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Verfahren zum Umwandeln von Eisensulfat-Heptahydrat in Eisensulfat-Monohydrat
Es ist bekannt, Eisensulfat-Heptahydrat, das in großen Mengen, z. B. bei der Aufbereitung
von Titanoxydpigmenten und beim Beizen von Eisenmetallen anfällt, zu Eisensulfat-Monohydrat
aufzuarbeiten. Bei einem solchen bekannten Verfahren wird das Eisensulfat-Heptahydrat
auf eine Temperatur von mehr als 80°C erhitzt, so daß es in seinem Kristallwasser
schmilzt, dann wird es bis zum erneuten Kristallisieren auf dieser Temperatur gehalten,
und danach wird der Niederschlag, der hauptsächlich aus Eisensulfat-Monohydrat besteht,
heiß, bei Temperaturen über 50°C, abgetrennt.
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Bei einem anderen bekannten Verfahren wird das Eisensulfat-Heptahydrat
in einem Temperaturbereich von 64° C bis zum jeweiligen Siedepunkt aufgearbeitet,
und dabei wird fortlaufend oder intermittierend das Heptahydrat einem Brei mit einer
Temperatur von über 64°C und einer Gesamtkonzentration von 7 bis 9 Mol Wasser pro
Mol FeS04 zugeführt und Monohydratbrei in versprühbarer Form kontinuierlich oder
intermittierend abgezogen. Bei diesem bekannten Verfahren wird für das Aufheizen
des gesamten Ausgangs-Heptahydrates auf die angegebenen Temperaturen von mehr als
64°C eine relativ große Wärmemenge benötigt, was einen erheblichen Energieaufwand
bedeutet und demzufolge technisch nachteilig ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein zentrifugierbares Salz
in einem möglichst einfachen Verfahren bei geringem Wärmeaufwand zu erzeugen. Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mittels eines Verfahrens zum Umwandeln von Eisensulfat-Heptahydrat
in Eisensulfat-Monohydrat in einem Temperaturbereich, in dem neben der gelösten
Phase festes Eisensulfat-Monohydrat beständig ist, in gesättigter wäßriger Lösung,
das dadurch gekennzeichnet ist, daß einem Wirbelkristaller eine kristallfreie Lösung
und die notwendige Wärme zum Umschmelzen durch einen separaten Heizkreislauf mit
geringem Temperaturunterschied, z. B. von 0,5°C, zugeführt und die erhaltenen Monohydratkristalle
kontinuierlich abgetrennt werden.
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Hierbei kann das kalte Eisensulfat-Heptahydrat einem Lösebehälter
mit heißer kristallfreier Lösung zugegeben werden, von dem aus eine salzfreie, bei
der Mischungstemperatur annähernd gesättigte Lösung abgezogen und in den Kristal
lisierapparat übergeführt wird, wobei der Strom des Kristallbreies aus dem Kristallisierapparat
zur Salzabtrennung fest eingestellt wird. Die Temperatursteuerung im Kristallisierapparat
kann durch die Regelung des Heizkreislaufes erfolgen, wobei z. B. in der Dampfzuleitung
des Heizkörpers ein von der Temperatur im Kristallisierapparat gesteuertes Ventil
angeordnet ist. Die zur Erstellung des günstigen Feststoffmutterlaugenverhältnisses
im Kristallisierapparat notwendige Mutterlauge wird nach der Monohydratabtrennung,
z. B. in einer Zentrifuge, über ein Sammelgefäß in den Kristallisierapparat zurückgeführt.
Die bei der Umschmelzung anfallende kristallfreie gesättigte Mutterlauge wird in
an sich bekannter Weise durch Abkühlung in einem mehrstufigen Kristallisierapparat
zu Eisensulfat-Heptahydrat aufgearbeitet, das nach Abtrennung in einer Zentrifuge
zum Lösebehälter zurückgeführt wird.
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In der Zeichnung ist schematisch eine Anlage zum Ausüben des Verfahrens
gemäß der Erfindung dargestellt.
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Die dargestellte Anlage besteht im wesentlichen aus einem Kristallisierapparat
1. Mit diesem Kristallisierapparat steht über eine Pumpe 35 und ein Ventil 8 ein
Lösebehälter 2 in Verbindung, der seinerseits über eine Leitung 18 mit der Überlaufrinne
17 des Kristallisierapparates 1 verbunden ist. Außerdem ist der Kristallisator 1
über ein Ventil 25 und der Leitung 26 mit der Zentrifuge 27 verbunden, die über
den Behälter 3, die Pumpe 5 und die Leitung 6 ebenfalls mit dem Kristallisierapparat
in Verbindung steht.
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Die Wirkungsweise der Anlage ist folgende: Dem Lösebehälter 2 wird
das Eisensulfat-Heptahydrat gemäß dem Pfeil 4 zugesetzt. In diesem Lösebehälter
herrscht beispielsweise eine Temperatur von 70°C. Erreicht wird diese Temperatur
durch den Zulauf einer heißen, kristallfreien Lösung, die aus dem Kristallisierapparat
1 über die Leitung 18 dem Lösebehälter zugeführt wird.
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Aus diesem Lösebehälter wird die kristallfreie annähernd gesättigte
FeS04 Lösung von etwa 70°C durch die Pumpe 35 über die Leitung 7 und das Ventil
8 in den Kristallisierapparat 1 eingeführt. Zur Temperatureinstellung im Lösebehälter
2 wird die zwischen dem
Kristallisierapparat 1 und dem Lösebehälter
2 umlaufende Mutterlaugenmenge über das Ventil 8 geregelt.
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Der Kristallisierapparat 1 besitzt ein Leitrohr 9, das um die Propellerwelle
10 angeordnet ist. Es wird ein schmaler Ringspalt 11 zwischen diesem Leitrohr
9 und den beiden Rohrteilen 12 und 13 gebildet, wobei ein Saugspalt 14 vorgesehen
ist. Es entsteht hierdurch ein Zentralstrom und aus diesem ein Treibstrom für den
aus den Teilen 9, 12 und 13 gebildeten Injektor als Primärströmung und eine langsamere
Sekundärströmung durch den Saugspalt 14 des Injektors und den unteren äußeren Teil
des Kristallisierapparates. Unter dem kegeligen Einbau 16 befindet sich die ringförmige
Überlaufrinne 17 für die salzfreie gesättigte Lösung. Diese Lösung gelangt durch
die Leitung 18 in das Lösegefäß 2.
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Die notwendige Wärmezufuhr zum Aufheizen und Umschmelzen erfolgt durch
einen separaten Heizkreislauf, und zwar wird die heiße Lösung durch die Leitung
19 über die Pumpe 20 einem Heizkörper 21 zugeführt, von dem
aus durch die Leitung 22 die erwärmte Lösung dem Kristallisierapparat 1 wieder zugeführt
wird. Der Temperaturunterschied zwischen der dem Heizkörper zugeführten und abgeführten
Lösung beträgt vorteilhaft etwa 0,5 bis 2°-C.
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Zwischen dem Kristallisierapparat 1 und dem Lösebehälter 2 kann beispielsweise
mit Temperaturen von 95 und 70°C gearbeitet werden. Zwischen dem Kristalhsierapparat
1 und einem Dampfventil 23 befindet sich eine Regelverbindung 24 zur
Regelung der Dampfzufuhr zum Heizkörper, abhängig von der Temperatur der umlaufenden
Lösung.
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Der Abzug des Salzes erfolgt über das Ventil 25
durch die Leitung
26 zu einer Zentrifuge 27. Die Abzugsvorrichtung 25 wird fest eingestellt. Aus der
Zentrifuge 27 wird über den Austrag 30 das Monosulfat abgezogen. Die abgetrennte
Mutterlauge wird durch die Leitung 31 dem Sammelgefäß 3 und anschließend dem Kristallisierapparat
1 wieder zugeführt. Der Teil der gesättigten Mutterlauge, der jeweils beim Umschmelzen
von Hepta- auf Monohydrat anfällt, gelangt vom Kristallisierapparat 1 aus über die
Leitung 33 zur Mutterlaugenkristallisation im Mehrstufenkristallisator 32, aus dem
über die Leitung 34 ein Gemisch von gekühlter Mutterlauge und Heptahydrat abgezogen
wird. Beispiel In den Lösebehälter 2 werden kontinuierlich 1000 kg/ Std. Eisensulfat-Heptahydrat
mit einer Temperatur von 15°C bei Pfeil 4 zugeführt. Diese 1000 kg/Std. FeS04 -
7 H20 entsprechen etwa 547 kg/Std. FeS04 453 kg/Std. H20. Die Temperatur im Lösebehälter
2 55 betrug 70°C, die Temperatur im Kristallisierapparat 1 betrug 95°C.
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Durch Lösungszulauf vom Kristallisierapparat 1 zum Lösebehälter 2
wurde die Temperatur in dem Lösebehälter auf 70°C gehalten.
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Der erforderliche Wärmebedarf zum Schmelzen und Aufheizen der 1000
kg/Std. Heptahydrat auf 70°C betrug rund 37100 kcal/Std., die bei der Abkühlung
von 95 auf 70°C der in einer Menge von 1850 kg/Std. zwischen Kristallisierapparat
und Lösungsbehälter umlaufenden Mutterlauge entzogen wurden.
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Diese Wärmemenge sowie die weiteren Wärmemengen, die zur weiteren
Aufheizung auf 95°C sowie für die Kristallisation im Kristallisierapparat 1 erforderlich
waren, wurden über den Heizkörper 21 in den Prozeß eingebracht und betrugen insgesamt
etwa 76 700 kcal/Std., wobei im Heizkreislauf etwa 193 t/ Std. Mutterlauge bei einer
Temperaturerhöhung von 0,5°C umgewälzt wurden. Die erforderliche Heizdampfmenge
betrug bei einem Dampfdruck von 2 ata 1460 kg/Std. Der Zentrifuge 27 liefen vom
Kristallisator 1 her 1000 kg/Std. gesättigter Mutterlauge zu, aus welcher bei Pfeil
30 455 kg/Std. FeS04 -1 H20 abgezogen wurden. Die restlichen 545 kg/Std. Mutterlauge,
die ihrerseits 140 kg/Std. FeS04 und 405 kg/Std. Wasser enthielten, wurden in den
Kristallisator 1 zurückgegeben. Von dort aus wurde die überschüssige Menge von 545
kg/Std. über die Leitung 33 in den Mehrstufen-Kristallisator 32 übergeführt.