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Beschreibung
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Verfahren zur Herstellung von als Spurenelementzusatz für Futtermittel
verwendbarem, praktisch nicht hygroskopischem, leicht zu mahlendem und auch im feingemahlenen
Zustand stabilem Kupfer(II)--sulfatmonohydrat Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Herstellung von als Spurenelementzusatz für Futtermittel verwendbarem, praktisch
nicht hygroskopischem, leicht zu mahlendem
und auch im feinemahlenen
Zustand stabilem Kupfer(II)--sulfatmonohydrat.
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Es ist bekannt, daß in der modernen Tierhaltung und -futterung die
Bedeutung der Spuren- beziehungsweise Mikroelemente immer mehr zunimmt, weil der
tierische Organismus nicht nur die die zur störungstreien Funktion der Zellen und
Gewebe notwendige Energie liefernden Nährstoffe, sondern auch Spurenelemente braucht.
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Unter anderen ist auch das Kupfer ein solches lebenswichtiges Spurenelement.
Es ist im tierischen Organismus vor allem für die Hämoglobinbildung wichtig, spielt
aber auch in der Funktion einiger Enzyme, zum Beispiel aer Uricase, Cytochromoxydase
und Polyphenyloxydase beziehungsweise Polyphenoloxydase in der Entwicklung des Knochen-
und Nervengewebes, beim Entstehen der Farbung von Haaren und Borsten beziehungsweise
Wolle sowie beim Schutz der Wände der großen Blutgefäße eine bedeutende Rolle Der
Kupferbedarf der Tiere hängt von zahlreichen Faktoren ab, so unter anderem von der
Zielrichtung der Tierhaltung, der Art der Tiere, ihrem Alter, ihrem Gesundheitszustand
und ihren genetischen Gegebenheiten sowie ferner vom Eiwedß- und Energiegehalt des
Futters.
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Im tierischen Organismus werden die Kupferverbindungen nicht mit identischem
Wirkungsgrad verwertet; von diesem Blickwinkel hat sich das Kupfer(II)-sulfat als
am günstigsten erwiesen.
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Das Eupfer(II)-sulfat ist das wichtigste technische beziehungsweise
industrielle Kupfersalz. Eine zur großtechnischen Ausführung geeignete einfache
Verfahrenstechnik beziehungsweise Technologie ist nur für die Herstellung des Kupfer(II)-sulfatpentahydrates
bekannt, dieses Salz ist Jedoch als Spurenelementzusatz für Futtermittel nicht besonders
geeignet. Der Grund hierfür liegt darin, daß das Eupfer(II)-sulfatpentahydrat verhältnismäßig
viel Kristallwasser und außerdem freie Schwefelsäure, welche auf einzelne Bestandteile
des Futtermittels, zum Beispiel auf die ungesättigten pflanzlichen und tierischen
Öle und Fette sowie auf die Vitamine, eine schädliche Wirkung ausüben, enthält.
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Die bisher zur Herstellung von Eupfer(II)-sulfatmonohydrat bekannten
Verfahren gehen entweder von gesättigten Kupfer(II)-sulfatlösungen aus oder beruhen
auf der Entwässerung des festen Kupfer(II)-sulfatpentahydrates. Die bekannteren
Verfahren sind folgende: a) Das Wesen des Verfahrens nach Grün und Beckisch (Ber.
41 [1908], 3465) besteht darin, daß Diglykolkupfer(II)-sulfat [CuS04 . 2 02H4(OH)2
. 2 H2O bei 1250C thermisch zu Kupfer(II)-sulfatmonohydrat zersetzt wird.
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b) GemäB Gmelins Handbuch der anorganischen Chemie, Band 60, Teil
B, Lieferung 1, 1958, Seite 576 kann Kupfer(II)-sulfatmonohydrat durch Behandeln
von gesättigten Kupfer(II)--sulfatlösungen mit konzentrierter Schwefelsäure oder
Oleum hergestellt werden. Im ternären
System können sich in Abhängigkeit
von der Konzentration der Schwefelsäure als feste Produkte Eupfer(II)-sulfatpentahydrat,
Kupfer(II)-sulfattrihydrat, Kupfer(II )-sulfatmonohydrat und wasserfreies Eupfer(II)-sulfat
gleichermaßen bilden. Nachteilig an diesem Verfahren ist es, daß die Schwefelsäure
aus dem erhaltenen Kupfer(II )-sulfatmonohydrat nur mit absolutem Äthanol oder Methanol
in zufriedenstellender Weise entfernt werden kann und dadurch der Herstellungsaufwand
bedeutend erhöht ist.
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e) Gemäß einem weiteren Verfahren wird die gesättigte Kupfer(II)-sulfatlösung
zum Sieden erhitzt und dann die dicker und später fest werdende Masse allmählich
auf 1200C erwärmt (Kirk-Othmer: Encyclopedia of Chemical Technology, Band I, 1953,
Seite 24), wobei aus der Masse nach und nach das Eupfer(II)-sulfatmonohydrat entsteht.
Die Zusammensetzung des so erhaltenen festen Produktes entspricht der stöchiometrischen
Formel CuSO4 . H20. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß das feste Produkt nur
schwer aus der Eindampfvorrichtung entfernt werden kann. In moderneren Betrieben
wird deshalb die gesättigte Eupfer(II)-sulfatlösung durch Zerstäuben in 1200C warmer
Luft zum Eupfer(II)-sulfatmonohydrat umgesetzt.
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Das erhaltene Produkt weist eine außerordentlich feine Verteilung
auf, das Verfahren ist Jedoch mit einem sehr hohen Aufwand verbunden.
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d) Nach Liptay (Atlas of Thermoanalytical Curves, Band 4, Akadémiai
Kiadó, Budapest, 1954, Seite 474 bis 477) beginnt beim Erwärmen von Kupfer(ii) -sulfatpentahydrat
dessen partielle Entwässerung oberhalb 90°C und der Austritt der 4 Mol Kristallwasser
geht bei 12006 in längerer und bei 1500C in kürzerer Zeit vonstatten. Das fünfte
Mol Kristallwasser beginnt erst oberhalb 2000C auszutreten, und bei Temperaturen
von 230 bis 2500C wird das Produkt wasserfrei.
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Zur Durchführung des Verfahrens können Teller- und Trommeltrockner
sowie mit warmer Luft (12000) arbeitende Wirbelschichttrockner in gleicher Weise
verwendet werden. Die Eupfer(II)-sulfatlösung enthält Jedoch immer freie Schwefelsäure
und daher hat das Verfahren den Nachteil, daß das beim Trocknen entstehende System
Wasser/Kupfersulfat/Schwefelsäure außerordentlich korrodierend wirkt, weswegen die
Trocknungsvorrichtung aus mit hohem Aufwand verbundenen korrosionsfesten Materialien
gefertigt sein muß. Ein weiterer Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß das
erhaltene Produkt hygroskopisch ist.
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e) Das Verfahren von Ls» und Stattler (Z. phys. Chem. A. 179, [1937],
427) besteht darin, daß wasserfreies Kupfer<ii)--sulfat mit 1,2 bis 1,4 Mol Wasser'
bezogen auf 1 Mol des ersteren, behandelt wird und die dabei entstehenden verschiedenen
Hydrate bei 117 bis 1180C zum Kupfer(II)-sulfatmonohydrat umgewandelt werden. Dieses
Verfahren ist aber zur großtechnischen Durchführung nicht geeignet, da die Herstellung
des Ausgangsmateriales mit bedeutendem zusätzlichem Aufwand verbunden ist.
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£) Rach Elicur (Zsurn. prikl. hirn. 14 [1941], 682) wird zum Entwässern
von Kupfer(II)--sulfatpentahydrat Calciumhydrid (CaH2) in Gegenwart von absolutem
Äthanol bei 1960 C verwendet. Bei der Bildung des Eupfer(II)-sulfatmonohydrates
entsteht Wasserstoff. Das Verfahren hat nur theoretische Bedeutung, für die Anwendung
in der Praxis ist es ungeeignet.
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g) Nach Svasnyikov und Koleva (Zavodszkaja labor. 9 [1940], 357) wird
zur partiellen Entwässerung des Eupfer(II)-sulfatpentahydrates Calciumacetylid (CaC2)
verwendet.
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Bei diesem Verfahren entwickelt sich Acetylen und es entsteht ein
Gemisch aus Kupfer(II)-sulfatomonohydrat und -trihydrat.
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h) mach Rakusin und Brodßki (Z. angew.
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Chem. 40 L19273, 110) kann Eupfer(II)-sulfatpentahydrat mit absolutem
Äthanol entwässert werden. Dieses Verfahren kommt wegen des mit hohem Aufwand verbundenen
absoluten Äthanol es für eine technische beziehungsweise industrielle Durchführung
nicht in Frage. Es hat ferner den Nachteil, daß der Alkohol nur so lange entwasßernd
wirkt, bis er eine Konzentration von 96% erreicht hat.
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i) Nach Tate und Warren (Trans. Faraday Soc. 55 [1939], 1192) werden
zur Umwandlung des Kupfer(II)-sulfatpentahydrates zu Kupfer(II)--sulfatmonohydrat
organische Lösungsmittel, zum Beispiel Benzol, Cyclohexanon und Leichtbenzin, verwendet.
Bei Verwendung von Benzol wird das Kupfer(II)-sulfatpentahydrat 3 Stunden lang bei
80°C und bei Verwendung von Cyclohexanon 5 Stunden lang bei 80 0C destilliert.
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J) Nach Bidwell und Sterling (Ind. Eng. Chem.
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17 [1925], 147) wird das Kupfer(II)-sulfatpentahydrat durch Destillation
mit siedendem Toluol und Xylol zum Kupfer(II)-sulfatmonohydrat umgewandelt.
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k) Nach Bergmann (deutsche Patentschrift 595 128) kann das Eupfer(II)-sulfatpentahydrat
auch mit Hilfe von Acetalen, Ketalen und
Äthylenglykoldiäther und
dessen über 10000 siedenden Homologen zu Kupfer(II)--sulfatmonohydrat umgewandelt
werden.
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Nach diesem überblick über den Stand der Technik iat festzustellen,
daß kein einziges der bekannten Verfahren zur großtechnischen Herstellung von Kupfer(II)-sulfatmonohydrat
geeignet ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Behebung der Nachteile
der bekannten Verfahren ein Verfahren, durch welches als Spurenelementzusatz für
Futtermittel verwendbares, praktisch nicht hygroskopisches, , leicht zu mahlendea
und auch im feingemahlenen Zustand stabiles Kupfer(ii)-sulfatmonohydrat auch großtechnisch
hergestellt werden kann, zu schaffen.
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Die Erfindung beruht auf der überraschenden Feststellung, daß als
Spurenelementzusatz für Futtermittel geeignetes praktisch nicht hygroskopisches,
leicht zu mahlendes und auch im feingemahlenei Zustand stabiles Kupfer(II)--sulfatmonohydrat
erhalten werden kann, wenn dem im eigenen Kristallwasser geschmolzenen Eupfer(II)-sulfutpentahydrat
nicht nur die zum Neutralisieren des Gehaltes an freier Schwefelsäure notwendige
Menge Alkalien zugesetzt wird, sondere darüberhinaus noch mindestens 3 Gew.-% Alkalien,
bezogen auf sein Gewicht, zugesetzt werden und das erhaltene Gemisch getrocknet
wird. Diese Feststellung ist überraschend, denn es war nicht zu erwarten, daß durch
Erhöhung der Menge der zum Neutralisieren des Gehaltes an freier Schwefelsäure verwendeten
alkalischen Komponente ein stabilisiertes Produkt erhalten werden kann.
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Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung
von als Spurenelementzusatz für Futtermittel verwendbarem, praktisch nicht hygroskopischem,
leicht zu mahlendem und auch in feingemahlenen Zustand stabilem Eupfer(II)-sulfatmonohydrat
durch Neutralisieren des Gehalt es von Kupfer(II)-sulfatpentahydrat an freier Schwefelsäure
mit Natrium-, Kalium-oder Ammoniunhydroxyd, Natrium-, Kalium- oder Ammoniumcarbonat
oder Natrium-, Kalium- oder Ammoniumbicarbonat oder Gemischen derselben (alkalische
Komponente) und Entfernen von 4 Molekülen Kristallwasser durch mindesteins 30 Minuten
lang durchgeführtes Trocknen bei 80 bis 1500C, welches dadurch gekennzeichnet ist,
daß das P;upfer(lI)-sulfatpentahydrat in seinem eigenen Kristallwasser geschmolzen
und die Schmelze mit einem der einer Menge von 3 bis 20 Gew.-% Natriumcarbonat,
bezogen auf das Kupfer(II)-sulfatpentahydrat, äquivalenten Menge der alkalischen
Komponente eatsprechenden über schuß derselben über die zum Neutralisieren des Gehalt
es an freier Schwefelsäure erforderliche stöchiometrische Menge behandelt wird.
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Vorzugsweise wird der Überschuß der alkalischen Komponente der einer
Menge von 5 bis 8 Gew.-% Natriumcarbonat, bezogen auf das gupfer(II)-suliatpentahydrat,
äquivalenten Menge entsprechend bemessen.
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Zweckmäßig wird erfindungsgemäß wie folgt vorgegangen. Das zu Eupfer(II)-sulfatmonohydrat
umzuwandelnde Eupfer(II)-sulfatpentahydrat wird in einen I)rehtrommeltrockner eingebracht
und ihm wird über die zum Neutralisieren des Gehaltes an freier Schwefelsäure erforderliche
stöchiometrische Menge hinaus ein Überschuß
von 5 bis 7 Gew.-%
calcinierte Soda, bezogen auf es, zugesetzt. Nach kurzem Vermischen wird die Temperatur
des Salzgemisches durch allmähliches Aufheizen auf 110 bis 1180C gebracht und etwa
2 Stunden lang auf diesem Wert gehalten. Das dabei erhaltene körnige Material wird
nach dem Abkühlen in einer Hammermühle zur gewünschten Feinheit gemahlen Das erfindungsgemäße
Verfahren hat folgende Hauptvorteile: A) Durch es kann aus Kupfer(II)-sulfatpentrahydrat,
das heißt aus einem mit geringem Aufwand verbundenen Rohstoff, stabilisiertes gupfer(II)--sulfatmonohydrat
unmittelbar großtechnisch hergestellt werden. Das Produkt ist gewicht zu mahlen
und auch im feingemahlenen Zustand stabil.
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B) Der Umwandlungsvorgang und die Trocknung gehen außerordentlich
schnell vor sich C) Das Verfahren kann als großtechnische Verfahrenstechnik beziehungsweise
Technologie leicht und mit geringem Aufwand durchgeführt werden.
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D) Das erhaltene Produkt kann ohne weitere Umwandlung oder Reinigung
in günstigster Weise als Spurenelementsusats zu Futtermitteln verwendet werden,
weil es physikalisch stabil ist, keine Klumpen bildet und daher leicht in das Futtermittel
eingemischt werden kann.
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Die Erfindung wird an Hand der folgenden Beispiele näher erläutert.
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Beispiel 1 Es wurden in einen Drehtrommeltrockner in Form eines waagerechten
Zylinders 950 kg Eupfer(II)-sulfatpentahydrat (Kupfervitriol) eingebracht. Das Salz
enthielt 0,245 Gew.-% freie Schwefelsäure, zu deren Neutralisation 2,5 kg Natriumcarbonat
erforderlich waren. Die alkalische Komponente Natriumcarbonat wurde in einer Menge
von 8 Gew.-*, bezogen auf das Eupfer(II)-sulfatpentahydratl entsprechend 76 kg calcinierte
Soda über diese Menge hinaus eingesetzt.
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Es wurden also insgesamt 78,5 kg calcinierte Soda verwendet.
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Das Salzgemisch wurde 10 Minuten lang gerührt und dann langsam auf
110 bis 1180C aufgeheizt. Diese Temperatur wurde 80 Minuten lang gehalten. Innerhalb
20 bis 30 Minuten entstand aus dem Salzgemisch eine Schmelze , die mit dem Verlust
ihres Wassergehaltes immer körniger wurde. Das körnige Material wurde nach dem Abkühlen
in einer Hammermühle zur gewunschten Feinheit gemahlen.
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So wurden 607 kg (97%-iges) stabilisiertes Kupfer(II)-sulfatmonohydrat
erhalten. Es enthielt 32 bis 33 Gew.-% Kupfer und keine freis Säure.
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Beispiel 2 Es wurden in die im Beispiel 1 verwendete Trockenvorrichtung
950 kg Kupfer(II)-sulfatpentahydrat mit einem Gehalt an 0,245 Gew.-% freier Schwefelsäure
eingebracht. Zur Neutralisation der letzteren waren 3,3 kg Kaliumcarbonat erforderlich.
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Die alkalische Komponente Kaliumcarbonat wurde in einer Natriumcarbonatäquivalentmenge
von 10 Gew.-%, bezogen auf das Kupfer(II)-sulfatpentahydrat, entsprechend 95 kg
Natriumcarbonat, also in einer Menge von 123,9 kg, über diese Menge hinaus eingesetzt.
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Es wurden also insgesamt 127,2 kg Kaliumcarbonat verwendet Das Salzgemisch
wurde in der im Beispiel 1 beschriebenen Weise 45 Minuten lang bei 130 bis 138°C
wärmebehandelt und dann ur gewünschten Usilchengröße gemahlen0 So wurden 731 kg
(95%-iges) stabilisiertes Kupfer(II)-sulfatmonohydrat erhalten Es enthielt 30 bis
31 Gew.-% Kupfer und keine freie Säure.
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Beispiel 3 Es werden in die im Beispiel 1 verwendete Trockenvorrichtung
950 kg Kupfer(II)-sulfatpentahydrat
mit einem Gehalt an 0,65 Gew.-%
freier Schwefelsäure eingebracht. Zur Neutralisation der letzteren waren 10,6 beziehungsweise
5,3 kg Natriumbicarbonat erforderlich. Die alkalische Komponente Natriumbicarbonat
wurde in einer Natriumcarbonatäquivalentmenge von 5 Gew.-%, bezogen auf das Kupfer(II)-sulfatpentahydrat,
entsprechend 47,5 kg Natriumcarbonat, also in einer Menge von 75,2 beziehungsweise
37,6 kg, über diese Menge hinaus eingesetzt. Es wurden also insgesamt 85,8 kg beziehungsweise
42,9 kg Natriumbicarbonat verwendet.
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Das Salzgemisch wurde in der im Beispiel 1 beschriebenen Weise zu
einer kornigen Masse getrocknet und gemahlen.
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So wurden 675 kg (97%-iges) stabilisiertes Eupfer(II)-sulfatmonohydrat
erhalten. Es enthielt 33,5 bis 34,5 Gew.-% Kupfer und keine freie Saure.
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Beispiel 4 Es wurden in die im Beispiel 1 verwendete Trockenvorrichtung
950 kg Eupfer(II)-sulfatpentahydrat mit einem Gehalt an 0,245 Gew.-% freier Säure
eingebracht. Zur Neutralisation der letzteren waren 6,7 kg Ammoniumhydroxydlösung
mit einem Ammoniakgehalt von 25 Gew.-% erforderlich. Die alkalische Komponente Ammoniumhyroxydlösung
mit einem Ammoniakgehalt von 25 Gew.-% wurde in einer Natriumcarbonatäquivalentmenge
von 18 Gew.-%, bezogen auf das Eupfer(II)-sulfatpentahydrat, entsprechend 171 kg
Natriumcarbonat, also in
einer Menge von 452 kg, über diese Menge
hinaus eingesetzt.
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Es wurden also insgesamt 458,7 kg Ammoniumhydroxydlösung mit einem
Ammoniakgehalt von 25 Gew.-% verwendet.
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Das Salzgemisch wurde in der im Beispiel 1 beschriebenen Weise 2
Stunden lang bei 110 bis 118°C wärmebehandelt und dann zur gewünschten Teilchengröße
gemahlen So wurden 668 kg (96%-iges stabilisiertes Kupfer(II)--sulfatmonohydrat
erhalten Es enthielt 33,5 bis 34,5 Gew.-% Kupfer, jedoch keine freie Säure.
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Beispiel 5 Es wurden in die im Beispiel n verwendete Trockenvorrichtung
950 kg Kupfer(II)-sulfatpentahydrat mit einem Gehalt an 0,65 Gew.-% freier Schwefelsäure
eingebrachte Zur Neutralisation der letzteren werden 12,6 kg Natronlauge mit einem
Natriumhydroxydgehalt von 40 Gew.-% erforderlich0 Die alkalische Komponente Natronlauge
mit einem Natriumhydroxydgehalt von 40 Gew.-% wurde in einer Natriumcarbonatäquivalentmenge
von 3,5 Gew.-%, bazongen auf das Kupfer(II)-sulfatpentahydrat, entsprechend 3393
kg Natriumcarbonat, also in einer Menge von 62,8 kg, über diese menge hinaus eingesetzt0
Es wurden also insgesamt 75,4 kg Natronlauge mit einem Natriumhydroxydgehalt von
40 Gew.-% verwendet.
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Das Salzgemisch wurde in der im Beispiel 1 beschriebenen Weise zu
einem körnigen Produkt getrocknet und dann gemahlene
So wurden
679 kg (97ffi-iges) Eupfer(II)-sulfatmonohydrat erhalten. Es enthielt 33,5 bis 34,5
Gew.-% Kupfer und keine freie Säure.
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Beispiel 6 Es wurden in die im Beispiel 1 verwendete Trockenvorrichtung
950 kg Euprer(II)-sulfatpentahydrat mit einem Gehalt an 1,2 Gew.-% freier Schwefelsäure
eingebracht. Zur Neutralisation der letzteren waren 13,3 kg Ammoniumcarbonatmonohydrat
erforderlich.
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Die alkalische Komponente Ammoniumcarbonatmonohydrat wurde in einer
Natriumcarbonatäquivalentmenge von 7 Gew.-%, bezogen auf das Kupfer(II)-sulfatpentahydrat,
entsprechend 66,5 kg Natriumcarbonat, also in einer Menge von 72 kg Ammoniumcarbonatmonohydrat,
über diese Menge hinaus eingesetzt. Es wurden also insgesamt 85,3 kg Ammoniumcarbonatmonohydrat
verwendet Das Salzgemisch wurde in der im Beispiel 1 beschriebenen Weise zu einem
körnigen Produkt getrocknet und dann gemahlen.
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So wurden 699 kg (97%-iges) stabilisiertes Kupf er (II) -sulf atmonohydrat
erhalten. Es enthielt 32,5 bis 33,5 Gew.-% Kupfer und keine freie Säure.
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Vergleichsbeispiel Gegenüber dem Beispiel 1) Es wurde in der im Beispiel
1 beschriebanen Weise gearbeitet, dem Kupfer(II)-sulfatpentahydrat wurden jedoch
nur die zum Neutralisieren des Gehaltes an freier Säure erforderlichen 2,5 kg calcinierte
Soda zugesetzt.
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Im Laufe des Trocknens wurde das Salzgemisch nicht körnige sondern
zerfiel allmählich zu einem feinen Pulver. Dadurch sank der Wirkungsgrad der Trocknung
stark s 9 der Staubverlust stieg an und es ergaben sich daher verfahrenstechnische
beziehungsweise technologische, wirtschaftliche und arbeitsschutztechnische Nachteile.
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Darüberhinaus war das Produkt außerordentlich hygroskopisch und ermöglichte
es daher nicht9 eine nittermittelvormischung (premix) von genauer Zusammensetzung
herzustellen Um die Verluste durch Stauben zu vermindern, konnten Tellertrockner
verwendet werden. Diese erforderten Jedoch außerordentlich viel menschliche Arbeit
9 wodurch das Verfahren noch unwirtschaftlicher wurde0 Patentansprüche