DE102014018131A1 - Process for the further processing of iron sulphate heptahydrate - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur Weiterverarbeitung von Eisensulfat-Heptahydrat zu Eisensulfat-Monohydrat. Das Verfahren umfasst die Schritte: a) Bilden einer wässrigen Lösung bzw. Suspension von Eisensulfat-Heptahydrat in einem Behälter (Mischung I), b) Fördern von Mischung I in ein Druckgefäß und Aufheizen der Mischung (I) auf eine Temperatur, die über der Siedetemperatur der Mischung (I) bei Atmosphärendruck liegt, wobei sich Eisensulfat-Monohydrat als Feststoff und eine Lösung (II) bilden, c) Abtrennen des Eisensulfat-Monohydrat-Feststoffs aus Lösung (II). Optional wird weiterhin der in der Lösung II verbliebene Eisengehalt zurückgewonnen, indem Lösung II in einem Oxidationsreaktor mit Luft oder Sauerstoff und gegebenenfalls Additiven reagiert und sich Eisenoxid und Eisenhydroxid in fester Form bilden.The invention is directed to a process for further processing iron sulfate heptahydrate into iron sulfate monohydrate. The process comprises the steps of: a) forming an aqueous solution or suspension of iron sulfate heptahydrate in a container (mixture I), b) conveying mixture I into a pressure vessel and heating the mixture (I) to a temperature above that Boiling temperature of the mixture (I) is at atmospheric pressure, forming iron sulfate monohydrate as a solid and a solution (II), c) separating the iron sulfate monohydrate solid from solution (II). Optionally, the remaining iron content in solution II is further recovered by reacting solution II in an oxidation reactor with air or oxygen and optionally additives and forming iron oxide and iron hydroxide in solid form.
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur Weiterverarbeitung von Eisensulfat-Heptahydrat zu Eisensulfat-Monohydrat und optional zu Eisenoxiden bzw. Eisenhydroxiden.The invention is directed to a process for the further processing of iron sulphate heptahydrate into iron sulphate monohydrate and optionally to iron oxides or iron hydroxides.
Technologischer Hintergrund der ErfindungTechnological background of the invention
Bei der Herstellung von Titandioxid nach dem sogenannten Sulfatverfahren wie auch beim Beizen von Eisenmetallen fallen große Mengen an Eisensulfat an. Eisensulfat wird in verschiedenen Bereichen verwendet, beispielsweise bei der Wasseraufbereitung in Kläranlagen, als Reduktionsmittel für Chromat in Zement oder als Rohstoff für die Eisenoxidherstellung.In the production of titanium dioxide by the so-called sulfate process as well as the pickling of ferrous metals, large quantities of iron sulfate are produced. Ferrous sulphate is used in various fields, such as water treatment in sewage treatment plants, as a reducing agent for chromate in cement or as a raw material for iron oxide production.
Grundsätzlich liegt Eisensulfat aus technischen Prozessen in 3 Hydratstufen vor, als Hepta-, Tetra- oder Monohydrat. Bei der genannten Titandioxidherstellung nach dem Sulfatverfahren und bei der Beizung von Eisenmetallen fällt das Eisensulfat hauptsächlich als Heptahydrat an. Eisensulfat-Heptahydrat hat den höchsten Wassergehalt der drei Hydratstufen und lässt sich bei Temperaturen über 25°C schlecht lagern, weil es dabei im eigenen Kristallwasser schmilzt. Bei der Chromatreduktion im Zement zeigt es eine geringere Wirksamkeit als beispielsweise das Tetrahydrat und das Monohydrat.In principle, iron sulfate is available from technical processes in 3 hydrate stages, as hepta-, tetra- or monohydrate. In the mentioned titanium dioxide production by the sulphate process and in the pickling of ferrous metals, the iron sulphate accumulates mainly as heptahydrate. Ferrous sulfate heptahydrate has the highest water content of the three hydrate stages and can be stored poorly at temperatures above 25 ° C, because it melts in its own water of crystallization. In the chromate reduction in cement, it shows less effectiveness than, for example, tetrahydrate and monohydrate.
Es wurden deswegen verschiedene Prozesse entwickelt, um das Eisensulfat-Heptahydrat zu niedrigeren Hydratstufen weiterzuverarbeiten.Therefore, various processes have been developed to further process the iron sulfate heptahydrate to lower hydrate levels.
Die Umwandlung des Heptahydrats zu Tetrahydrat oder Monohydrat erfolgt heutzutage großtechnisch überwiegend durch thermische Trocknung. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht jedoch in einem relativ hohen Energieverbrauch, da aufgrund der Wärmeausbeute von ca. 50% mindestens dem Zweifachen der Verdampfungswärme des zu entfernenden Kristallwassers.The conversion of Heptahydrats to tetrahydrate or monohydrate is nowadays industrially predominantly by thermal drying. The disadvantage of this method, however, is a relatively high energy consumption, since due to the heat yield of about 50% at least twice the heat of vaporization of the water of crystallization to be removed.
Bei der ebenfalls energieintensiven Kühlkristallisation verbleiben nach Abtrennung des Eisensulfats aufgrund der Löslichkeitskurve im System Eisensulfat-Wasser mindestens 13 Gew.-% Eisensulfat in der Lösung (Mutterlauge).In the likewise energy-intensive cooling crystallization remain after separation of the iron sulfate due to the solubility curve in the system iron sulfate water at least 13 wt .-% iron sulfate in the solution (mother liquor).
Alternativ kann ein Schmelzverfahren gemäß
Es besteht somit das Bedürfnis nach einem Verfahren zur Weiterverarbeitung von Eisensulfat-Heptahydrat, das die Nachteile des Stands der Technik überwindet.There is thus a need for a process for the further processing of iron sulfate heptahydrate, which overcomes the disadvantages of the prior art.
Aufgabenstellung und Kurzbeschreibung der ErfindungTask and brief description of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Weiterverarbeitung von Eisensulfat-Heptahydrat zu Eisensulfat-Monohydrat und gegebenenfalls weiteren Eisenverbindungen anzugeben, das energieeffizient ist und sich durch eine erhöhte Rückgewinnung an Eisenverbindungen auszeichnet.The invention has for its object to provide a method for further processing of iron sulfate heptahydrate to iron sulfate monohydrate and optionally other iron compounds, which is energy efficient and is characterized by an increased recovery of iron compounds.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Weiterverarbeitung von Eisensulfat-Heptahydrat gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
- a) Bilden einer wässrigen Lösung bzw. Suspension von Eisensulfat-Heptahydrat in einem Behälter (Mischung I),
- b) Fördern von Mischung I in ein Druckgefäß und Aufheizen der Mischung (I) auf eine Temperatur, die über der Siedetemperatur der Mischung (I) bei Atmosphärendruck liegt, wobei sich Eisensulfat-Monohydrat als Feststoff und eine Lösung (II) bilden,
- c) Abtrennen des Eisensulfat-Monohydrat-Feststoffs aus Lösung (II).
- a) forming an aqueous solution or suspension of iron sulfate heptahydrate in a container (mixture I),
- b) conveying mixture I into a pressure vessel and heating the mixture (I) to a temperature which is above the boiling point of the mixture (I) at atmospheric pressure, forming iron sulfate monohydrate as a solid and a solution (II),
- c) separating the iron sulfate monohydrate solid from solution (II).
Weitere vorteilhafte Ausformungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Further advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.
Figurencharacters
Beschreibung der ErfindungDescription of the invention
Alle im Folgenden offenbarten Angaben bezüglich Temperatur, Druck, Konzentration in Gew.-% usw. sind so zu verstehen, dass alle Werte, die im Bereich der dem Fachmann bekannten jeweiligen Messgenauigkeit liegen, mit umfasst sind.All the details disclosed below with regard to temperature, pressure, concentration in% by weight, etc. are to be understood to mean that all values which are within the range of the respective measuring accuracy known to the person skilled in the art are included.
Das erfindungsgemäße Verfahren geht aus von der Erkenntnis, dass die Löslichkeit von Eisensulfat in Wasser oberhalb einer Temperatur von etwa 60°C abnimmt. Untersuchungen im Rahmen der Erfindung haben ergeben, dass bei einer Temperatur oberhalb von etwa 135°C die Löslichkeit von Eisensulfat geringer wird als die Löslichkeit bei 5°C, welche in technischen Systemen die untere Grenze der praktisch umsetzbaren Kühltemperatur darstellt. Üblicherweise werden mit Hilfe von Verdampfungskühlanlagen mit vertretbarem energetischen Aufwand jedoch minimale Temperaturen von ca. 15°C erreicht, bei denen die Eisensulfatlöslichkeit etwa 18 Gew.-% beträgt und somit 18 Gew.-% Eisensulfat in der Lösung (Mutterlauge) verbleiben (siehe
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden wässrige Eisensulfatlösungen und/oder -suspensionen über die Siedetemperatur, die sich bei Atmosphärendruck einstellt, hinaus erhitzt. Dabei sinkt die Löslichkeit von Eisensulfat mit steigender Temperatur und Eisensulfat-Monohydrat fällt aus. Bekanntermaßen geht die steigende Temperatur mit einer Druckerhöhung einher.In accordance with the present invention, aqueous solutions of iron sulfate and / or suspensions are heated above the boiling temperature which sets at atmospheric pressure. The solubility of iron sulfate decreases with increasing temperature and iron sulphate monohydrate precipitates. As is known, the rising temperature is accompanied by an increase in pressure.
In einer besonderen Ausführung der Erfindung wird die Lösung auf über 110°C, insbesondere auf 135°C bis 220°C und insbesondere bevorzugt auf 140°C bis 160°C erhitzt. Die Temperatur von 160°C wird beispielsweise bei einem Druck von etwa 6 bar erreicht. Die Untersuchungen im Rahmen der vorliegenden Erfindung haben ergeben, dass die Eisensulfatlöslichkeit bei 140°C etwa 12 Gew.-% und bei 160°C etwa 6 Gew.-% beträgt und damit deutlich niedriger liegt als bei den bekannten auf einem Schmelzprozess basierenden Verfahren.In a particular embodiment of the invention, the solution is heated above 110 ° C, in particular at 135 ° C to 220 ° C and particularly preferably at 140 ° C to 160 ° C. The temperature of 160 ° C is achieved for example at a pressure of about 6 bar. The investigations in the context of the present invention have shown that the iron sulphate solubility is about 12% by weight at 140 ° C. and about 6% by weight at 160 ° C. and is thus significantly lower than in the known processes based on a melt process.
Ein schematisches Fließbild des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt
Die Mischung I wird in ein beheizbares Druckgefäß (Autoklav) (
Anschließend erfolgt die Abtrennung (
In einer besonderen Ausführung wird das ausgefallene Eisensulfat-Monohydrat abgezogen und einem Zyklon oder vorzugsweise einer Dekanterzentrifuge zugeführt. Letztere ist bevorzugt beheizt und ebenfalls druckfest ausgeführt, um eine Abtrennung des Eisensulfat-Monohydrats ohne Wiederanlösung zu ermöglichen.In a particular embodiment, the precipitated iron sulfate monohydrate is withdrawn and fed to a cyclone or preferably a decanter centrifuge. The latter is preferably heated and also pressure-resistant, to allow separation of the iron sulfate monohydrate without redissolving.
Die Lösung II (
In einer alternativen Ausführung der Erfindung wird der in der Lösung II (
Das erfindungsgemäß gewonnene Eisensulfat-Monohydrat kann in bekannter Weise verwendet werden, beispielsweise in der Wasseraufbereitung, als Reduktionsmittel allgemein und insbesondere zur Chromatreduktion in Zement. Des Weiteren besteht die Möglichkeit zur Weiterverarbeitung zu Eisenoxidpigmenten oder zur Herstellung von Schwefelsäure über ein Röstverfahren.The iron sulfate monohydrate obtained according to the invention can be used in a known manner, for example in water treatment, as a reducing agent in general and in particular for chromate reduction in cement. Furthermore, there is the possibility for further processing into iron oxide pigments or for the production of sulfuric acid via a roasting process.
Das erfindungsgemäß hergestellte Eisenoxid und Eisenhydroxid kann allgemein in Entschwefelungsverfahren eingesetzt sowie weiter zur Herstellung von Eisenoxidpigmenten oder Roheisen verwendet werden.The iron oxide and iron hydroxide produced according to the invention can generally be used in desulfurization processes and can furthermore be used for the production of iron oxide pigments or pig iron.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 1230409 [0007] DE 1230409 [0007]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
-
Gmelins Handbuch der anorganischen Chemie, System-Nr. 59 „Eisen”, Teil B-Lieferung 2, 8. Aufl. 1930, S. 401 [0013] Gmelin's Handbook of Inorganic Chemistry, System-No. 59 "Iron", Part B-
Delivery 2, 8th Ed. 1930, p. 401 [0013]
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