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Verfahren zur Herstellung von Borax aus Calciumborat- oder Calciumnatriumborat-Mineralien
Die Herstellung von Borax aus unlöslichen Bormineralien, wie Colemanit oder Ulexit, erfolgt nach bekannten Verfahren entweder direkt, ohne durch das Stadium der freien Borsäure zu gehen, mittels Natriumcarbonat und-bicarbonat, oder indirekt, indem erst Borsäure hergestellt und diese dann mit Natriumcarbonat behandelt wird, um Borax zu bilden. Die Borsäure wird durch Aufschliessen des Minerals mittels Schwefelsäure, schwefliger Säure oder auch mittels Natrium - oder Ammonsu1fiten und - bisulfiten erhalten.
Es ist bis jetzt mit diesen Verfahren wie auch verschiedenen Versuchen, die zur Auffindung besserer Arbeitsmethoden unternommen wurden, nicht gelungen, die Verwendung von unlöslichen Bormineralien an Stelle der natürlichen Natriumborate bei der Herstellung von Borax allgemein durchzusetzen, was darauf zurückzuführen ist, dass diese Verfahren immer noch beträchtliche Nachteile aufweisen, die deren Anwendung unwirtschaftlich gestalten. Dies sind insbesondere :
Umfangreiche Apparaturen, bedingt durch grosse Lösungsvolumina, grosser Kalorienverbrauch, zusätzliche Behandlungsvorgänge, um die mitgelösten Verunreinigungen zu entfernen, oder vielfache Umkristallisationen, um das Produkt zu reinigen, lange Reaktionsdauer, unvollständige Ausbeuten.
Eigene Untersuchungen zur Entwicklung eines wirtschaftlich und rationell arbeitenden Verfahrens, namentlich mit Sulfit/Bisulfitreagentien, die in bezug auf die gute Löslichkeit von B203 in diesen Systemen vorteilhaft erschienen, führten zu folgenden Feststellungen :
1. Die Auflösungsgefahr der im Mineral enthaltenen Verunreinigungen steigt mit einer übermässigen Azidität oder Alkalinität der Aufschlusslösung sowie durch eine verlängerte Dauer des Aufschlussprozesses bzw. durch einen verlängerten Kontakt des Reagens mit dem Mineral.
2. Ein Überschuss an Reagens bzw. eine zu grosse Azidität oder Alkalinität haben einen ungünstigen Einfluss auf die Filtration des Reaktionsrückstandes und dessen Auswaschung.
3. Die Verwendung von an SO armen Gasen, wie z. B. Röstgasen, ist bei den bekannten Verfahren nicht möglich.
Die auf Grund dieser Feststellungen durchgeführten Versuche ergaben folgende überraschende und unerwartete Ergebnisse : a) Der Aufschluss eines unlöslichen Borminerals wird gefördert, wenn er in einer annähernd neutralen Lösung erfolgt, die aus einer Mischung von Natriumsulfit und-bisulfit besteht. b) Die Bildung des Reagens während der Aufschlussreaktion durch eine kontrollierte Einführung von schwefeliger Säure in eine Lösung, die einen Puffer oder eine geeignete Puffermischung sowie das aufgeschlämmte Mineral enthält, ermöglicht eine vollständige Absorption des S02 und einen sehr raschen Verbrauch der gebildeten Sulfite/Bisulfite.
c) Die kontrollierte Zufuhr von SO in der Aufschlusslösung ermöglicht die Aufrecbterhaltung eines
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zur HerstellungBÖ, werden unter mechanischem Rühren in 175 ml einer Mutterlauge aus der vorhergehenden Operation aufgeschlämmt ; SO-Gas wird unter ständigem Rühren, erst in der Kälte, dann in der Wärme bei einer Temperatur von ungefähr 60 bis 700 C, eingeleitet, wobei die Aufschlusslösung einen pH-Wert von 9, 25 erhält. Der Aufschluss ist in etwa 45 min beendet.
Der Reaktionsrückstand wird abfiltriert und ausgewaschen ; dem so erhaltenen Filtrat werden 13 g Na2 COs zugegeben ; es wird noch etwas gerührt und dann vom ausgefällten Borax abfiltriert. Ausbeute : 45, 5 g chemisch reiner Borax, luftgetrocknet.
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der Neutralität erhalten wird. Der Aufschluss ist nach 45 min beendet. Der pH-Wert der Lösung beträgt etwa 6-6, 5. Nach Filtrieren und Auswaschen des unlöslichen Rückstandes werden 17 g Na2 CO s dem Filtrat zugegeben.
Der ausgefällte Borax wird nach etwas Rühren abfiltriert, mit wenig Wasser gewaschen und bei Raumtemperatur luftgetrocknet. Ausbeute : 43, 5 g chemisch reiner NaB40O. 10 fLO. Die Mutterlaugen der Borax-Kristallisation bilden die Kreislauflösungen des Prozesses, in denen die eingesetzten und herausgeholten Produkte nunmehr im Gleichgewicht sein müssen.
Beispiel 3 : Zu 520 g Wasser werden 27 g 50 gew.-% ige Natronlauge zugegeben ; in der Kälte wird SO eingeleitet, bis der PH-Wert auf etwa 7, 5 gesunken ist. Darauf werden 100 g kalzinierter Colemanit
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Reaktionsprodukt wird auf der Zentrifuge von Calciumsulfit und Gangart getrennt und der Rückstand mit 100 g heissem Wasser gewaschen. Waschwasser und Filtrat werden vereinigt, mit 42, 2 g 50 gew.-% iger Natronlauge versetzt und unter Rühren auf Raumtemperatur abgekühlt. Nach beendeter Kristallisation wird der Borax auf der Zentrifuge von der Mutterlauge abgetrennt und mit 100 g kaltem Wasser nachge-
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Mutterlauge und das Waschwasser des Borax werden an Stelle von Wasser für den nächsten Ansatz verwendet.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Borax aus Calciumborat- oder Calciumnatriumborat-Mineralien durch Aufschluss dieser Mineralien unter Verwendung von SO und Zugabe einer geeigneten basischen Natriumverbindung zur Aufschlusslösung, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufschluss unter Zufuhr von S02 zu einer Aufschlämmung des Minerals in einer wässerigen, pufferhaitigen Lösung vorgenommen wird, wobei die Aufschlämmung ständig auf einem pH-Wert im Bereich von 6 bis 9, 5 gehalten wird, worauf nach Beendigung des Aufschlusses und nach Abtrennung des Unlöslichen aus der Lösung durch Zugabe einer geeigneten basischen Natriumverbindung Borax abgeschieden und die anfallende Mutterlauge in den Kreislauf zurückgeführt wird.