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Verfahren zur Herstellung von wasserfreiem Natriumcarbonat
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von
Natriumcarbonat mit verbesserten physikalischen Eigenschaften.
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Natriumcarbonat ist nach folgenden Verfahren hergestellt worden.
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(1) Ein rohes Natriumbicarbonat, das nach dem Solvay-Verfahren oder
dem Ammoniumchloridsoda-Verfahren erhalten wurde , wird calziniert und man erhält
Natriumcarbonat (leichte Soda).
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(2) Eine leichte Soda wird hydratisiert und man erhält Natriumcarbonat-Monohydrat.
Dieses wird calziniert, um Natriumcarbonat (schwere Soda) zuhalten.
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(3) Natriumhydroxid wird carbonisiert, um Natriumcarbonatmonohydrat
herzustellen. Seine Calzinierung liefert Natriumcarbonat (schwere Soda).
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Bel dem Verfahren nach Gleichung (1) liegt das rohe Natriumbicarbonat
in einer brtchigen kristallinen Form vor und wird daher bei der Umwandlung in leichte
Soda pulverisiett. Man erhält die Soda mit einem geringen Schüttgewicht von 0,8
bis 1,0. Sie ist daher nicht geeignet, um als Rohmaterial zur Glasherstellung verwendet
zu werden, was die Hauptverwendung von Natriumcarbonat ist. Für leichte Soda gibt
es nur geringe spezielle Verwendungsmöglichkeiten.
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Schwere Soda mit einem verbesserten Schüttgewicht von
1,0
bis 1,3 kann als Rohmaterial für Glas verwendet werden.
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Die durch Calzinierung von Natriumcarbonatmonohydrat gebildeten wasserfreien
Natriumcarbonatkristalle weisen jedoch dadurch, daß das Kristallwasser aus den Natriumcarbonatmonohydratkristallen
abgedamgtwurdo, eine poröse Struktur mit feinen Hohlräumen auf. Folglich liegt das
Schüttgewicht unter 1,3, das wasserfreie Natriumcarbonat wird während seiner Handhabung
pulverisiert und weist geringe Fließfähigkeit auf. Es gibt viele Nachteile, die
verbessert werden sollten. Schwere Soda liegt in der gleichen Form wie das Ausgangsmaterial
Natriumcarbonatmonohydrat vor. Um schwere Soda mit einer gewünschten Form-herzustellen,
muß man Natriumcarbonatmonohydrat mit der gewünschten Kristallform herstellen.
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Die Erscheinungsform der Natriumcarbonatmonohydrat-Kristalle ist die
hexagonaler Plättchen, die in ihrer Dicke dem rhombischen System entsprechen.Das
wasserfreie Natriumcarbonat hat,obwohl es umgewandelt wurde,demgemäß ebenfalls hexagonale
plättchenförmige Gestalt. Ein Produkt mit Teilchen dieser Struktur wird nicht in
dem Sinn verändert, daß daraus geringe Fließfähigkeit resultiert. Leichte Soda oder
schwere Soda wird vielmehr leicht in Natriumcarbonatmonohydrat überführt. Es ist
daher notwendig, bei seiner Handhabung diese Tatsache zu beachten.
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Die japanische Patentpublikation Nr. 16 664/1971 beschreibt einen
ähnlichen Prozeß wie die vorliegende Erfindung zur Herstellung von schwerer Soda.
Dabei werden Natriumcarbonathydratkristalle in einer wässrigen Lösung, die Natriumhydroxid
enthalten kann, in wasserfreie Natriumcarbonatkristalle umgewandelt und die Kristalle
direkt aus der Mutterlauge abgetrennt. Nach diesem bekannten Verfahren ist es notwendig,
die Uberfülirung in wasserfreies Natriumcarbonat bei Abwesenheit von Natriumhydroxid
unter Druck. vorzunehmen, da die wässrige Lösung einen Siedepunkt von 105 QC hat,
die Umwandlungstemperatur zur Überführung ins wasserfreie Natriumcarbonat jedoch
höher als 105 oC liegt.
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Wird die Umwandlung andererseits in Gegenvart Yon Natriumhydroxid
durchgeführt, um bei Atmosphärendruck arbeiten zu können, haftet Natriumhydroxid
an dem wasserfreien Natriumcarbonat. Bei dem erforderlichen Waschverfahren zur Entfernung
des Natriumhydroxids wird ein Teil des wasserfreien Natriumcarbonats hydratisiert
und man erhält wasserfreies Natriumcarbonat mit einem höheren Wassergehalt. Dieses
wasserfreie Natriumcarbonat hat weitere ungünstige Eigenschaften wegen seines relativ
geringen Schüttgewichts, seiner Pulverisierbarkeit und ungenügenden Fließfähigkeit.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Natriumcarbonat mit ausgezeichneten
Eigenschaften herzustellen. Solche Eigenschaften sind: Höheres Schüttgewicht als
das von schwerer Soda, die nach herkömmlichen Verfahren hergestellt wurde, nicht-hygroskopisches
Verhalten gegen Luftfeuchtigkeit, hohe Fließfähigkeit und große Härte, wodurch seine
Pulverisierung verhütet wird.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird dadurch gelöst, daß man ein wasserfreies
Natriumcarbonat erzeugt, indem man Natriumcarbonatmonohydrat in wasserfreies Natriumcarbonat
überführt, und zwar durch seine Umwandlung in gesättigter wässriger Lösung von Natriumcarbonat
mit einem Gehalt von 10 bis 22 Gew.-% Natriumchlorid, die auf eine Temperatur erhitzt
wird, die 3 bis 7 ° höher als die Übergangstemperatur liegt.
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Figur 1 zeigt einen Temperaturbereich für das Verfahren zur Umwandlung
von Natriumcarbonatmonohydrat in wasserfreies Nattiumcarbonat, und zwar abhängig
von der Konzentration an Natriumchlorid in einer gesättigten wässrigen Lösung von
Natriumcarbonat.
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Die Erfindung betrifft die Tatsache, daß die Umwandlung von Natriumcarbonatmonohydrat
in wasserfreies Natriumcarbonat unter den speziellen Bedingungen der Gegenwart einer
bestimmten Konzentration von Natrium:hlorid nach einem anderen Umwandlungsmechanismus
verläuft Dabei können die
oben erwähnten Nachteile der herkömmlichen
Verfahren überwunden werden.
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Die Bedingungen des erfindungsgemäßenVerfahrens und die dabei erzielten
Effekte sollen näher erläutert werden.
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Wenn Natriumcarbonatmonohydrat in ein Kristallisiergefäß gegeben wird,
das auf eine höhere Temperatur als die Ubergangstemperatur geheizt ist, vollzieht
sich der Übergang in folgenden Schritten: Auflösung von Natriumcarbonatmonohydrat
--c Bildung einer Übersättigung an Natriumcarbonat ~ Wachstum von Kristallen des
wasserfreien Carbonats oder Wachstum seiner Kristallkeime.
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Kristallkeime, die in Gegenwart von Kristallen gebildet werden, werden
gewöhnlich als sekundäre Kristallkeime bezeichnet.
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Falls sekundäre Kristallkeime des wasserfreien Natriumcarbonat gezüchtet
werden, werden gewöhnlich nur flache Kristalle gebildet. Falls angestrebte Kristallkeime
vorliegen bevor man das Natriumcarbonatmonohydrat zugibt, werden die gewünschten
rund geformten Kristalle bei dem Wachstum der zunächst vorliegenden Kristalle gebildet.
Wenn man jedoch weiterhin Natriumcarbonatmonohydrat zugibt, werden die Kristalle
flach und weisen eine Schüttdichte von 1,0 bis 1,3 auf.
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Wenn jedoch Natriumcarbonatmonohydrat zur Umwandlung in wasserfreies
Natriumcarbonat in Gegenwart von 10 bis 22 Gew.-% Natriumchlorid bei einer Temperatur
von 3 bis 7 OC höher als die Umwandlungstemperatur eingesetzt wird, werden keine
sekundären Kristallkeime gebildet, die zum Wachstum von flachen Kristallen führen,
sondern es entstehen stäbchenförmige sekundäre Kristallkeime, die bei ihrem Wachstum
kugelförmige Kristalle bilden.
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Es ist nicht klar, warum abhängig von den Bedigungen die Eigenschaften
der entstehenden sekundären Kristallkeime unter schiedlich sind. Aus der Beobachtung
folgt, daß die Kristallkeime nicht aus der Lösung gebildet werden, sondern in dem
Fall, daß stäbchenförmige sekundäre Kristalkeime entstehen, diese aus inneren Teilen
der Kristalle von Natriumcarbonatmonohydrat entstehen. Das heißt, die Auflösung
des Natriumcarbonatmonohydrats wird gestoppt wenn die Kristallkeime gebildet werden
und das Natriumcarboantmonohydrat wird in wasserfreies Natriumcarbonat umgewandelt,
ohne daß eine Auflösung stattfindet. Folglich werden die Kristalle des Natriumcarbonatmonohydrats
in Agglomerate von Kristallkeimen des wasserfreien Natriumcarbonats umgewandelt,
die durch Schockeinwirkung,wie Rühren, zerfallen.
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Ein solches Phänomen wird bei einer Bedingungldie außerhalb der oben
erwähnten Bereiche liegt, im wesentlichen nicht beobachtet.
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Auf diese Art und Weise werden die physikalischen Eigenschaften bemerkenswert
verbessert. Um kugelförmige Kristalle von wasserfreiem Natriumcarbonat herzustellen,
ist es wichtig, die geeignete Bedingung zur Bildung der stäbchenförmigen sekundären
Kristallkeime zu wählen. Der zusätzliche Gesichtspunkt von Verunreinigungen hat
einen geringeren Effekt, obwohl Verunreinigungen in der Lösung vorhanden sind. Das
heißt, der Effekt der Verunreinigung ist im wesentlichen vernachlässigbar, weil
die sekundären Kristallkeime nicht aus der Lösung gebildet werden und weil außerdem
der Effekt einer geringen Menge von Verunreinigungen die Kristallisation nicht wesentlich
beeinflusst, weil die stäbchenförmigen sekundären Kristallkeime die Fähigkeit haben,
zu kugelförmigen Kristallen heranzuwachsen. Nur Sulfationen beeinflussen das Wachstum
der stäbchenförmigen sekundären Kristallkeime.
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Falls der Gehalt an Sulfationen großer als 0,2 Gew.-% (als Nu2804)
ist, wird eine Tendenz zur Bildung flacher aus kugelförmigen Kristallen bewirkt
und wasserfreies Natriumcarbonat mit den ausgezeichneten Eigenschaften kann gewöhnlich
nicht
erhalten werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird näher erläutert. Als Rohmaterial
kann Natriumcarbonatmonohydrat verwendet werden, das dadurch erhalten wurde, daß
man leichte Soda herstellt und diese hydratisiert. Die leichte Soda kann durch Calzinieren
eines rohen Natriumbicarbonats aus dem Solvay-Verfahren oder dem Ammoniumchlorid-Prozeß
erhalten worden sein. Das Natriumcarbonatmonohydrat kann auch durch Carbonisieren
einer wässrigen Lösung von Natriumhydroxid erhalten worden sein. - Das Rohmaterial
kann ebenfalls ein Natriumcarbonatmonohydrat.sein, das durch Carbonisieren einer
Elektrolyselösung, wie sie bei einer Diaphragma-Elektrolyse von Natriumchlorid erhalten
wird, mit Kohlendioxidgas oder Natriumbicarbonat hergestellt wurde.
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Die aus der Diaphragmaelektrolyse von Natriumchlorid stammende Elektrolyselösung,
aus der durch Carbonisieren eine Aufschlämmung von Natriumcarbonatmonohydrat erhalten
wird, enthält Natriumchlorid und kann zur Überführung in das wasserfreie Natriumcarbonat
ohne Abtrennung der Kristalle usw.
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in ein Kristallisiergefäß eingeführt werden.
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Falls der Gehalt an Sulfationen größer als 0,2 Gew.-% (als Na2 SO4)
ist, ist es bevorzugt, die Kristalle teilweise oder vollständig von der Mutterlösung
zu trennen, um das angestrebte wasserfreie Natriumcarbonat zu erhalten. Es'rist
sonst nicht möglitt-r77aem erfindungsgemäßen Verfahren entsprechendes wasserfreies
Natriumcarbonat zu erhalten, obwohl wasserfreies Natriumcarbonat auskristallisiert,
nachdem Natriumbicarbonat mit einer Elektrolyselösung umgesetzt wurde, die aus der
Diaphragmaelektrolyse von Natriumchlorid erhalten wurde.
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Es ist erforderlich, daß man in der gesättigten Lösung des Natriumcarbonats
in dem Kristallisationsgefäß eine Konzentration von 10 bis 22 Gew.-* an Natriumchlorid
schafft. Bei einer anderen Natriumchlorid-Konzentration können keine stäbchenförmigen
sekundären Kristallkeime gebildet werden und das angestreDte wasserfrele Natriumcarbonat
kann trotz Temperaturkontrolle
in dem Reaktionsgefäß nicht erhalten
werden.
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Es ist notwendig, daß der Übergang von Natriumcarbonatmonohydrat in
wasserfreies Natriumcarbonat bei einer Temperatur durchgeführt wird, die um 3 bis
7 °C höher liegt als seine Übergangs temperatur.
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Falls die Temperatur in dem Gefäß höher liegt als 7 °C über der Ubergangstemperatur,
werden Kristallagqlomerate gebildet, aber keine kugelförmigen Kristalle. Andererseits,
falls die Temperatur niedriger ist als 3 °C über der Übergangstemperatur können
die angestrebten Kristalle nicht erhalten werden, der Übergang in wasserfreies Natriumcarbonat
ist bemerkenswert langsam und es ist daher nicht praktisch, so zu arbeiten.
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Der Temperaturbereich von 3 bis 7 °C höher als die Ubergangstemperatur
ist in Abhängigkeit von der Konzentration an Natriumchlorid in der wässrigen gesättigten
Lösung von Natriumcarbonat in Abbildung 1 durch die schraffierte Fläche gezeigt.
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Die Übergangstemperatur wird durch folgendes Verfahren bestimmt: In
einen 1 l-Glaskolben werden 800 ml einer gesättigten wässrigen Lösung von Natriuncarbonat
und Watriumchlorid in der spezifizierten Konzentration gegeben lind unter Erhitzen
mit einem Heizer bei vermindertem Druck eingedampft, und zwar mit einer verdampfungsgeschwindigkeit
des Wassers von ungefähr 50 cm3/h. Dabei fallen Kristalle aus.
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Die Konzentrationen der Komponenten verändern sich in Abhängigkeit
von der Verdampfung des Wassers'und der Ausfällung von Kristallen. Eine wässrige
Lösung von Natriumcarbonat mit einer Konzentration von ungefähr 30 Gew.- wird über
einen Tropftrichter zugegeben.Sobald Kristalle ausfallen, werden diese Kristalle
analysiert,um zu bestimmen, ob Natriumcarbonatmonohydrat oder wasserfreies Natriumcarbonat
verliegt. Das Verfahren wird bei verschiedenen Temperaturen
in
unterschiedlichen Konzentrationen wiederholt. Die Temperatur, bei der eine Mischung
von Natriumcarbonatmonohydrat und wasserfreiem Natriumcarbonat gebildet wird, wird
als seine Ubergangstemperatur bezeichnet.
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Bemerkung Konzentration an Konzentration an Natriumchlorid NatrIumcarbonat
Beispiel 1 10 Gew.-% 20 Gew.-% Beispiel 2 15 Gew.-% 16 Gew.-% Beispiel 3 20 Gew.-%
11 Gew.-% Die lineare Wachstumsgeschwindigkeit der stäbchenförmigen sekundären Kristallkeime
ist ungefähr 0,06 mm/h. Eine angestrebte Länge des wassew reien Natriumcarbonats
kann dadurch erreicht werden, daß man eine Kristallverweilzeit für die gewünschte
Durchschnittslänge der Kristalle vorbestimmt. Die Aufschlämmung von wasserfreiem
Natriumcarbonat, wie sie durch die Umwandlung aus Natriumcarbonatmonohydrat in wasserfreies
Natriumcarbonat erhalten wird, kann durch geeignete Verfahren, wie Zentrifugieren,
. getrennt werden.
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Es ist möglich, die Kristalle des wasserfreien Natriumcarbonats zu
waschen, um Natriumchlorid zu entfernen.
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Die den Kristallen des wasserfreien Natriumcarbonats anhaftende Mutterlösung
kann durch Waschen mit Waschflüssigkeit entfernt werden. Die Menge der Waschflüssigkeit
kann mehrere Prozent, bezogen auf die Menge der Kristalle, ausmachen.
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Selbst wenn man kaltes Wasser als Waschflüssigkeit verwendet, wird
während des Waschens im wesentlichen keine Hydratation verUrsacht. Wenn die Kristalle
sofort nach der Trennung und dem Waschen getrocknet werden, ist es möglich, wasserfreies
Nattiumcarbonat mit einem Wassergehalt. von geringer als 1 Gew.-%, insbesondere
etwa 0,2 Gew.-'%, zu erhalten.
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Bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens werden näher erläutert.
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Die Lösung von Natriumcarbonat mit einem Gehalt an Natriumchlorid
in dem Kristallisationsgefäß ist'gesättigt, da Natriumcarbonatmonohydrat oder wasserfreies
Natriumcarbonat in Form einer Aufschlämmung vorliegt. Folglich kann die Lösung,
die in das Kristallisationsgefäß eingespeist wird, gesättigt oder nicht gesättigt
sein, sie sollte nur Natriumchlorid enthalten, damit die Konzentration von 10 bis
22 Gew.-% in dem Kristallisationsgefäß erreicht wird. Der Temperaturbereich 3 bis
7 °C über der Übergangstemperatur, wie er in Figur 1 gezeigt ist, reicht von (110,4
- 0,42 x) °C bis (114,4 - 0,42 x)°C, wobei x eine auf das Gewicht bezogene Konzentration
an Natriumchlorid bedeutet.
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Die Abtrennung des wasserfreien Natriumcarbonats von der Mutterlösung
sollte vorzugsweise so durchgeführt werden, daß bei der Trennung die Temperatur
des Gemisches über der Übergangstemperatur gehalten wird, wodurch die Umwandlung
des wasserfreien Natriumcarbonats in Natriumcarbonatmonohydrat verhindert werden
kann. Die Trennung wird vorzugsweise mit Hilfe einer Zentrifuge durchgeführt, um
die Zeit des Kontakts von wasserfreiem Natriumcarbonat mit der Mutterlösung bei
einer Temperatur unter der Übergangstemperatur abzukürzen.
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Das erhaltene wasserfreie Natriumcarbonat kann mit Wasser oder mit
einer wässrigen Lösung von Natriumcarbonat gewaschen werden. Es ist notwendig, die
Zeit des Kontakts der WaschflüsSigkeit mit dem wasserfreien Natriumcarbonat kurz
zu halten. Vorzugsweise wird die Waschflüssigkeit auf das wasserfreie Natriumcarbonat
gesprüht, das in einer Zentrifuge rotiert.
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Im folgenden werden weitere Eigenschaften des erhaltenen wasserfreien
Natriumcarbonats beschrieben.
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(1) Die Schüttdichte liegt im Bereich von 1,3 bis 1,6, was bemerkenswert
höher ist als die von herkömmlicher schwerer Soda.
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(2) Die Fließfähigkeit istausgezeichnet und ermöglicht so eine leicht
Handhabung.
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(3) Luftfeuchtigkeit wird im wesentlichen nicht absorbiert, selbst
bei der Lagerung an Luft.
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(4) Die Härte ist groß genug, um eine Pulverisation während der Handhabung
zu verhindern.
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Im folgenden wird die Erfindung durch Beispiele und Vergleichsbeispiele
näher erläutert.
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Beispiel 1 In ein 5 1 fassendes Kristallisationsgefäß, das vollständige
Durchmischung ermöglicht, speist man eine wässrige Lösung mit einem Gehalt von 15,5
Gew.-% Natriumcarbonat und 15,0 Gew.-% Natriumchlorid in einer Geschwindigkeit von
3200 g/h ein und gibt mit einer Geschwindigkeit von 1200 g/h hexagonale tafelförmige
Kristalle von Natriumcarbonatmonohydrat zu. (Eine Teilchengrößenverteilung ist in
Tabelle 1 gezeigt.) Das Natriumcarbonatmonohydrat wurde durch Hydratisierung von
leichter Soda erhalten, die aus einem Solvay-Verfahren stammte. Die Temperatur in
dem Kristallisationsgefäß wird auf 106 °C gehalten. Die resultierende Aufschlämmung
von wasserfreiem Natriumcarbonat wird bei 102 bis 104 OC mittels einer Zentrifuge
getrennt. Dabei erhält man einen Kuchen aus wasserfreien Kristallen in einer Menge
von 980 g/h und eine Mutterlauge mit einem Gehalt an 13.9 Gew.-% Natriumchlorid
und 16,5 Gew.-% Natriumcarbonat in einer Menge von 3420 g/h. Der Kuchen wird sofort
getrocknet und man erhält wasserfreie Kristalle.
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Die wasserfreien Kristalle sind im wesentlichen kugelförmige Kristalle
mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 350 , sie zeigen ausgezeichnete Fließfähigkeit
und eine Schüttdichte von 1,59, was im Hinblick auf die herkömmliche schwere Soda
unerwartet ist. Die wasserfreien Kristalle haben einen Wassergehalt von 0,3 Gew.-*
und einen Gehalt an Natriumchlorid von 0,4 Gew.-%. Die Kristalle wurden während
des Trennverfahrens in der Zentrifuge mit Wasser gewaschen, wobei die Menge des
Wassers 3 Gew.-% des Kuchens ausmachte. Dabei wird das Natriumchlorid im wesentlichen
entfernt. Der Wassergehalt wird nicht wesentlich vergrößert. Die anderen Eigenschaften
des wasserfreien Natriumcarbonats sind in der Tabelle 2 aufgeführt.
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Beispiele 2 bis 6 und Vergleichsbeispiele 1 bis 7 Die jeweiligen Umwandlungs-
und Testverfahren werden,wie in Beispiel 1 beschrieben, durchgeführt, mit der Ausnahme,
daß die Konzentration an Natriumchlorid in der Mutterlauge und die Temperatur in
dem Kristallisationsgefäß verändert werden.
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Die Ergebnisse sind in der Tabelle 2 aufgeführt.
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Beispiel 7 Das Verfahren von Beispiel 1 wird wiederholt mit der Ausnahme,
daß jetzt hexagonale tafelförmige Kristalle eines Natriumcarbonatmonohydrats verwendet
werden, die durch Umsetzung von Natriumbicarbonat mit einer Elektrolyselösung mit
einem Gehalt von 9,6 Gew.-% an Natriumhydroxid und 16,8 Gew.-% Natriumchlorid erhalten
wurden. Diese Elektrolyselösung stammt aus einer Diaphragmaelektrolyse von Natriumchlorid.
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Die Ergebnisse sind im wesentlichen die gleichen wie die von Beispiel
1.
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Beispiel 8 In ein 5 l fassendes Kristallisationsgefäß, , das vollständige
Durchmischung ermöglicht, wird eine wässrige Aufschlämmung mit der untenstehenden
Zusammensetzung eingespeist, und zwar in einer Menge von 4500 g/h, wobei die Temperatur
in dem Kristallisationsgefäß auf 106 °C gehalten wird. Die wässrige Aufschlämmung
mit einem Feststoffanteil von 30 Gew.-% enthält hexagonale plättchenförmige Kristalle
von Natriumcarbonatmonohydrat (eine Teilchengrößenverteilung wird in Tabelle 1 gezeigt)
und wurde dadurch erhalten, daß man eine aus einem Diaphragmaelektrolyseverfahren
von Natriumchlorid stammende Elektrolyselösung mit einem Gehalt von 9,6 Gew.-% Natriumhydroxid
und 16,8 Gew.-% Natriumchlorid mit Natriumbicarbonat umsetzt.
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NaCO 15,8 Gew.-% NaCl 15,1 Gew.-% Na2S04 0,2 Gew.-% andere.
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Das wasserfreie Natriumcarbonat wird nach dem Verfahren von Beispiel
1 abgetrennt. In der Tabelle 2 ist das Ergebnis aufgeführt. Die physikalischen Eigenschaften
sind wegen der Verunreinigung mit Na2S04 etwas schlechter. Die Mutter lauge enthält
14,0 Gew.-% Natriumchlorid und 0,2 Gew.-% Natriumsulfat.
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Beispiele 9 bis 11 Das Verfahren von Beispiel 1 wird wiederholt mit
der Ausnahme, daß man Na2S04 zu der wässrigen Lösung gibt, bis die jeweils spezifizierte
Konzentration an Natriumsulfat in der jeweiligen Mutterlauge erreicht ist. Das Ergebnis
ist in Tabelle 2 aufgeführt. Wenn die Konzentration an Natriumsulfat größer als
0,2 Gew.»% ist, gehen die kugelförmigen Kristalle in eine flache Form über.
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Vergleichsbeispiel 8 Das in Beispiel 1 verwendete Natriumcarbonatmonohydrat
wurde mit einem herkömmlichen Verfahren in schwere Soda konvertiert. Die phstsikalischen
Eigenschaften sind in Tabelle 2 aufgeführt.
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Messung der physikalischen Eigenschaften Schüttdichte: In einen 100
ml Meßzylinder gibt man 100 g der Probe und schüttelt den Meßzylinder bis keine
Volumenveränderung mehr beobachtet wird. Aus dem gemessenen Volumen und dem Gewicht
(100 g) wird die Schüttdichte berechnet.
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Wasseraufnahme 50 g einer Probe werden auf eine Glas schale mit einem
Durchmesser von 10 cm gegeben und bei 30 OC und einer relativen Luftfeuchtigkeit
von 50 z 14 Tage lang aufbewahrt. Die Gewichtszunahme wird bestimmt. Durch Division
des vergrößerten Gewichts durch das Ausgangsgewicht (50 g) wird die Wasserabsorption
bestimmt.
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Fließfähigkeit Es Wird die Zeit gemessen, in der 150 g einer Probe
durCh einen Glastrichter, dessen Hals einen inneren Durdhmesser von 4,5 mm hat,
durchlaufen.
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Tabelle t
| Maschen (µ) Natriumcarbonat- Natriumcarbonat- |
| monohydrat erhal- monohydrat aus |
| ten durch das einer Elektrolyse |
| Solvay-Verfahren lösung einer Dia- |
| phragmenelektroly- |
| se von Natrium- |
| chlorid |
| Gew.-% (Gew.-%) |
| +20 +840 0.1 2.4 |
| 20 - 24 840 - 710 0.5 9.0 |
| 24 - 28 710 - 590 3.1 14.1 |
| 28 - 35 590 - 420 19. 5 33. 8 |
| 35 - 70 420 - 210 62.5 32.3 |
| 70 - 100 210 - 149 10.3 5.0 |
| 100 - 145 149 - 105 2.8 2.0 |
| 145 - 300 105 - 46 1.0 1.1 |
| >300 (46 0.2 0.3 |
| durchschnittlicher |
| Teilshendurchmesser s |
Bemerkung: (in den Tabellenbedeutet:) Sp.: kugelförmige Kristalle Sp-fl.: wenig
flache Kristalle F1.: viele flache Kristalle Ag.: viele irreguläre Agglomerate Inc.:
unvollständig wasserfreie Kristallisation
Tabelle 2
| Beispiel Bsp.1 Bsp.2 Bsp.3 Bsp.4 Bsp.5 Bsp.6 |
| Bedingungen für den Kristall- |
| übergang |
| NaCl-Konzentration in der Mutterlösung 14 20 20 16 16 10 |
| (Gew.-%) |
| Na2SO4-Konzentration in der Mutter- 0 0 0 0 0 0 |
| lösung (Gew.-%) |
| Temperatur im Kristallisationsgefäß 106 103 105 105 107 106 |
| (°C) |
| Unterschied zur Kristallübergangs- 4.5 4 6 4 6 3 |
| temperatur (°C) |
| Physikalischen Rigenschaften des |
| wasserfreien Natriumcarbonats |
| Schüttdichte 1.59 1.52 1.51 1.60 1.55 1.45 |
| Wasserabsorption 1.3 1.5 1.6 1.4 1.3 2.0 |
| Fließfähigkeit (sec) 18.1 18.0 18.0 17.5 16.9 20.5 |
| Form der Kristalle Sp. Sp. Sp. Sp. Sp. Sp. |
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Fortsetzung Tabelle 2
| Beispiel Bsp.8 Bsp.9 Bsp.10 Bsp.11 Vgl.1 Vgl.2 |
| Bedingungen für den Kristall- |
| übergang |
| NaCl-Konzentration in der Mutterlösung 14 14 14 14 23 9 |
| (Gew.-%) |
| Na2SO4-Konzentration in der Mutter- 0.2 0.05 0.1 0.5 0 0 |
| Lösung (Gew.-%) |
| Temperatur im Kristallisationsgefäß 106 106 108 106 103 105 |
| (°C) |
| Unterschied zur Kristallübergangs- 4.5 4.5 4.5 4.5 5 1.5 |
| temperatur (°C) |
| Physikalischen Eigenschaften des |
| wasserfreien Natriumcarbonats |
| Schüttdichte 1.41 1.55 1.48 1.20 - - |
| Wasserabsorption 1.9 1.4 1.5 5.5 - - |
| Fließfähigkeit (sec) 19.7 18.3 18.0 29.0 - - |
| Form der Kristalle Sp-fl. Sp. Sp. Fl. Ag. Inc. |
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Fortsetzung Tabelle 2
| Beispiel Vg1.3 Vgl.4 Vgl.5 Vgl.6 Vgl.7 Vgl.8 |
| Bedingungen für den Kristall- |
| Übergang |
| NaCl-Konzentration in der Mutterlösung 22 20 20 16 12 - |
| (Gew.-%) |
| NaSO4-Konzentration in der Mutter- 0 0 0 0 0 - |
| lösung (Gew.-%) |
| Temperatur im Kristallisationsgefäß 106 107 101 103 105 - |
| (°C) |
| Unterschied zur Kristallübergangs- 8 8 2 2 2.5 - |
| temperatur (°C) |
| Physikalischen Eigenschaften des |
| wasserfreien Natriumcarbonats |
| Schüttdichte 1.35 1.39 1.32 1.35 1.44 1.29 |
| Wasserabsorption 3.8 3.4 3.4 2.9 2.2 7.8 |
| Fließfähigkeit (sec) 21.5 20.2 24.0 21.0 22.5 23.0 |
| Form der Kristalle Ag. Ag. Fl. Fl. Fl. |
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Zusammenfassung Es wird ein wasserfreies Natriumcarbonat geschaffen,
das eine hohe Schüttdichte, nicht-hygroskopisches Verhalten an Luft, hohe Fließfähigkeit
und große Härte aufweist. Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, daß man
Natriumcarbonatmonohydrat in einer gesättigten Lösung von Natriumcarbonat mit einem
Gehalt von 10 bis 22 Gew.-% an Natriumchlorid durch Umwandlung in wasserfreies Natriumcarbonat
überführt, wobei die Lösung auf eine Temperatur erhitzt wird, die 3 bis 7 OC über
der Umwandlungstemperatur des Monohydrats liegt.
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