CH638466A5

CH638466A5 - Verfahren zum konzentrieren und reinigen von waessrigen schwefelsaeureloesungen.

Info

Publication number: CH638466A5
Application number: CH981278A
Authority: CH
Inventors: Franco Cappello; Mario Mortigliengo; Erich Schmoll; Eduard Kratz
Original assignee: Montedison Spa; Escher Wyss Ag
Priority date: 1977-09-21
Filing date: 1978-09-20
Publication date: 1983-09-30
Also published as: GB2004853A; NL190780B; NL7809475A; DE2807394C2; RO76234A; IT1086097B; DE2807394A1; FR2403972A1; US4169054A; JPS5461095A; NL190780C; JPS6335562B2; GB2004853B; FR2403972B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Konzentrieren und Reinigen von wässrigen Schwefelsäurelösungen mit einem Gehalt an Magnesium und gegebenenfalls anderen Verunreinigungen, insbesondere Aluminium, Eisen, Chrom, Vanadium und/oder Mangan.

Wässrige Schwefelsäurelösungen, beispielsweise mit Konzentrationen von mehr als 65 Gew.-%, können durch Eindampfen von verdünnten schwefelsäurehaltigen Lösungen jeglichen Ursprunges und jeglicher Konzentrationen erhalten werden.

Im allgemeinen sind die am häufigsten verfügbaren Lösungen diejenigen, welche von Verfahren zur Herstellung von Titandioxyd über das Sulfat oder von Beizbehandlungen von Metallen herkommen.

Solche Lösungen enthalten üblicherweise 5 bis 25 Gew.-% Schwefelsäure sowie verschiedene Verunreinigungen, wie Magnesium und gegebenenfalls Aluminium, Eisen, Calcium, Chrom, Vanadium und/oder Mangan.

Beispielsweise haben die von der Herstellung von Titandioxyd über das Sulfat herkommenden Lösungen im allgemeinen die folgende Zusammensetzung:

15 bis 23 Gew.-% H2S04,

0,07 bis 0,4 Gew.-% Mg, 1 bis 5 Gew.-% Fe und 0,06 bis 0,6 Gew.-% Ti02 sowie auch andere Verunreinigungen, wie Calcium, Mangan, Aluminium, Vanadium und Chrom.

Wenn eine verdünnte wässrige Schwefelsäurelösung mit einem bestimmten Gehalt an Magnesium unter Verwendung von irgendwelchen bekannten Verfahren (beispielsweise durch Konzentrieren durch Eindampfen unter Vakuum oder mittels einer Unterwasserflamme) über 65 Gew.-% konzentriert wird, ergibt sich, dass die Fällung des Magnesiums mit der Zeit sehr langsam erfolgt. Dieselbe Erscheinung kann, obschon in kleinerem Ausmass, beobachtet werden, wenn Aluminium, Eisen, Vanadium, Chrom und/oder Mangan zugegen sind.

Im besonderen wird, wenn Aufschlämmungen mit einer Schwefelsäurekonzentration von 65 bis 75 Gew.-%, welche 0,1 bis 0,5 Gew.-% Magnesium enthalten, filtriert werden, ein Filtrat, welches am Ende des Filtrierarbeitsganges klar erscheint, jedoch anschliessend wieder trüb wird und oft sogar eine gelartige Konsistenz annimmt, erhalten. Im Filtrat fallen nämlich fortgesetzt während mehrerer Tage feste Stoffe, welche überwiegend aus Magnesiumsulfaten bestehen, aus.

Die so ausgefallenen festen Stoffe sind in Form von Kristallen mit einer Höchstgrösse von nicht über 10 n, das heisst sie sind äusserst fein und voluminös, weshalb ein etwaiges Filtrieren sich als schwierig erweisen und Kuchen mit einer sehr ausgeprägten Quellung ergeben würde.

Anderseits ist die konzentrierte Schwefelsäure praktisch unbrauchbar, wenn das in der Suspension vorliegende feste Material nicht abgetrennt wird.

Der Erfindimg liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter Behebung der Nachteile des Standes der Technik ein Verfahren zu schaffen, welches das Filtrieren der wässrigen Schwe-felsäureaufschlämmungen mit einem Gehalt an Magnesium und gegebenenfalls anderen Verunreinigungen, insbesondere Aluminium, Eisen, Chrom, Vanadium und/oder Mangan, und so die Herstellung von Schwefelsäurelösungen, beispielsweise mit Konzentrationen von 65 bis 70 Gew.-%, gestattet, welche Lösungen zeitlich beständig klar bleiben.

Es wurde nun überraschenderweise festgestellt, dass die obige Aufgabe gelöst werden kann, wenn passend gesteuerte Zeiten und Temperaturstufen zum Verringern der Temperatur der durch das Konzentrieren erhaltenen Aufschlämmung von der Temperatur des Konzentrierens (welche vorzugsweise grösser als 100 °C ist) auf die Filtriertemperatur sowie zweckmässig auch beim Filtrieren der Aufschlämmung selbst und beim Herabsetzen der Temperatur des Filtrâtes von der Filtriertemperatur auf die Lagertemperatur eingehalten werden.

Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zum Konzentrieren und Reinigen von wässrigen Schwefelsäurelösungen mit einem Gehalt an Magnesium und gegebenenfalls anderen Verunreinigungen, insbesondere Aluminium, Eisen, Chrom, Vanadium und/oder Mangan, durch Eindampfen und Filtrieren der dabei erhaltenen Aufschlämmungen, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass vor dem Filtrieren der Aufschlämmung a) die durch das Konzentrieren erhaltene Aufschlämmung auf eine Temperatur von 10 bis 25 °C abgekühlt wird und b) diese Aufschlämmung während einer Zeitdauer von mindestens 12 Stunden auf einer Temperatur von 10 bis

25 °C gehalten wird.

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Das erfindungsgemässe Verfahren bringt vor allem den grossen technischen Fortschritt mit sich, dass es zeitlich beständig klare Schwefelsäurelösungen, beispielsweise mit Konzentrationen von 65 bis 70 Gew.-%, erreichen lässt. Ausser dem Vorteil der Erzielung eines zeitlich beständig klaren Filtrâtes gestattet das erfindungsgemässe Verfahren als weiteren Vorteil die Durchführung des Filtrâtes mit einer ziemlich hohen Geschwindigkeit in irgendeiner bekannten Art von Vorrichtungen; so werden in der Praxis Filtriergeschwindigkeiten von mindestens 3001/Stunde • m2 Filterfläche erzielt.

Vorzugsweise wird das Abkühlen der Aufschlämmung auf 10 bis 25 °C während einer Zeitdauer von mindestens 3 Stunden durchgeführt.

Es ist auch bevorzugt, das Halten der Temperatur der Aufschlämmung auf 10 bis 25 °C während einer Zeitdauer von mindestens 20 Stunden durchzuführen.

Vorzugsweise wird als Temperatur, auf welche die Aufschlämmung abgekühlt wird, und als Temperatur, auf welcher sie gehalten wird, 15 bis 20 °C gewählt.

Das Abkühlen der obigen Stufe a) kann durch Übergehen von der Temperatur des Konzentrierens auf die Temperatur von 10 bis 25 °C in einer einzigen Stufe durchgeführt werden, wobei besonders bei dieser Alternative vorzugsweise dafür Sorge getragen wird, dass die Dauer des Abkühlens mindestens 3 Stunden beträgt, oder es kann in mehreren Stufen durchgeführt werden.

So wird nach einer vorteilhaften Ausführungsform des erfmdungsgemässen Verfahrens das Abkühlen der Aufschlämmung von deren Anfangstemperatur auf 10 bis 25 °C in der Weise durchgeführt, dass sie zunächst in höchstens 1 Stunde auf 40 bis 50 °C abgekühlt wird, diese Temperatur während mindestens 3 Stunden gehalten wird und dann die Aufschlämmung in höchstens I Stunde auf 10 bis 25 °C abgekühlt wird.

Das Filtrieren der Aufschlämmung kann entweder bei 10 bis 25 °C oder vorzugsweise bei höheren Temperaturen durchgeführt werden. Nach dieser letzteren Alternative wird zweckmässigerweise die Aufschlämmung vor dem Filtrieren erhitzt und nach dem Filtrieren das Filtrat in höchstens 1 Stunde auf 10 bis 25 °C abgekühlt. Anders ausgedrückt wird also in diesem letzteren Fall nach der Stufe b) die Aufschlämmung erhitzt, das Filtrieren bei der so erreichten Temperatur durchgeführt und das Filtrat in einer Zeit von höchstens 1 Stunde auf 10 bis 25 °C abgekühlt. Vorzugsweise wird als Temperatur, auf welche die Aufschlämmung vor dem Filtrieren erhitzt wird, 30 bis 50 °C gewählt. Zweckmässig werden das nach der Stufe b) durchgeführte Erhitzen und das anschliessende Filtrieren in kurzer Zeit, insbesondere während einer Zeit von höchstens 1 Stunde, durchgeführt.

Die Erfindung wird an Hand der folgenden Beispiele näher erläutert.

Beispiel

Es wurde eine Lösung der folgenden Zusammensetzung: 55,0 Gew.-% H2S04,

0,20 Gew.-% Mg,

0,20 Gew.-% Fe,

0,26 Gew.-% AI,

638 466

0,04 Gew.-% V,

0,04 Gew.-% Cr und 0,05 Gew.-% Mn durch Eindampfen bei 115 °C konzentriert, bis eine Aufschlämmung erhalten wurde. Die Flüssigkeit dieser Aufschlämmung hatte die folgende Zusammensetzung: 72,83 Gew.-% H2S04,

0,19 Gew.-% Mg,

0,12 Gew.-% Fe,

0,33 Gew.-% AI,

0,06 Gew.-% V,

0,06 Gew.-% Cr und 0,02 Gew.-% Mn.

Die so erhaltene Aufschlämmung wurde in 15 Minuten auf 45 °C abgekühlt und dann 3 Stunden lang auf dieser Temperatur gehalten, worauf sie in 15 Minuten auf I5°C weitergekühlt und 20 Stunden lang auf dieser Temperatur gehalten wurde. Schliesslich wurde die Aufschlämmung 15 Minuten lang auf 45 °C erhitzt und in 30 Minuten filtriert.

Das in 15 Minuten auf 20 °C gekühlte Filtrat hatte die folgende Zusammensetzung:

72,75 Gew.-% H2S04,

0,12 Gew.-% Mg,

0,067 Gew.-% Fe,

0,30 Gew.-% AI,

0,05 Gew.-% V,

0,06 Gew.-% Cr und 0,007 Gew.-% Mn.

Seine Trübung begann erst nach etwa 100 Stunden, es blieb aber in einem Zustand, der als im wesentlichen klarer Zustand anzusehen ist.

Vergleichsbeispiel A Das Beispiel wurde unter Verwendung derselben Verfahrensweise bis zur Erzielung der Aufschlämmung wiederholt.

Die so erhaltene Aufschlämmung wurde in 20 Minuten auf 15 °C abgekühlt und dann 1 Stunde lang auf dieser Temperatur gehalten. Daraufhin wurde sie 20 Minuten lang auf 45 °C erhitzt und dann in 30 Minuten filtriert.

Die Filtriergeschwindigkeit ergab sich zu 0,4 m3/

Stunde • m2 Filterfläche. Schon nach etwa 3 Stunden nach dem Filtrieren begann die Trübung des Filtrâtes, und nach 12 Stunden nahm es eine gelartige Konsistenz an.

Vergleichsbeispiel B Das Beispiel wurde unter Verwendung derselben Verfahrensweise bis zur Erzielung der Aufschlämmung wiederholt.

Die so erhaltene Aufschlämmung wurde in 10 Minuten auf 45 °C abgekühlt und dann 3 Stunden lang auf dieser Temperatur gehalten, worauf sie in 10 Minuten auf 15 °C abgekühlt und 1 Stunde lang auf dieser Temperatur gehalten wurde. Schliesslich wurde die Aufschlämmung in 10 Minuten auf 45 °C erhitzt und dann während 40 Minuten filtriert.

Die Filtriergeschwindigkeit betrug 0,6 m3 Stunde • m2 Filterfläche. Schon nach etwa 4 Stunden nach dem Filtrieren begann die Trübung des klaren Filtrâtes, und nach 12 Stunden war eine häufige Menge von abgeschiedenem festem Material vorhanden.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Konzentrieren und Reinigen von wäss-rigen Schwefelsäurelösungen mit einem Gehalt an Magnesium durch Eindampfen und Filtrieren der dabei erhaltenen Aufschlämmungen, dadurch gekennzeichnet, dass man vor dem Filtrieren der Aufschlämmung a) die durch das Konzentrieren erhaltene Aufschlämmung auf eine Temperatur von 10 bis 25 °C abkühlt und b) diese Aufschlämmung während einer Zeitdauer von mindestens 12 Stunden auf einer Temperatur von 10 bis

25 CC hält.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwefelsäurelösungen Verunreinigungen enthalten.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verunreinigungen Aluminium, Eisen, Chrom, Vanadium und/oder Mangan sind.
4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man das Abkühlen der Aufschlämmung auf 10 bis 25 °C während einer Zeitdauer von mindestens 3 Stunden durchführt.
5. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man das Halten der Temperatur der Aufschlämmung auf 10 bis 25 °C während einer Zeitdauer von mindestens 20 Stunden durchführt.
6. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass man als Temperatur, auf welche man die Aufschlämmung abkühlt, und als Temperatur, auf welcher man sie hält, 15 bis 20 °C wählt.
7. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man das Abkühlen der Aufschlämmung auf 10 bis 25 °C in der Weise durchführt, dass man sie zunächst in höchstens 1 Stunde auf 40 bis 50 °C abkühlt, diese Temperatur während mindestens 3 Stunden hält und dann die Aufschlämmung in höchstens 1 Stunde auf 10 bis 25 °C abkühlt.
8. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass man die Aufschlämmung vor dem Filtrieren erhitzt und nach dem Filtrieren das Filtrat in höchstens 1 Stunde auf 10 bis 25 °C abkühlt.
9. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass man als Temperatur, auf welche man die Aufschlämmung vor dem Filtrieren erhitzt, 40 bis 50 °C wählt und dieses Erhitzen und das Filtrieren während einer Gesamtdauer von höchstens 1 Stunde bewerkstelligt.