DE2537893A1 - Verfahren zur reinigung von ammoniumsulfathaltigem rueckstandswasser - Google Patents

Verfahren zur reinigung von ammoniumsulfathaltigem rueckstandswasser

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DE2537893A1 DE19752537893 DE2537893A DE2537893A1 DE 2537893 A1 DE2537893 A1 DE 2537893A1 DE 19752537893 DE19752537893 DE 19752537893 DE 2537893 A DE2537893 A DE 2537893A DE 2537893 A1 DE2537893 A1 DE 2537893A1
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Description

wasser
In früheren französischen Patentschriften wurden mehrere Verfahren zur Behandlung von Rückstandswasser beschrieben, das Schwefelsäure, Ammoniumsulfat und / oder Schwermetallsulfate enthält (EN 73/42940, 73/24127, 73/43318, 74/08095).
Alle früher dargestellten Ausführungsformen sind dadurch, gekennzeichnet, daß sie Bariumsulfid verwenden, das durch, selektive Reduktion von Bariumsulfat mit Kohlenstoff gemäß der Reaktion erhalten wird, die folgendermaßen lautet:
BaSO. + 2C
■* BaS + 2 CO,
Die Verwendung von Kalziumsulfid, einem weniger kostspieligen und weniger schwer zu behandelnden Reagenz als Bariumsulfid, kann im Verhältnis zu der Schwierigkeit, die von der schlechten Selektivität der Reduktion von Kalziumsulfat herrührt, nicht geplant werden.
In der Tat führt die Reduktion von Kalziumsulfat, die gewöhnlich
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zwischen 900 und 1 2000C ausgeführt wird, zu einer Mischung CaO CaS gemäß folgendem vereinfachtem Schema:
CaS0 ^ (1 - x) CaO + χ CaS + (1 - x) SO2
Außerdem bilden sich Kohlenstoffoxyde und Wasser.
Gemäß den in dem Reduktionsofen verwirklichten Bedingungen erhält man gegebenenfalls Kalziumoxyd und Kalziumsulfid in einem MoI-
CaS
Verhältnis 7T~q zwischen Null und ungefähr 5 bis 10, wobei diese maximalen Werte dem bekannten Grenzwert der Selektivität bei der Reduktion von CaSO. zu CaS mit klassischen Mitteln entsprechen. Es ist also nicht möglich, nur Kalziumsulfid als Produkt dieser Reaktion zu erhalten.
Das Verfahren, das der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, ermöglicht es, diese Schwierigkeit zu überwinden und ein Ammoniumsulfat und gegebenenfalls lösliche Metallsulfate enthaltendes Rückstandswasser mit irgendeiner Mischung aus CaS und CaO zu behandeln.
Es ermöglicht, den größten Teil des Schwefels als elementaren Schwefel zu gewinnen.
Die Metallsulfate werden, wenn sie vorhanden sind, als gefällte und filtrierte Sulfide und / oder Hydroxyde zurückgewonnen. In dem !fall einer Gewinnung als Sulfide werden diese gegebenenfalls einem Brennprozeß unterworfen. Das verdünnte SOp-Produkt wird sodann in das allgemeine Schema der Rückgewinnung zurückgeführt.
Das Verfahren, das der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist,
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ist dadurch gekennzeichnet, aaß
a) man das Rückstandswasser mit einer Mischung aus Kalziumoxyd und Kalziumsulfid und mit Ammoniumsulfit reagieren läßt und man die Mischung aus dem gebildeten unlöslichen Kalziumsulfit und Kalziumsulfat aus der wässrigen Phase abtrennt;
b) man die Mischung aus Kalziumsulfit und Kaliumsulfat mit Kohlenstoff bei der Re dukt ions temperatur des Kalziumsulfats erhitzt, um ein Schwefeldioxyd enthaltendes Gas und eine Mischung aus Kalziumoxyd und Kalziumsulfid zu erhalten, und man die besagte Mischung in den Abschnitt (a) zurückleitet;
c) man die in dem Abschnitt (a) erhaltene wässrige Phase er-
-stoff;
wärmt, um ein SchwefelwasserYund Ammoniak enthaltendes Gas zu erzeugen;
d) man das in dem Abschnitt (c) erzeugte Gas mit Schwefeldioxyd reagieren läßt, wobei Schwefel und ein ammoniakhaltiges Gas erhalten wird und man den besagten Schwefel abtrennt;
e) man eine ]?raktion aus ammoniakhaltigem Gas, das aus dem Abschnitt (d) stammt, abtrennt und man eine andere Praktion dieses Gases mit Wasser und mit dem schwefeldioxydhaltigen Gas zusammenbringt, welches aus dem Abschnitt (b) stammt, wobei Ammoniumsulfit gebildet wird;
f) man wenigstens einen Teil des in dem Abschnitt (e) erhaltenen Ammoniumsulfits in den Abschnitt (a) zurückleitet»
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Als Ammoniumsulfit erwartet man in dem Abschnitt (a) das Ammoniumsulfit oder das Ammoniumbi-sulfit oder eine Mischung aus beidem.
Gewöhnlich verwendet man eine wässrige Lösung aus saurem und neutralem Ammoniumsulfit (Mol-Verhältnis NKL/SOp zwischen 1 und 2, vorzugsweise zwischen 1,2 und 1,6). Der Abschnitt (a) wird allgemein nahe bei Atmosphärendruck abgeführt, vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen 0 und 1000G.
Vorzugsweise verwendet man die Ammoniumsulfite in solchen Mengen, die ungefähr einem Mol S0? in gebundener Form pro Mol Kalziumoxyd entsprechen.
Das Mol-Verhältnis 0aS/0a0 wählt man vorzugsweise so hoch wie möglich. Unterhalb eines Verhältnisses von 0,5 ist das Verfahren weniger vorteilhaft; die üblichen Werte liegen zwischen 3 und 5 oder darüber und gehen - wenn man es erreichen kann - z.B.bis 10.
Vorzugsweise verwendet man ungefähr ein Mol Kalziumsulfid pro Mol Ammoniumsulfat·
Die Reaktionszeit liegt im allgemeinen zwischen 5 Minuten und 2 Stunden.
Der gefällte Teil, welcher aus Kalziumsulfid und Kalziumsulfat besteht, wird gefiltert und - wenn nötig - gewaschen, während das Piltrat, das Schwefelammonium und Ammoniak enthält, in eine Abdampfvorrichtung geleitet wird, in der man den Ammoniak und den Schwefelwasserstoff wiedergewinnt. Diese Ab dämpfvorrichtung besteht
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gegebenenfalls aus einer oder 2 Kolonnen, wenn man der Tatsache Rechnung trägt, daß der Schwefelwasserstoff leichter abzudampfen ist als der Ammoniak, wenn man sie alle beide abdampfen will. Die Abdampftemperatur ist z.B.80 bis 1200C.
Der Kuchen aus Kalziumsulfat und Kalziumsulfit wird in den Reduktionsofen gleichzeitig mit Kohlenstoff eingebracht. Die Menge Kohlenstoff und die anderen Betriebsbedingungen werden geregelt, um die Umv/aidlung wenigstens eines Teiles des CaSO. in CaO und CaS in einem vorherbestimmten Verhältnis zu erhalten. Als Quelle für den Kohlenstoff kann man Koks,.Kohle oder Kohlenwasserstoff verbindungen verwendenjwie auch immer ihr Schwefelgehalt ist.
Die Reduktion ist von der Bildung von verdünntem SOp in den Ofendämpfen begleitet. Wenn nötig, läßt man diese Dämpfe eine Veras chungsvorrichtung passieren, um alle schwefelhaltigen Verbindungen in SOo überzuführen.
Das durch Abdampfen von HpS und NEU befreite Wasser wird als gereinigtes Wasser ausgeworfen. Wenn man es wünscht, kann man einen Teil dieses V/assers dazu verwenden, um gewisse Flüsse und besonders den Fluß der zu behandelnden Charge zu verdünnen.
Der Ammoniak und der Schwefelwasserstoff, die man oben an der Abdampfvorrichtung erhält, werden in ein Reaktionsgefäß geleitet, in dem man durch den Kontakt mit S0? in einem Lösungsmittel gemäß einem bekannten Verfahren Schwefel erzeugt. Dieses Verfahren ermöglicht es, einerseits elementaren Schwefel zu erzeugen und andererseits ein ammoniakreiches Gas ohne schwefelhaltige Produkte
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in beträchtlichen Mengen freizusetzen.
Man erhält gegebenenfalls SOp, indem man einen Teil des erzeugten Schwefels verbrennt.
Den Ammoniak kann man - wenn nötig - nach lösen in Wasser verwenden;
tun saure Flüsse zu neutralisieren und den pH-Wert in den für die geplanten Fällungsbedingungen passenden Bereich zu bringen;
in den '
um däsVxn dem Verfahren erzeugten Dämpfen enthaltene verdünnte SOp zu absorbieren. Man bildet so die wässrige Lösung aus saurem oder neutralem Ämmoniumsulfit, die am Beginn der Behandlungsreihe verwendet wird, um mit der Charge des Rückstandswassers zusammengebracht zu werden;
als Produkt der Anlage.
Das beschriebene Verfahren enthält zahlreiche mögliche Ausführungsformen:
1. Um die Bildung von Thiosulfat durch eine Reaktion zwischen Sulfiten und Sulfiden zu vermeiden, ruft man gegebenenfalls eine sparsame Oxydation der Sulfitlösung in der Auffangvorrichtung für SOp hervor.
2. Pur konzentrierte Lösungen des Rückstandswassers führt man gegebenenfalls die Reaktion zur Fällung der Sulfate mit einer pulvrigen Mischung aus CaO und CaS aus, um eine halbfeste Paste zu erhalten, die gemäß einem früher beschriebenen Verfahren behandelt wird (EN 74/08095).
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3. Wenn lösliche Metallsulfate In dem Ruckstandswasser vorhanden sind, werden diese gegebenenfalls mit Ammoniak und / oder Schwefelwasserstoff gemäß "bekannten Verfahrensweisen "behandelt, um die entweder gemeinsame oder getrennte Fällung der Hydroxyde und Metallsulfide hervorzurufen. Diese Behandlungsweise, die vor dem Abschnitt (a) des Verfahrens ausgeführt wird, wird gegebenenfalls auf 3 verschiedene Weisen ausgeführt, welche dem Fachmann wohlbekannt sind:
a) Einwirkung von Ammoniak, wobei die Hydroxyde gefällt werden.
Abtrennung der Hydroxyde durch Filtrieren und Waschen.
Einwirkung von Schwefelwasserstoff im ammoniakalischen Milieu, wobei die Sulfide gefällt werden. Abtrennung der Sulfide durch Filtrieren und Waschen.
Diese Behandlungsweisen werden im allgemeinen nahe dem Atmosphärendruck und zwischen 50 und 800C ausgeführt.
b) Gleichzeitiges Einwirken von Ammoniak und Schwefelwasserstoff, wodurch die gleichzeitige Fällung der Hydroxyde und Sulfide hervorgerufen wird.
Abtrennung der Mischfällung und Waschen.
c) Einwirkung von Ammoniak, Fällung der Hydroxyde, sodann Einwirkung von Schwefelwasserstoff und Fällung der Sulfide über die schon gebildeten Hy-
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droxyde.
Abtrennung des gemischten Niederschlags und Waschen
Gemäß der Natur der zu fallenden Metalle setzt man die Mengen ^ und HpS fest, um die vollständige Fällung dieser Metalle zu erreichen. Pur den Pail, daß es wünschenswert erscheint, gewisse Metalle selektiv abzutrennnen, die als Sulfide im sauren Milieu fällbar sind, ist es begründet, das Milieu anzusäuern und die Behandlung mit Schwefelwasserstoff vor der Behandlung mit Ammoniak auszuführen und eine Zwischenfiltrierung der so gefällten Sulfide auszuführen.
Pur den Pail, daß die Menge der gefällten Metallsulfide eine Rückgewinnung des mitgerissenen Schwefels rechtfertigt, führt man gegebenenfalls einöiBrennprozeß des Niederschlags gemäß einem bekannten Verfahren aus. Die aus der Verbrennung stammenden Dämpfe, die verdünntes SOp enthalten, werden mit anderen Strömungen aus einem Dampf mit ähnlicher Zusammensetzung verbunden und wie diese in einem anderen Teil der Anlage behandelt, der später beschrieben wird.
Die folgenden Beispiele ermöglichen es, die verschiedenen Vorteile des Verfahrens und seine große Vielfältigkeit besser zu verstehen.
Um das Verständnis des Textes zu erleichtern, hat man die Reaktionsbilanzen ohne Verluste dargestellt und absichtlich bekannte Sekundärreaktionen vernachlässigt, die zu Unterprodukten führen, deren Gegenwart keine Nachteile im Ablauf des Verfahrens bringt : und die gegebenenfalls auf bekannte Art und Weise entfernt werden, z.B.
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durch Reinigung der abgeleiteten Strömungen. Genauso hat man darauf verzichtet, das Auftreten oder das Verschwinden von Wasser durch chemischen Reaktionen aufzuzeigen. Die Gesamtheit dieser Anordnungen ermöglicht es, die ganze Tragweite der beanspruchten Erfindung besser aufzuzeigen.
Die folgenden Beispiele v/erden zur Erläuterung dargestellt. Sie sollen keinesfalls als Einschränkung angesehen werden:
Beispiel 1
Das Beispiel hat 1 k-Mol Ammoniumsulfat zur Grundlage.
Die sulfithaltige Lösung enthält 0,1 k-Mol NH4SO5 und 0,1 k-Mol (NEL)2SO3 (Leitung 3) und wird mit der zu behandelnden Lösung, die 1 k-Mol (NIL)2SO4 (Leitung 1) enthält, in dem Reaktionsgefäß (4) gemischt, indem man ebenso 1 k-Mol CaS wie 0,2 k-Mol CaO, die aus der Leitung (5) von dem Reaktionsgefäß zur Reduktion von CaSO. (9) stammen, hinzufügt.
Es findet die folgende Reaktion statt:
(NH^)2SO4 + 0,1 NH4 H SO3 + 0,1 (NH4)2SO5 + 1 CaS + 0,2 CaO *0,2 CaSO3 + 1 CaSO4 + 1 (NH4)2S + 0,3 NH3 + 0,2 H3O
Im Laufe dieser Reaktion, die die Fällung der unlöslichen Kalziumsulfite und Kalziumsulfate bewirkt, ist es schwierig, die Bildung von Thiosulfaten zu vermeiden. Man muß die Menge des in das Milieu eingeführten Kalziums sorgfältig regeln, um diese Thiosulfate als lösliche Ammoniumsalze zu erhalten. 1 bis 5% der anfangs vorhan-
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denen Sulfite gehen schätzungsweise als Thiosulfate verloren.
Der filtrierte und über dem PiIter (7) gewaschene Niederschlag wird über die Leitung (8) in den Reduktionsofen (9) geleitet. 2 k-Mol Kohlenstoff werden ebenso in den Ofen über die Leitung (10) eingeführt. Die Temperatur beträgt ungefähr 1.100 C.
Die Reduktion wird gemäß folgender Reaktion ausgeführt: 0,2 CaSO3 + 1 CaSO^ + 2 C M CaS + 0,2 CaO + 0,2
Man kann die Bildung von CaO nicht vermeiden wie hoch auch immer die verwendete Menge Kohlenstoff sei. Das verdünnte SO2, das aus dem Ofen durch die Leitung (11) entweicht, wird vollständig verascht, bevor es in die Absorptionsvorrichtung (2) geleitet wird. Die gereinigten Gase entweichen durch die Leitung (12).
Die Mischung CaS - CaO wird durch die Leitung (5) in. das Reaktionsgefäß (4) zurückgeschickt. Das Eiltrat des Filters (7) wird durch die Leitung (13) in die Abdampfkolonne (14) geleitet, die durch die Leitung (24) mit Wasserdampf versorgt wird. Oben an der Abdampfkolonne gewinnt man 2,3 k-Mol NH^ und 1 k-Mol H2S (Leitung 18), die man in das Reaktionsgefäß zur Produktion von Schwefel (19) leitet, das ein flüssiges Polyäthylenglykol bei einer Temperatur von 130° C enthalt.
Das gereinigte Wasser fließt über die Leitung (15) ab. Bs enthält 1.500 ppm in Gewichtsanteilen Kalzium, berechnet in CaSO., und mindestens 100 ppm in Gewichtsanteilen H2S und NH5.
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Indem man außerdem 0,5 k-Mol SOp (Leitung 20) in das Reaktionsgefäß einfuhrt, bewirkt man gemäß einer früher bekannten Verfahrens weise die Bildung von 1,5 k-Mol elementaren Schwefel gemäß der folgenden Reaktion:
2,3 NH3 + 1 H2S + 0,5 SO2 > 1,5 S + 2,3 NH3 + H2O
Ein Teil des erzeugten Schwefels (0,5 k-Mol) wird in dem an das Reakti ons gefäß (23) angeschlossenen Brenner -verbrannt, um das für diese Reaktion notwendige SO2 (0,5 k-Mol) zu erzeugen. Deshalb ist die reine Erzeugung von Schwefel gleich einem k-Mol = 1 k-Mol. (Leitung 22).
Der oben an dem Reaktionsgefäß (19) über die Leitung (21) gewonnene Ammoniak wird in 2 Flüsse aufgeteilt. Der erste ITuß, der 0,3 k-Mol enthält, wird zu der Absorption durch die Leitung (16) geleitet. Der zweite Fluß, der 2 k-Mol NH, enthält, wird als Endprodukt der Reaktion in Gestalt einer wässrigen Ammoniaklösung aus dem Verfahren gezogen (Leitung 17).
In der Absorptionsvorrichtung (2) findet folgende Reaktion statt: 0,2 SO2 + 0,3 NH3 + 0,2 H2O >0,1 NH4H SO3 + 0,1
Die Gesamtgleichung des Verfahrens lautet:
(NH4)2S04 + 2 G + 0,5 O2 > 1 S + 2 NH3 + 2 CO2 +
Der praktische Ertrag als Schwefel beträgt 99%. Der praktische Ertrag als Ammoniak beträgt 95%.
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Beispiel 2
Man wiederholt Beispiel 1, indem man für 1 k-Mol Ammoniumsulfat 0,5 k-Mol NH4 H SO5 und 0,5 k-Mol (NH^)2SO3 verwendet. Man benützt 1 k-Mol CaS und 1 k-Mol GaO.
Der Niederschlag wird von 1 k-Mol CaSO. und 1 k-Mol CaSO, gebildet und die wässrige Phase enthält 1 k-Mol (NH,)2S und 1,5 k-Mol NH,.
Die zur Reduktion notwendige Menge Kohlenstoff wird nicht geändert und man erhält 1 k-Mol CaS, 1 k-Mol CaO und 1 k-Mol
Durch Abdampfen des Piltrats erhält man 1 k-Mol H2S und 3,5 k-Mol NH3.
Man erhält außerdem eine reine Produktion von 1 k-Mol Schwefel. Der gewonnene Ammoniak wird in 2 Flüsse aufgeteilt: einer (1,5 k-Mol) wird zur Absorption von SO2 geleitet, der andere ( 2 k-Mol) ist ein Produkt des Terfahrens.
Der praktische Ertrag der Schwefelgewinnung beträgt 98,5%. Der praktische Ertrag der Ammoniakgewinnung beträgt 95,090.
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Claims (9)

  1. Patentansprüche
    1, Verfahren zur Behandlung eines ammoniuBisulfathaltigen Ruckstand> wassers im Hinblick auf die Schwefelgewinnung als Elementarschwefel, dadurch gekennzeichnet, daß
    a) man das Rückstandswasser mit einer Mischung aus Kalziumoxyd und Kalziumsulfid und mit Animoniumsulfit reagieren läßt und man die Mischung aus den gebildeten unlöslichen Kalziumsulfiten und Kalziumsulfaten von der wässrigen Phase abtrennt;
    b) man die Mischung aus Kalziumsulfit und Kalziumsulfat mit Kohlenstoff bei der Re dukti ons temperatur des Kalziumsulfats erwärmt,um ein schwefeldioxydhaltiges Gas und eine Mischung aus Kalziumoxyd und Kalziumsulfid zu erhalten und man die besagte Mischung in den Abschnitt (a) zurückleitet;
    c) man die in dem Abschnitt (a) erhaltene wässrige Phase erwärmt, um ein Schwefelwasserstoff- und ammoniakhaltiges Gas zu erzeugen.
    d) man das in dem Abschnitt (c) erzeugte Gas mit Schwefeldioxyd reagieren läßt, um Schwefel und ein ammoniakhaltiges Gas zu erhalten und man den besagten Schwefel abtrennt;
    e) man eine Fraktion des ammoniakhaltigen Gases, das aus dem Abschnitt (d) stammt, abtrennt und man eine andere Fraktion dieses Gases mit Wasser und mit dem schwefeldioxydhaltigen Gas aus Abschnitt (b) zusammenbringt, um Ammoniumsulfit zu bilden;
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    f) man wenigstens einen Teil des in dem Abschnitt (e) erhaltenen Ammoniumsulfits in den Abschnitt (a) zurückleitet.
  2. 2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man ungefähr 1 Mol Kalziumsulfid pro Mol Ammoniumsulfat verwendet und man das Ammoniumsulfit in den Mengen verwendet, die ungefähr einem Mol Schwefeldioxyd als Sulfit pro Mol Kalziumoxyd entsprechen.
  3. 3· Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das
    von Kalziumoxyd und das Kalziumsulfid in einem Mol-Verhältnis^CaS/
    CaO verwendet, das mindestens 0,5 ist.
  4. 4. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man Kalzrumoxyd und Kalziumsulfid in einem Mol-Verhältnis von CaS/ CaO zwischen 3 und 5 verwendet.
  5. 5. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückstandswasser auch lösliche Metallsulfate enthält und man vorher das Rückstandswasser mit Schwefelwasserstoff oder mit Ammoniak: behandelt, um die Metalle als Sulfide oder Hydroxyde zu fällen, man den Niederschlag abtrennt und die verbleibende wässrige Phase in den Abschnitt (a) leitet.
  6. 6. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwefelwasserstoff und der Ammoniak als Ammoniumsulfide eingeführt werden.
  7. 7· Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man Schwefelwasserstoff oder Schwefelammonium verwendet und man
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    sodann die gebildeten Metallsulfide "brennt, tun Schwefeldioxyd zu erzeugen, das man in dem Verfahren verendet.
  8. 8. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das in dem Abschnitt (d) verwendete Schwefeldioxyd aus der Verbrennung eines Teils des in demselben Abschnitt erzeugten Schwefels stammt·
  9. 9. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das in dem Abschnitt (a) verwendete Ammoniumsulfit als eine wässrige Lösung aus neutralem und saurem Ammoniumsulfit verwendet wird, deren Mol-Verhältnis von NHU/SO? zwischen 1,2 und 1,6 liegt.
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DE19752537893 1974-09-05 1975-08-26 Verfahren zur reinigung von ammoniumsulfathaltigem rueckstandswasser Withdrawn DE2537893A1 (de)

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