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VERFAHREN UND EINRICHTUNG FUR DIE REINIGUNG VON .fASSBJ^LOSUNGE,N
VON METALLSALZEN LZt'M (Priorität: 12. Dezember 1973 - Bulgarien - Nr. 25 224) Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung-für die Reinigung
von Wasserlösungen von Metallsalzen, insbesondere Zinksulfat-Wasserlösung von Kupfer
und Cadmium.
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Es sind Verfahren bekannt, bei denen die Reinigung mit Zinkpulver
durch Mischen in Mischern mit einem Rauminhalt von 50 bis 100 m3 erfolgt. Das aus
der Lösung zementierte Kupfer und Cadmium werden in der Form von Kupfer-Cadmiumkuchen
durch Filtrierung entfernt.
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Die Nachteile dieses Verfahrens sind: die Verwendung von Zinkpulver,
das nach einem komplizierten technologischen Schema erhalten wird, wobei unvermeidlich
Metallverluste entstehen; der Verbrauch von Zinkpulver ist mehrfach größer als der
stöchiometrisch erforderliche; der Verbrauch ist besonders groß, wenn ein hoher
Reinigungsgrad vom Kupfer und Cadmium hunter 0,2 mg/lit) erzielt werden muß; der
Reinigungsvorgang dauert
lang, was zur Rücklösung des zementierten
Kupfers und Cadmiums führt, d.h. zu ihrem hohen Gehalt in der gereinigten Lösung.
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Es ist auch ein Verfahren bekannt, bei dem die Reinigung in einer
Kolonne mit pulsierender Schicht aus Zinkgraxlulat erfolgt Die Rllsierunro des Granulats
wird durch einen Pulsiermechanismus mit einer Amplitude von 1 1,5 bis 3 cm und einer
Frequenz von 180 bis 200 Bewegungen pro Minute hervorgerufen.
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Zur Erzielung der erforderlichen Volumenpulsierung des Granulats weist
die Einrichtung eine kegelige Form auf.
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Die Nachteile dieses Verfahrens liegen darin, daß diese Pulsierungen
geringe Versetzungen der sich dicht aneinander berührenden Zinkgranalien hervorrufen.
Die von dieser Versetzung der Granalien hervorgerufenen Reibungskräfte sind schwach
und einseitig. Sie sind nicht genügend groß für die völlige Abtragung das sich auf
der Oberfläche der Zinkgranalien bildenden Kupfer-Cadmiumkuchens. Dieser wird an
die Oberfläche der Zinkgranalien gepreßt und unterbricht allmählich den Kontakt
der Lösung mit dem Zink. Die sich aufwärts bewegende Lösung hilft zur Abtragung
des Kuchens, doch diese Hilfe ist gering, infolge ihrer niedrigen Geschwindigkeit.
Aus diesem Grund verschwindet allmählich die gesamte Reaktionsoberfläche der Granalien.
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Die Geschwindigkeit der Reaktion nimmt dauern ab und die Reinigung
der Lösungen von Kupfer und Cadmium wird verschlechtert.
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Infolge des~Verdichtens der Granalienschicht in der Reaktionskammer
wird nicht die gesamte Kuchenmenge, die für eine Zeiteinheit abgeschieden wird,
hinausgetragen. Der in der Kammer verbleibende Kuchen verstopft allmählich die Poren
zwischen den Granalien. Dies führt zwangslOufig zur Unterbrechung des Vorgangs.
Das Verfahren hat keine Anwendung und Verbreitung gestunden.
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Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
und eine Einrichtung für einen hohen Reinigungsgrad
einer Zinklösung
von Kupfer und Cadmium zu schaffen, bei denen die genannten Nachteile vermieden
werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren besteht im folgenden.
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Die von Kupfer und Cadmium zu reinigende Lösung wird unter DlOk in
eine mit 7qrnkGranalien geftillte Re,akt,inmskammer Zll.s gefu}=t. Als Ergebnis
der hohen Geschwindigkeit der Bewegung der Lösung werden die Granalien intensiv
bewegt. Für diesen Zweck muß die Geschwindigkeit der Lösung von 0,08 bis 0,50 m/
sec betragen. Die Granalien führen eine intensive turbulente Bewegung in der ganzen
Höhe der Reaktionskolonne aus. Als Ergebnis entstehen beträchtliche Reibungskräfte.
Sie entstehen sowohl infolge der Berührung der Granalien untereinander und mit den
Wänden der Reaktionskammer, als auch mit der sich bewegenden Lösung. Der sich auf,
der Oberfläche der Zinkgranalien bildende Kupfer-Cadmillmkuchen wird augenblicklich
abgetragen und mit der Lösung aus der Reaktionskammer hinausbefördert. Die frei
werdende aktive Zinkoberfläche kommt in Reaktion mit dem sich in der Lösung befindenden
Kupfer- und Cadmiumsulfat. Diese Substitutionsreaktion dauert 2 bis 3 Sekunden.
Die stark entwickelte und dauernd erhaltene aktive Oberfläche der Zinkgranalien
gewährleistet eine konstante Geschwindigkeit und Vollständigkeit der stattfindenden
Reaktion.
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Die hohe Bewegungsgeschwindigkeit der Lösung und der Granalien erlaubt
kein Zurückbleiben von Kuchen in der Reaktionskammer, wodurch eine Kontinuität des
Arbeitsvorgangs gewährleistet wird. Die Geschwindigkeit des Zementationsvorgangs
wird vor allem von dem Verhältnis: aktiver Zementierungsagent zu beigemischtem Element
(1000:1) bestimmt.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht
aus drei Teilen: Verteilungseinrichtung 1 für die Zufuhr der Lösung, Reaktionskammer
2 zur Durchführung des Zementationsvorgangs und Einrichtung 3 zur Beschickung der
Reaktionskammer mit Zinkgranalien. Die Reaktionskammer 2 ist
mit
der Verteilungseinrichtung 1 durch den Flansch 4 und das Verteilungsgitter 5 verbunden.
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Die Form der Reaktionskammer ist zylindrisch. Dies ist eine erforderliche
Bedingung zur Erzielung einer konstanten Geschwindigkeit der sich bewegenden Lösung
in der gesamten Höhe der Reaktionskammer. Der Querschnitt der Reaktionskammer und
ihre Höhe werden von der Menge und der Geschwindigkeit der durchfließenden Lösung,
des gewünschten Reinigungsgrads der Lösung von Kupfer und Cadmium, und von dem Verhältnis
zwischen diesen Parametern bestimmt. Bei einem willkürlichen Durchmesser der Reaktionskammer
muß zur Erzielung einer Bewegung der Granalien zwecks guter Reinigung der Zinklösung
von Kupfer und Cadmium bei einmaligem Durchgang, die Höhe der Reaktionskammer größer
als 6 Meter sein.
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Die Vorteile des erfindungsgemäßen Vorgangs sind die folgenden: Der
Zementationsvorgang erfolgt mit Hilfe von Zinkgranalien, die bei niedrigen Selbstkosten
hergestellt werden; der Zinkverlust wird herabgesetzt; der Vorgang ist kontinuierlich
und hocheffektiv; die Lösung wird von Kupfer und Cadmium bis auf Spuren gereinigt,
und zwar ohne hohen Zinkverbrauch; der erhaltene Kupfer-Cadmiumkuchen ist zwei-bis
dreimal reicher an Kupfer und Cadmium und mehrfach ärmer an Zink; die Produktivität
der Cadmiumabscheidung wird stark erhöht und die Betriebskosten für die Verarbeitung
des'Kuchens werden herabgesetzt; der Kupfer-Cadmiumkuchen scheidet sich sehr schnell
von der flüssigen Phase beim Niederschlagen aus; das Verfahren ist universell und
kann auch bei anderen Zementationsvorgängen angewendet werden.
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Die Vorteile der erfindungsgemäßen Einrichtung sind: Die Abmessungen
des Zementators sind dutzende Male kleiner als die der bis jetzt verwendeten. Es
werden die gesamte Produktionsfläche
reduziert und die Kapitalanlagen
stark herabgesetzt.
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Die Erfindung wird durch das folgende Beispiel eingehender erläutert.
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Beispiel Die zylindrische Reaktionskammer wird mit einer Schicht aus
Zinkgranalien mit einer Dicke der unbeweglichen Schicht von 5 m und Granaliengröße
1 bis 5 mm beschickt. Beim Abbrechen des Vorgangs liegt im unteren Ende der Reaktionskammer
die Schicht aus Zinkgranalien auf einem Rost auf. Unter dem Rost ist die Verteilungseinrichtung
für die Zufuhr der ungereinigten neutralen Lösung angeordnet. Mit Hilfe einer Pumpe
wird die Lösung in die Verteilungseinrichtung zugeführt und gelangt durch den Rost
in die mit Zinkgranalien gefüllte Reaktionskammer. Als Ergebnis des Reaktionsprozesses
bildet sich auf der Oberfläche der Granalien ein schwammförmiger Kupfer-Cadmiumkuchen,
der von den Reibungskräften abgetragen wird; diese Reibungskräfte werden von der
Geschwindigkeit der Lösung (0,15 m/sec) hervorgerufen. Die Temperatur der zum Reinigen
zugeführten Lösung mit pH = 4,5 ... 4,6 beträgt 43 bis 46°C. Die aus dem Zementator
ausgehende Lösung mit pH = 5,2 5,3 ist schwarz gefärbt infolge des in ihr dispergierten
Kupfer-Cadmiumkuchens. Nach zwei Minuten klärt sich die Lösung.
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Die Ergebnisse einer beispielsweisen Verwirklichung der Erfindung
bei einer Geschwindigkeit der Bewegung der Lösung von 0,15 m/sec sind in der folgenden
Tabelle angegeben.
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Tabelle Wr. des Zusammensetzung Zusammensetzung Zusammensetzung des
Versuchs der Ausgangslö- der gereinigten Kupfer-CadmiumMusung, mg/lit Lösung, mg/lit
chens, % Cu Cd Cu Cd Cu Cd Zn 1 280 460 Spuren 0,8 12,30 16,70 22,45 2 400 430 Spuren
0,5 15,60 18,95 15,20 3 250 450 Spuren Spuren 16,11 30,47 5,30 4 300 470 Spuren
Spuren 16,96 28,30 7,20 Die Unterschiede in den Ergebnissen der-Zusammensetzung
der gereinigten Lösung in der Tabelle sind das Ergebnis der sich innerhalb bestimmter
Grenzen ändernden Bewegungsgeschwindigkeit der Lösung.