DD145260A5 - Formkoerper aus alkalihydroxid-monohydrat und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Description

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Formkörper aus Alkalihydroxid-Monohydrat und Verfahren zu ihrer Herstellung ·

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft Formkörper aus natrium- oder Kaliumhydrcocid-Monoliydrat, die in der anorganischen und organischen chemischen Industrie als Rohstoffe zur Herstellung zahlreicher Produkte Anwendung finden«

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die handelsüblichen Formen von natrium- bzw. Kaliumhydroxid sind normalerweise wasserfreie Produkte^ die in Form von Platschen, Prills, Schuppen oder Blöcken auf dem Markt sind. Bei den meisten Typen handelt es sich um erstarrte Schmelzen. So sind z_# B. die am häufigsten verwendeten Plätzchen die erstarrten Tropfen einer Schmelze»

In der DE-AS 15 67 927 werden darüber hinaus nicht poröse Formkörper aus Alkalihydroxiden beschrieben, die aus wasserfreien Formmassen der entsprechenden Alkalihydroxide unter Druckanwendung und gleichzeitiger Formgebung gepreßt werden.

Diesen Formen haften jedoch einige Nachteile an, Sie enthalten, bedingt durch das herkömmliche Herstellungsverfahren, nämlich Eindampfen der wäßrigen Laugen ohne Abtrennung einer Mutterlauge, eine Vielzahl von Verunreinigungen» Die so hergestellten Produkte genügen aber für viele Verwendungszwecke, insbesondere !sei den steigenden Ansprüchen an die Reinheit von Ausgangsmaterialien, häufig nicht mehr den heute gestellten Anforderungen. Außerdem ist das Eindampfverfahren mit einem hohen Energieverbrauch verbunden«,

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Es ist schon versucht worden, über die gut kristallisierenden Hydrate dieser Alkalihydroxide reinere Formen herzustellen. Hierbei wurde so vorgegangen, daß man die Rohlaugen zunächst stark konzentrierte, dann bis zu der Temperatur abkühlte, bei der das gewünschte Hydrat kristallisierte und dieses Hydrat anschließend abtrennte* Insbesondere das Uatriumhydroxid-Monohydrat ist hierzu eingesetzt worden» Das auf diese Weise erhältliche UaOH χ 1 HgO ist aber schlecht handhabbar· Es liegt in lorm. meist stark verbackener und verbackender Kristalle vor· Diese werden deshalb normalerweise entweder durch Auflösen in Wasser oder Einschmelzen und anschließendes Eindampfen zu wasserfreien Sorten der herkömmlichen Art weiterverarbeitet· Dieser Umsaeg über das Alkalihydroxid-Monohydrat führt jedoch zu einer erheblichen Verteuerung der reineren Alkalihydroxide und hat sich deshalb nicht in größerem Umfang durchgesetzt·

Ziel der Erfindung \

Es bestand also die Aufgabe, natrium- bzw. Kaliumhydroxid-Monohydrat in reinerer, besser zu handhabender Fozel zur Verfügung zu stellen und die bekannten Verfahren zu verbessern· . -,. - .; .-. '" ·.-.· . ,. . .'.. '. - '· .'. ^: ' : .^;

Darlegung des Wesens der Erfindung .

Es wurde nun gefunden, daß man überraschenderweise ein gut zu handhabendes Alkalihydroxid-Monohydrat erhält, wenn man das von der Mutterlauge abgetrennte Kristallisat zu Po^mkörpern kompaktiert· Auch wurde gefunden, daß man ein sehr reines Natriumhydroxid-Monohyarat überraschend einfach und energie sparend durch Zusammenbringen einer kalten, gesättigten und einer heißen Lösung von Uatriumhydroxid gewinnen kann, wobei der große Energie- bzw· Wärmeaufwand für die Be-

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seitigung des Wassers bei den herkömmlichen Eindampfverfahren eingespart werden kann»

Es war nicht vorherzusehen, daß sich die schon so vielfältig ausgefeilten Yerfahren zur Herstellung von reinen Alkalihydroxiden auf diese einfache V/eise so entscheidend verbessern lassen würden_o Obwohl die Alkalihydroxide in fester Form in sehr großem Umfang verwendet werden und seit langem ein Bedürfnis bestand, für so vielfältig einsetzbare Artikel Produkte in größerer Reinheit und trotzdem handlicher Form zur Verfügung zu haben, ist diese Aufgabe bisher nicht in so überzeugend einfacher Weise gelöst worden. Verbesserungsverfahren für derartige preiswerte Massenartikel scheitern oft an dem zu hohen dafür erforderlichen Aufwand. Umso erstaunlicher ist die hier gefundene Lösung, die gleichzeitig ein energie sparende s Verfahren einschließt und zu reinen, kompaktierten und gebrauchsfertigen Alkalihydroxiden führt»

Gegenstand der Erfindung ,sind somit Formkörper aus Alkalihydroxiden, die dadurch gekennzeichnet sind, daß sie aus I Natrium- oder- Kaliumhydroxid-Monohydrat bestehen und in kompaktierter Form vorliegen.

Gegenstand der Erfindung ist ferner das Verfahren zur Herstellung dieser Formkörper, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man das bei der Herstellung anfallende auskristallisierte Monohydrat von den Mutterlaugen abtrennt, wäscht und zu festen Formkörpern kompaktiert*

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung von Formic örpera aus Hatriumhydroxid-Monohydrat, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man eine kalte, gesättigte

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und eine heiße Lösung von Natriumhydroxid zusammenbringt, wobei M_enge, Konzentration und/oder Temperatur der beiden · Lösungen so .aufeinander abgestimmt sind, daß sich eine Mischteraperatur einstellt, bei der eine übersättigte, ein Kristallisat von Natriumhydroxid-Monohydrat enthaltende Lösung entsteht, und daß man das Kristallisat abtrennt, wäscht und zu festen iOrmfcörpern kompaktiert·

Die erfindungsgemäßen Formkörper und die Verfahren zu ihrer Herstellung bieten gegenüber den bisher üblichen Formkörpern und Verfahren eine Reihe von Vorteilen, Zum einen steht somit erstmals ein reines Alkalihydroxid-Monohydrat in leicht zu handhabenden, kompaktierten Formkörpern zur Verfügung» Zum anderen zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren durch große Wirtschaftlichkeit aus. Der bisher notwendige hohe Energieeinsatz bei der Konzentrierung der Natronlaugen bis zum wasserfreien Natriumhydroxid wird vermieden, die Gesamtwärme des Systems während des Herstellungsverfahrens wird ökonomisch berücksichtigt« Mit niedrigem Energieeinsatz wird so ein reines kristallines Natriumhydroxid-Monohydrat erhalten.

Die erfindungsgemäßen Formkörper aus Natrium- bzw, hydroxid-Honohydrat können, abhängig von den Formen der verwendeten Kompaktiervorrichtung, die verschiedensten Formen haben«

In der Regel erhält man quaderförmige Einzelplätzchen von 0,1 bis 2 g_f vorzugsweise von ca· O,'55 ~ 0,6 g. Diese Formkörper besitzen dann eine Höhe von 3 bis 15 mm, vorzugsweise 5 bis 15 njm, insbesondere etwa 10 mm, eine Breite von 3 bis 15 mm, vorzugsweise 5 bis 15 mm, insbesondere etwa 10 mm und eine Dicke von 2 bis 10 mm, vorzugsweise 5 bis 10 mm, insbesondere etwa 6 mm.

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Zur Herstellung von Ngtriumhydroxid-Monohydrat werden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren eine kalte, gesättigte und eine heiße Lösung von Natriumhydroxid zusammengebracht· Die-„se beiden Ausgangslösungen können hinsichtlich Menge, Konzentration und Temperatur in weiten Bereichen variieren, sie müssen jedoch so. aufeinander abgestimmt sein, daß in der erhaltenen Mischung die Löslichkeit und der Schmelzpunkt des Monohydräts unterschritten v/erden* Pur die kalte, gesättigte Lösung können die einzelnen Wertepaare für Temperatur und Konzentration aus dem Löslichkeitsdiagramm des Systems Natriumhydroxid-Wasser (Pickering, J.ehem. Soc. 63» 890 (1893)) entnommen werden. Sie liegt die Temperatur einer kalten, gesättigten 50 folgen wäßrigen Lösung von Natriumhydroxid bei etwa 10 ⁰C. Die Temperatur der heißen Lösung kann in weiten Bereichen oberhalb des Schmelzpunktes des Monohydräts, der bei etwa 64 ⁰C liegt, variieren. Auch diese Werte sind dem Löslichkeitsdiagramm zu entnehmen,, So weist z. B. eine 74 $ige gesättigte, wäßrige Lösung von Natriumhydroxid eine Temperatur von ca. 80 ⁰C auf» Grundsätzlich sind auch wesentlich höhere Temperaturen für die heiße Lösung möglich. Eine solche weitere Konzentrierung und Temperaturerhöhung der heißen Lösung von Natriumhydroxid ist jedoch mit einem hohen Energieaufwand verbunden.

Temperatur und Konzentration der Mischung ergeben sich den jeweiligen Mengen, Konzentrationen und Temperaturen der beiden Ausgangslösungen nach den Mischungsregeln und aus dem Zustandsdiagramm des Systems Natriumhydroxid-Wasser. Vorzugsweise wählt man die Parameter der Ausgangslösungen so, daß sich eine Mischtemperatur einstellt, die zwischen 40 und 64 ⁰C (Schmelzpunkt des Monohydräts) liegt. .

Das Mischen der beiden Ausgangslösungen erfolgt in bekannter

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Weise» Man kann die beiden Ausgangslösungen z» B. unter Rühren zusammenbringen oder auch tangential gegeneinander strömen lassen»

Rühren fördert im allgemeinen die gleichmäßige Verteilung der Wärme innerhalb der Lösung und verhindert während der Kristallisation die Bildung von Kristallagglomeraten.

Die Trennung des auskristallisierten Monohydrats von der bei der Herstellung anfallenden Mutterlauge erfolgt ebenfalls in bekannter Weise* Diese mechanische Trennung des Feststoff--iTüssigkeits-Gemisches kann sowohl durch Sedimentation als auch durch Filtration erfolgen» In der Regel erfolgt die Abtrennung des Kristallisats über eine Siebzentrifuge, Es kann jedoch auch jede andere gebräuchliche Vorrichtung verwendet werden.

Hach der Abtrennung wird das Kristallisat zur Entfernung von anhaftender Mutterlauge und aufkristallisierten Verunreinigungen gewaschen. Verschiedene Waschflüssigkeiten können dazu verwendet werden, in der Regel wird man die Kristalle jedoch mit Wasser waschen.

Die Reinheit des erhaltenen Produktes hängt in bekannter Weise vom Verhältnis K_ristallisat-Mutterlauge bei gegebener Reinheit der beiden Ausgangslösungen ab»

Besonders vorteilhaft läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren gestalten, wenn es kontinuierlich durchgeführt wird.

Die Mutterlaugen, die in aller Regel noch Kristallkeime enthalten, können im Kreislauf zurückgeführt werden bzw» je

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nach gewünschter Reinheit aus dem Verfahren ausgeschleust •werden· Die Rückführung der Mutterlauge ist ein wesentlicher Paktor bei der optimalen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, Besonders energiesparend arbeitet das System, wenn seine Gesamtwärme ökonomisch ausgenutzt wird. Hierbei wird Mutterlauge mit relativ hoher Mischtemperatur zweckmäßigerweise der Verdampfung zugeführt; bei niedriger Mischtemperatur ist häufig eine Rückführung in die Kühlung ökonomischer bzw, die Mutterlauge wird jeweils in entsprechenden Anteilen rückgeführt» Die ganze Anlage arbeitet kontinuierlich mit einem geschlossenen Wärmesystem, bestehend einerseits aus Eindampf- und Kühleinheit und andererseits aus Misch- und'Kristallisierstrecke mit nachgeschalteter Pest/ Plüssig-Trennung und Kompakt ie rung. Auf diese Weise wird erstmals ein besonders energiesparendes Verfahren zur Verfügung gestellt, mit dessen Hilfe die in großen Mengen benötigten Alkalihydroxide in reiner und gut zu handhabender Form herstellbar sind.

Das erhaltene Kristallisat von liaOH χ 1 H₂O wird anschließend in an sich bekannter Weise kompaktiert, Kaliumhydroxid-Mono·» hydrat, das in der Regel in bekannter Weise durch Kühlkristallisation erhalten wird, wird in gleicher Weise wie das ITatriumhydroxid-Monohydrat kompaktiert·

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind alle an sich bekannten Vorrichtungen geeignet, die die Kompaktierung von Alkalihydroxid-Monohydrat gestatten. Bevorzugt verwendet man eine Walzenkompaktiermaschine in Verbindung mit den entsprechenden Pormen für die Herstellung der gewünschten Formkörper aus Alkalihydroxid-Monohydrat· Eine solche Vorrichtung besteht aus zwei Walzen, die sich gegenläufig bewegenj,und die mit eingefrästen Pormen versehen sind. Die

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Walzen sind so justiert, daß sie sich genau gegenläufig bewegen. . .' .' ' . ; . . ' ' - , .. .y.-y .^: - . . " . .. _; . ' " ..

Über einen Aufgabe trichter wird das Kristallisat kontinuierlich zugeführt und gelangt in den Spalt zwischen den mit den eingefrästen SOrmhälften versehenen Walzen. Die Walzengeßchwindigkeit kann entsprechend dem Zulauf an Kristallisat verändert werden. Es muß immer mindestens so viel Kristallisat zur Verfügung stehen, daß die Formen auf den Walzen ausreichend gefüllt werden. Uach Durchlauf en der Preßzone zwischen den beiden Walzen fallen die Formkörper auf ein Sieb und werden nach Entfernung des Unterkorns abgefüllt. Zusätzlich ist es möglich, das Kristallisat "bereits im Aufgabetrichter einer Vorkompaktierung zu unterziehen«

Die Alkalihydroxid-Monohydrate in kompaktierter Form können überall dort und in gleicher Weise eingesetzt werden, wie die bisher gebräuchlichen Formen von HaOH and KOH. Der Wassergehalt stört normalerweise nicht, da überwiegend wäßrige Alkalihydro2adlösungen aus den festen Formen hergestellt werden. ' ' ' -/ ' '^: . ;_:- -, -_: ' '.'- , ; '-. ' r\-.: ;': :. ' / . .· ·.·... ._;; '''." ' .

Auaführungsbeiapiele Beispiel 1 :,' ' " ' ; ' '; - . .-. . "' .; ' ;.':.'';;' '· .' ' ,. " . ; ...

1 kg einer 50 Gew*-% Uatriumhydroxid enthaltenden wäßrigen Lösung von 10 ⁰C wird mit 1 kg einer 74 Ge^.-SS Hatriumhydroxid enthaltenden wäßrigen Lösung von 80 ⁰C unter Rühren zusammengebracht. Man erhält eine Mischtemperatur von 56 C, Das entstandene Kristallisat wird iiber eine Siebzentrifuge abgetrennt, mit ?/asser gewaschen und anschließend auf einer handelsüblichen Kompaktiermaschine in Formfcörpern von etwa

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0,55 - 0,6 g konipaktiert. Die verwendete Kompaktiermaschine besitzt Walzen mit einem Walzendurchmesser von 20 cm und einer Walzenbreite von 5 cm, was bei dieser Walzenbreite von 5 cm einer Pressung von etwa 4 000 kg/cm entspricht. Die Ausbeute an ITatriumhydroxid-Monohydrat beträgt 285 g· Die Mutterlaugen werden, da sie noch einen hohen Wärmegehalt besitzen, in die Verdampfung rückgeführt·

Die erhaltenen formkörper weisen eine Höhe und eine Breite von je 10 mm und eine Dicke von etwa 6 mm auf.

B eispiel 2

1,5 kg einer 50 Gew.-% Natriumhydroxid enthaltenden wäßrigen Lösung von 10 ⁰C wird mit 1 kg einer 74 Gew.-% ITatriumhydro-3cid enthaltenden wäßrigen Lösung von 68 ⁰C analog Beispiel 1 zusammengebracht· Die Mischtemperatur beträgt 43 ⁰C, Das Kristallisat wird analog Beispiel 1 abgetrennt, gewaschen und auf einer Kompaktiermaschine wie in Beispiel 1 beschrieben zu Formkörpem von etwa 0,55 - 0,6 g kompaktiert. Die Ausbeute an Natriumhydroxid-Monohydrat beträgt 220 g. Die Mutterlaugen werden wegen ihres niedrigen Wärmegehaltes in die Kühlung rückgeführt.

Beispiel 3 "

Auf einer Kompaktiermaschine, wie in Beispiel 1 beschrieben, werden Formkörper aus Kaliumhydroxid-Monohydrat hergestellt. Als Ausgangsmaterial dient durch Kühlkristallisation gewonnenes Kaliumhydroxid-Monohydrat·. Analog Beispiel 1 werden Formkörper von etwa 0,55 - 0,6 g mit einer Höhe und einer Breite von je 10 mm und einer Dicke von 6 mm erhalten.

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Claims (4)

1» Formkörper aus Alkalihydroxide!!, gekennzeichnet dadurch, daß sie aus U_atrium- oder Kaliumhydroxid-Monohydrat bestehen und in kompaktierter Form vorliegen·

2· Formkörper nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß sie eine Höhe und Breite "von je 3 bis 15 ^m und eine Dicke von 2 bis 10 mm besitzen,

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Erfindung sanspruch

3« "Verfahren zur Herstellung der Formkörper nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß man das bei der Herstellung anfallende auskristallisierte Monohydrat von den Mutterlaugen abtrennt, wäscht und zu festen Formkörpern kompaktiert»

4· Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus Uatriumhydroxid-Monohydrat laach, Punkt 3» gekennzeichnet dadurch, daß man eine kalte, gesättigte und eine heiße Lösung von ^Natriumhydroxid zusammenbringt, wobei Menge, Konzentration und/oder !Temperatur der beiden Lösungen so aufeinander abgestimmt sind, daß sich, eine Mischtemperatur einstellt, bei der eine übersättigte, ein Kristallisat von Hatriumhydroxid-Monoliydrat enthaltende Lösung entsteht, und daß man das Kristallisat abtrennt, wäscht und zu festen Fonnkörpern kompaktiert·