kg Al2O3) bei 800C und PH = 3, 20 hinzu und rührt 4 h lang bei derselben Temperatur bis zu einem End-PH von 4, 20. Man filtriert dann und trennt dabei das basische Aluminium-
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kgKS0, 256, 78 kg Wasser und 5, 03 kg neutrales AI.
(SO4), (entsprechend 1,50 kg Ail203) enthält, und die für den Kreislauf bestimmt ist, ab. Ein Teil, u. zw. 17, 28 kg (entsprechend 5 kg Al203), des basischen Aluminiumsulfates ist nach der Umwandlung zum Hydroxyd für die folgende Ausfällung bestimmt.
Ausbeute der Ausfällung : 86, 00%, Bei spi el 8 : Weitere 50 kg Alaun werden in der rückgelaufenen K2SO4-Lösung gelöst, die 256, 78 kg Wasser und 17, Ó4 kg Kaliumsulfat enthält, mit 50 l Wasser als Ersatz des verdampften Wassers versetzt und bei 800C und einem Lösungs-pH von 3, 20 mit 20,72 kg Aluminiumhydroxyd (gleich 5 kg Al2O3) versetzt, man rührt 4 h bei 80 C ; der PH erreicht dabei einen Endwert von 4, 10.
Nach dem Filtrieren ergeben sich :
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<tb>
<tb> Kaliumsulfat <SEP> in <SEP> der <SEP> Lösung, <SEP> die <SEP> man <SEP> zurücklaufen <SEP> lässt <SEP> 25, <SEP> 56 <SEP> kg
<tb> Wasser <SEP> in <SEP> der <SEP> rücklaufenden <SEP> K2SO4-Lösung <SEP> 319, <SEP> 28 <SEP> kg
<tb> neutrales <SEP> Aluminiumsulfat <SEP> in <SEP> der <SEP> rücklaufenden <SEP> Lösung <SEP> 7, <SEP> 54 <SEP> kg <SEP> (entsprechend <SEP> 2, <SEP> 25 <SEP> kg
<tb> A10)
<tb> 2 <SEP> 3.
<tb>
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<tb>
<tb> gesamtes <SEP> basisches <SEP> Aluminiumsulfat <SEP> 31,19 <SEP> kg <SEP> (entsprechend <SEP> 9, <SEP> 25 <SEP> kg <SEP> Al203)
<tb> basisches <SEP> Aluminiumsulfat <SEP> für <SEP> den <SEP> Rücklauf <SEP> 16,85 <SEP> kg <SEP> (entsprechend <SEP> 5 <SEP> kg <SEP> Al2O3)
<tb> Ausbeute <SEP> der <SEP> Ausfällung <SEP> :
<SEP> 85, <SEP> O <SEP> <SEP> o <SEP>
<tb> Konzentration <SEP> der <SEP> K2SO4-Lösung <SEP> 7,41 <SEP> Gew.-%
<tb>
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Nach dem Filtrieren ergeben sich :
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<tb>
<tb> KSO <SEP> in <SEP> der <SEP> Lösung, <SEP> die <SEP> man <SEP> zurücklaufen <SEP> lässt <SEP> 34, <SEP> 08 <SEP> kg
<tb> Wasser <SEP> in <SEP> der <SEP> rücklaufenden <SEP> K2SO4-Lösung <SEP> 379, <SEP> 52 <SEP> kg
<tb> neutrales <SEP> Aluminiumsulfat <SEP> in <SEP> der <SEP> rücklaufenden <SEP> Lösung <SEP> 9, <SEP> 55 <SEP> kg <SEP> (gleich <SEP> 2, <SEP> 85 <SEP> kg <SEP> Ail203)
<tb> gesamtes <SEP> basisches <SEP> Aluminiumsulfat <SEP> 30, <SEP> 89 <SEP> kg <SEP> (gleich <SEP> 9, <SEP> 40 <SEP> kg <SEP> Alios)
<tb> basisches <SEP> Aluminiumsulfat, <SEP> das <SEP> im <SEP> Rücklauf <SEP> zurückkehrt <SEP> 16, <SEP> 43 <SEP> kg <SEP> (gleich <SEP> 5 <SEP> kg <SEP> Al <SEP> 0)
<SEP>
<tb> Ausfällungsertrag <SEP> : <SEP> 88, <SEP> 00 <SEP> o
<tb> Konzentration <SEP> der <SEP> K2SO4-Lösung <SEP> 8,23 <SEP> Gew. <SEP> -%
<tb>
Beispiel 10 : 50 kg Alaun werden in der von Beispiel 9 stammenden K2SO4-Lösung, die 379, 52 kg Wasser und 34,08 kg K2SO4 enthält und 50 l Wasser als Ersatz des verdampften Wassers gelöst und bei 80 C und Lösungs-pH=3,20, 20,54 kg Al2(OH4)3 hinzugefügt, indem man 4 h bei 800C rührt ; der pH-Wert beträgt am Ende dieser Operation 4, 20.
Nach dem Filtrieren ergeben sich :
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<tb>
<tb> K2SO4 <SEP> in <SEP> der <SEP> Lösung, <SEP> die <SEP> man <SEP> zurücklaufen <SEP> lässt <SEP> 42, <SEP> 60 <SEP> kg
<tb> Wasser <SEP> in <SEP> der <SEP> rücklaufenden <SEP> K2SO4-Lösung <SEP> 393,14 <SEP> kg
<tb> neutrales <SEP> Aluminiumsulfat <SEP> in <SEP> der <SEP> rücklaufenden <SEP> Lösung <SEP> 12,18 <SEP> kg <SEP> (entsprechend <SEP> 3,65 <SEP> kg <SEP> AlOg)
<tb> gesamtes <SEP> basisches <SEP> Aluminiumsulfat <SEP> 30, <SEP> 72 <SEP> kg <SEP> (entsprechend <SEP> 9, <SEP> 20 <SEP> kg <SEP> Alios)
<tb> basisches <SEP> Aluminiumsulfat, <SEP> das <SEP> im <SEP> Rücklauf <SEP> zurückkehrt <SEP> 16, <SEP> 79 <SEP> kg <SEP> (entsprechend <SEP> 5 <SEP> kg <SEP> Al2O3)
<tb> Ausbeute <SEP> der <SEP> Ausfällung <SEP> :
<SEP> 84, <SEP> 00%
<tb> Konzentration <SEP> der <SEP> K2SO4-Lösung <SEP> 77 <SEP> Gew.-%
<tb>
Am Ende dieser fünften Operation beträgtdie Menge des in Lösung gebliebenen neutralen Aluminiumsulfates 12,18 kg (3, 65 kg Al2O3), ein Gehalt, der bemerkenswert hoch ist ; es ist daher notwendig, eine Rückgewinnungsoperation durchzuführen, um den Ertrag bis zu einem wirtschaftlichen Wert zu erhöhen.
Zu diesem Zweck verfährt man wie im folgenden Beispiel angegeben ist.
Beispiel 11 : Man versetzt die Endlösung von 447,92 kg, die von der im Beispiel 10 beschriebenen
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12,davon sind 17, 28 kg dazu bestimmt, um daraus durch eine NH3-Behandlung das Aluminiumhydroxyd für die erste Ausfällung in einer neuen Reihe von Operationen zu gewinnen.
Die Ausbeute der Ausfällung beträgt 92, 00je.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Aluminiumhydroxyd und Kaliumsulfat aus Kalialaun, wobei aus wässeriger Kalialaunlösung durch Zugabe von insbesondere freigefälltem Aluminiumhydroxyd basisches Aluminiumsulfat ausgefällt wird, dadurch gekennzeichnet, dass für die Ausfällung ein Molverhältnis von Kalialaun zu Aluminiumhydroxyd von 1 : 1 bis 1 : 2 gewählt, der End-PH- Wert des Reaktionsmediums zwischen 4,2 und 3,8 und die Temperatur zwischen 50 und 850C gehalten wird, worauf das ausgefällte basische Aluminiumsulfat vorzugsweise durch Filtration und nachfolgendes Auswaschen von der Kaliumsulfatlösung getrennt und in an sich bekannter Weise in Aluminiumhydroxyd umgewandelt wird.