DE2158329B2 - Verfahren zur Herstellung von Natriumsulfat - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von NatriumsulfatInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
von Natriumsulfat aus Eisen(ll)-sulfat. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren
zur Herstellung von Natriumsulfat verbesserter Reinheit aus den im wesentlichen aus Eisen(II)-sulfat-hcptahydrat
bestehenden Nebenprodukten, die bei der Herstellung von Titandioxid aus Ilmenit über
das Sulfat anfallen. Da das so gewonnene Eisen(II) sulfat-hcptahydrat jedoch nur begrenzt verwendbar
ist. hauptsächlich wegen seines hohen Gehalts an Verunreinigungen, und seine direkte Ableitung in Gewässer
starke Verschmutzungen verursacht, muß es in Produkte umgewandelt werden, die diesen Nachteil
nicht aufweisen. Vorzugsweise sollen diese Produkte gewerblich verwendbar sein.
Eisend I (-sulfat-hcptahydrat kann durch liehandlung
mit Natriumhydroxid in Natriumsulfat umgewandelt werden. Als Nebenprodukt entsteht Eisenhydroxid.
Das so erhaltene Natriumsulfat wird /. B. in der Papierindustrie zur Herstellung von I lilfsstoffen
für die Textilindustrie sowie bei der Herstellung von
synthetischen Tc\tilfasern und Waschmitteln ve ι aciidet.
Das aus dem Eisen(ll)-sulfat-heptahydrat des Titandioxid-Verfahrens
aus Ilmenit gewonnene Natriumsulfat läßt sich jedoch nicht direkt z, B. bei dei
Glasherstellung oder bei der Herstellung von pharmazeutischen Präparaten einsetzen, da hier ein hohei
Reinheitsgrad erforderlich ist. Für derartige Zwecke müßte dieses Natriumsulfat zahlreichen Reinigungsprozessen unterworfen werden, die jedoch aufgrüne
der damit verbundenen Schwierigkeiten unwirtschaftlieh
sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zui
Verfugung zu stellen, bei dem das Eisen(II)-sulfatheptahydrat direkt in hochreines Natriumsulfat umgewandelt
werden kann, das z. B. bei der Glasherstellung und insbesondere bei der Herstellung vor
pharmazeutischen Präparaten Verwendung findet.
Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung Natriumsulfat
mit den vorstehend beschriebenen Eigenschaften aus Eisen(II)-sulfat-heptahydrat herzustellen, da·
als Nebenprodukt bei der Gewinnung von Titandioxk aus Ilmenit über das Sulfat anfällt.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahrer zur Herstellung von Natriumsulfat aus Eisen(II)-sulfat,
das dadurch gekennzeichnet ist, daß mar Eisen(H)-sulfat und eine wäßrige Lösung, die Natri
umhydroxid in einer solchen Menge enthält, daß nach beendeter Umsetzung Na2SO4 in einer Konzentrator
von 22 bis 28 Gewichtsprozent vorliegt, zusammei mit Kohlendioxid in einer Menge, die geringer ist al;
die zur Bildung von Eisen(II)-carbonat stöchiometrisch erforderliche Menge, in ein mit einem Rührwerl
versehenes Reaktionsgefäß einspeist, das ausgefüllti Eisenhydroxid von der wäßrigen Lösung abtrennt, dei
verbleibenden Lösung Natriumhydroxid zur Ausfäl lung von Natriumsulfat zuführt und das ausgefällh
Natriumsulfat gewinnt.
Das erfindung gemäße Verfahren besteht im wesentlichen
darin, daß das Eisen(II)-sulfat-heptahydra und die wäßrige Natriumhydroxidlösung in einer sol
dien Menge verwendet werden, daß nach becndetei
Reaktion Na1SO4 in einer Konzentration von 22 bii
28 Gewichtsprozent, vorzugsweise von 24 bis 26 Ge wichtsprozent vorliegt. Vorzugsweise wird das Ver
fahren bei Temperaturen von 60 bis 100° C durchgc
führt.
Das Kohlendioxid wird in einer solchen Menge eingesetzt, daß das Molverhältnis von Kohlendioxid zuii
Eisen(II)-sulfat-heptahydrat 0,2:1 bis 0,7:1, vor
zugsweisc 0,4: 1 bis 0,6: 1 beträgt.
Zur kontinuierlichen Durchführung des Verfahren: werden das EisendI)-sulfat-heptahydrat und das Na
triumhydroxid zusammen mit dem Kohlendioxid in vorstehend angegebenen Temperaturbereich derart ii
das Reaktionsgefäß eingespeist, daß sich ein pH-Wer von 8 bis 12, vorzugsweise von 9 bis 11 einstellt.
Auf diese Art und Weise lassen sich Eisenhydroxu sowie andere Verunreinigungen in Form eines leich
filtrierbaren Niederschlags vollkommen abtrennen Die Filtration wird dadurch besonders erleichtert, vo
allem kann mit hoher Filtriergeschwindigkeit gearbei
fet werden. Die Filtrierbarkeitdes Niederschlags kant
noch verbessert werden, wenn man das Molvcrhältni: von Kohlendioxid zum Eisend I )-sulfat-heptahydra
auf 0.7:1 erhöht. Über diesen Maximalwert hinan: lassen sich keine weiteren Verbesserungen erzielen
Man darf jedoch nicht annehmen, daß sieh die I il
trierbarkeit des Niederschlags durch Änderung de chemischen Beschaffenheit des Niederschlag se lbs
verbessern läßt. Es wurde nämlich überraschenderweise gefunden, daß das Molverhältnis von
Eisen(II)-carbonat zu Eisenhydroxid im Niederschlag nicht über etwa 0,25:1 steigt, wenn man das Molverhältnis
von CO, zum Eisen(II)-su!fat-hcptahydrat anhebt.
Bei der kontinuierlichen Durchführung des Verfahrens wird der nach dem Ausfällen des Eisenhydroxids
verbleibenden Lösung Natriumhydroxid hinzugefügt, damit ein Teil des Natriumsulfats ausfällt, das
dann abgetrennt wird, während die restliche Lösung in das Eisen(II)-sulfat-heptahydrat enthaltende Reaktionsgefäß
zurückkehrt. Natriumhydroxid wird dabei in Form einer Lösung vorzugsweise in einer solchen
Menge und Konzentration verwendet, daß das Gewichtsverhältnis von Natriumhydroxid zu Natriumsulfat
in der flüssigen Phase zwischen 0,16:1 und 17,5:1 liegt.
Der Natriumsulfatniederschlag kann nach bekannten Methoden, z. B. durch Abschleudern, abgetrennt
werden. Die Mutterlauge wird kontinuierlich, nach erforderlicher Zugabe von Natriumhydroxid, in das
Reaktionsgefäß zurückgeführt.
Besonders günstige Ergebnisse werden erzielt, wenn man in das Eisen(II)-sulfat-heptahydrat enthaltende
Reaktionsgefäß die Nebenprodukte einspeist, die bei der Herstellung von Titandioxid aus Ilmenit
über das Sulfat anfallen. Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens gewinnt man aus diesen
Nebenprodukten auf einfache und wirtschaftliche Weise hochreines Natriumsulfat in einer Ausbeute
von 90 bis 99 Prozent sowie ein Produkt, das im wesentlichen aus Eisenhydroxid und uisen(II)-carbonat
besteht, das keine Umweltverschmutzung hervorruft.
Die Beispiele erläutern die Erfh. Jung.
Ein mit einem Rührwerk versehener Dreihalskolben wird mit einer 12,10 Gewichtsprozent NaOH und
10,68 Gewichtsprozent Na2SO4 enthaltenden Lösung
sowie mit dem aus der Aufarbeitung von Ilmenit gewonnenen Eisen(II)-sulfat-heptahydrat in solchen
Mengen beschickt, daß nach Beendigung der Umsetzung des Eisen(ll)-sulfat-hcptahydrats mit NaOH
Na2SO4 in einer Konzentration von 25 Gewichtsprozent
vorliegt. Das Eisen(I[)-sulfat-heptahydrat hat einen Gehalt an Eisenionen von 18 Prozent und an SuI-fationcn
von 32 Prozent. Es stellt sich ein pH-Wert von 9 ein. Die Umsetzung wird bei einer Temperatur
von 100" C durchgeführt. Das Eisen(II)-sulfat-heptahydrat
wird mit einer Geschwindigkeit von 0,5 kg/ Stunden eingespeist. Anschließend wird das Reaktionsgemisch
30 Minuten stehen gelassen, um ein Absetzen der Fällung zu ermöglichen. Das Gemisch
wird dann in einem aus Stahlgewebe bestehenden, mit Gummidichtung versehenen Filter filtriert. Mit einer
mechanischen Pumpe wird ein Restdruck von 20 Torr gehalten. Bildet sich auf dem Filter eine 19 mm dicke
Schicht, so bedeutet dies eine spezifische Filtrationsleistung von 43 kg/m'/Stundc.
Das Filtnit wird dann in einem Rcnktionsgcfüß hei
einer Temperatur von 80" C mit SOprozentiger Natriumhydroxidlösung
versetzt, um die Reaktionslösuiif:
des Iiisen(II)-suIfat-heptahydrats zu regenerieren. Das ausgefällte Natriumsulfat wird abzcntrifiigicrt,
mit einer natriumsulfathaltigcn Lösung gewaschen und getrocknet. Es weist folgende Zusammensetzung
;mf:
Fe = 4 ppm
Ca < 0,5 ppm
Mn < 2 ppm
Cr < 0,5 ppm
"1AI < 0,5 ppm
Mg = 1,5 ppm
Ti < 1 ppm
Ca < 0,5 ppm
Mn < 2 ppm
Cr < 0,5 ppm
"1AI < 0,5 ppm
Mg = 1,5 ppm
Ti < 1 ppm
Die Ausbeute beträgt 92 Prozent der Therrie.
Beispiel 1 wird wiederholt, jedoch wird zusätzlich zu der NaOH und Na2SO4 enthaltenden Reaktionslösung
Kohlendioxid zusammen mit dem Eisen(II)-sul-
i'' fat heptahydrat in einer solchen Menge in das Reaktionsgefäß
eingespeist, daß sich ein Molverhältnis von Kohlendioxid zu Eisen(H)-sulfat-heptahydrat von
0,2:1 ergibt. Die spezifische Filtrationsleistur.g beträgt
129 kg/mVStunde. Das Molverhältnis von
■*> Eisen(II)-carbonat zu Eisenhydroxid im erhaltenen
Niederschlag beträgt 0,13:1. Das Filtrat wird anschließend
wie in Beispiel 1 behandelt. Das so erhaltene Natriumsulfat weist folgende Zusammensetzung
auf:
'' Fe = 3,0 ppm
Ca < 0,5 ppm
Mn < 0,5 ppm
Cr < 0,5 ppm
AI < 0,5 ppm
i(l Mg = 0,8 ppm
i(l Mg = 0,8 ppm
Ti < 1 ppm
Die Ausbeute beträgt mehr als 99 Prozent der Theorie.
Beispiel 2 wird wiederholt, jedoch wird das Kohlendioxid in einer solchen Menge eingesetzt, daß sich
ein Molverhältnis von Kohlendioxid zu Eiscn(II)-sulfat-heptahydrat
von 0,4: 1 ergibt. Die spezifische Filtrationsleistung beträgt 160 kg/nr/Stunde. Das Molverhältnis
von Eisen(II)-carbonat zu Eisenhydroxid im Niederschlag beträgt 0,22: 1. Das als Endprodukt
erhaltene Natriumsulfat weist folgende Zusammensetzung auf:
Fc | = 2 ppm |
Ca | < 0.5 ppm |
Mn | < 0.5 ppm |
Cr | < 0,5 ppm |
Al | < 0,5 ppm |
Mg | < 0,5 ppm |
Ti | < I ppm |
Die Ausbeute beträgt mehr als 99 Prozent der
Theorie.
Beispiel 2 wird wiederholt, jedoch wird das Kohlendioxid in einer solchen Menge eingesetzt, daß sieh
ein Molverhältnis von Kohlendioxid zu Eiscn(ll)-sulfat-hcptahydrat
von 0.6: 1 ergibt. Die spezifische FiI-trationsleistung
betragt 177 kg/m'/Stundc. Das Molverhältnis von i;isen(II)-carboiKit zu Eisenhydroxid
im Niederschlag beträgt 0,24: I. Das als Endprodukt erhaltene Natriumsulfat weist folgende Zusammensetzung
aut:
Ke | < 0.5 | ppm |
Ca | < 0.5 | ppm |
Mn | < 0.5 | ppm |
Cr | < 0,5 | ppm |
Al | = 0.7 | ppm |
Mg | < 1 | ppm |
Ti | ppm | |
Die Ausbeute beträgt yS,5 Prozent der Theorie.
Beispiel 2 wird wiederholt, jedoch wird das Kohlendioxid in einer solchen Menge eingesetzt, daß sich
tin Molverhältnis von Kohlendioxid zu Eisen(II)-sulfat-heptahydrat von 1 : 1 ergibt. Die spezifische Filtra
tionsleistung beträgt lyft kg/rrr/Stunde. Das Mißverhältnis
von Eisen(II)-carbonat zu Eisenhydroxid im Niederschlag beträgt 0,25: 1. Das als Endprodukt erhaltene
Natriumsulfat weist folgende Zusammensetzung auf:
Fe | = 4 | ppm |
Ca | < 0.5 | ppm |
Mn | < 0,5 | ppm |
Cr | < 0.5 | ppm |
A! | < 0.5 | ppm |
Mg | = I | ppm |
Ti | < 1 | ppm |
Die Ausbeute beträgt etwa yK,5 Prozent der Theorie.
Claims (4)
1. Verfahren zur Herstellung von Natriumsulfat aus Eisen(II)-sulfat, dadurch gekennzeichnet,
daß man Eisen(II)-sulfat und eine wäßrige Lösung, die Natriumhydroxid in einer solchen
Menge enthält, daß nach beendeter Umsetzung Na1SO4 in einer Konzentration von 22 bis 28 Gewichtsprozent
vorliegt, zusammen mit Kohlendioxid in einer Menge, die geringer ist als die zur
Bildung von Eisen(II)-carbonat stöchiometrisch erforderliche Menge, in ein mit einem Rührwerk
versehenes Reaktionsgefäß einspeist, das ausgefällte Eisenhydroxid von der wäßrigen Lösung abtrennt,
der verbleibenden Lösung Natriumhydroxid zur Ausfällung von Natriumsulfat zuführt und
das ausgefällte Natriumsulfat gewinnt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Eisen(ll)-sulfat und
die Natriumhydroxidlösung bei Temperaturen von 60 bis 100° C zusammen mit dem Kohlendioxid
in einer solchen Menge einspeist, daß das Molverhältnis von Kohlendioxid zu Eisen(II)-suIfat 0,2:1
bis 0,7:1 beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man zur kontinuierlichen
Durchführung des Verfahrens das Eisen(II)-sulfat und die wäßrige Natriumhydroxidlösung derart in
das Reaktionsgefäß einspeist, daß sich ein pH-Wert von 8 bis 12 einstellt, wobei das Mol verhältnis
von Kohlendioxid zu Eisen(II)-sulfat im Bereich von 0,2: 1 bis 0,7:1 und die Temperaturen
im Bereich von 60 bis 100° C liegen.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß man der nach dem Ausfällen
des Eisenhydroxids verbleibenden, wäßrigen Lösung Natriumhydroxid in einer solchen Menge und
Konzentration zuführt, daß das Gewichtsverhältnis von Natriumhydroxid zu Natriumsulfat in der
flüssigen Phase zwischen 0,16:1 und 17,5: I liegt.
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