DE322601C

DE322601C - Verfahren zur Herstellung von kohlensaurem Natrium und Ammoniumsulfat

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Publication number: DE322601C
Application number: DE1917322601D
Authority: DE
Original assignee: PROD CHIM SOC IND DE
Current assignee: PROD CHIM SOC IND DE
Priority date: 1917-07-17
Filing date: 1917-07-17
Publication date: 1920-07-05

Description

Verfahren zur Herstellung von kohlensaurem Natrium und Ammoniumsulfat. Das saure Natriumsulfat, ein Rückstand bei der Herstellung von Salpetersäure, wurde bisher stets als hinderndes und nutzloses Nebenprodukt betrachtet.
Es trifft zu, daß man einen Teil der Produktion an saurem Natriumsulfat benutzt hat, mit Hilfe von Kochsalz und Wärme dieses Nebenprodukt in Natriumsulfat und Salzsäure umzuwandeln. Die so gewonnenen Produkte besitzen jedoch nur so geringen Handelswert, daß mehrere Salpetersäurewerke sich ihres sauren Natriumsulfates einfach-durch Fortwerfen entledigen.
Gemäß der Erfindung kann nun aus den beiden Bestandteilen des sauren Natriumsulfates Nutzen gezogen werden, indem man das »Natrium« in Soda oder Natriumhydrat und die Schwefelsäure in Ammoniumsulfat verwandelt. Die entstehenden Produkte sind somit, im Gegensatz zu den bisher aus diesem Rückstand gewonnenen Produkten, von großem Handelswert.
Das neue Verfahren wird wie folgt durchgeführt: Das gewünschtenfalls vorher mit Wasser behandelte saure Natriumsulfat wird zunächst mit Wasser in Berührung gebracht, alsdann wird eine genügende Menge Ammoniak eingeführt, um die freie Schwefelsäure zu neutralisieren, und außerdem wird davon entsprechend der vorhandenen Menge Natriumsulfat ein Überschuß zugesetzt. Das Gemisch aus Ammoniumsulfat, Natriumsulfat und freiem Ammoniak wird alsdann bis zur vollständigen Sättigung mit Kohlensäure behandelt. Hierdurch wird doppelkohlensaures Ammoniak gebildet, welches durch doppelte Zersetzung mit einem Teile des Natriumsulfates doppelkohlensaures . Natrium und Ammoniaksulfat bildet. Letzteres bleibt in Lösung, während das doppelkohlensaure Natrium niedergeschlagen wird. Dieses doppelkohlensaure Natrium wird durch Pressen und Waschen von dem Ammoniumsulfat getrennt und in bekannter Weise in kohlensaures Natrium (Solvay Soda) oder kaustische Soda verwandelt.
Nach der Neutralisation mit saurem Natriumsulfat oder wäßrigen Auszügen. des rohen Bisulfats werden; die Mutterlaugen einer methodischen Kristallisation unterworfen, wodurch einerseits ein Teil des nicht zersetzten Natriumsulfates und anderseits das Ammoniaksulfat gesammelt werden können. Ersteres wird wiederum für die. Reaktion mit frischem, saurem Natriumsulfat verwendet, letzteres .wird getrocknet und stellt das handelsüblicheAmmoniumsulfat dar.
Es trifft zu, daß die die Grundlage des Solvay'schen Verfahrens bildende Reaktion, d. h. die Ausscheidung des Natriums aus einem Natriumsalz in Form von doppelkohlensaurem Natrium, für das Nitrat und Sulfat des Natriums bereits vorgeschlagen worden ist, jedoch ist diese für saures schwefelsaures Natrium weder vorgeschlagen, noch in großem Maßstab verwendet worden. Sie ist auch niemals, für Natriumsulfat industriell benutzt worden, und zwar wohl hauptsächlich, weil die Trennung des nicht umgewandelten Natriumsulfates und des Ammoniumsulfates gewisse Schwierigkeiten bietet. Diese Schwierigkeiten werden ebenfalls durch das Verfahren gemäß der Erfindung beseitigt.
Es erhellt, daß das zu-bearbeitende Bisulfat nicht immer die gleiche Zusammensetzung aufweist, auch kann das Verhältnis zwischen Natriumsulfat und Ammoniak ebenso wie die Menge des benutzten Wassers verändert werden.
Ein Beispiel zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist wie folgt: 500 g sich aus 8o,6 g Schwefelsäure und 419,4 g Natriumsulfat zusammensetzendes saures Natriumsulfat werden in 932,6 g Wasser aufgelöst. Hierauf werden i 11,8 g gasförmiges Ammoniak zugesetzt, von dem 27,99 zum Neutralisieren der 8o,6 g Schwefelsäure verbraucht werden, während der Überschuß von 83,9 g zur Bildung des Bikarbonats dienen soll. Zu diesem Zwecke werden im Verlauf von etwa vier Stunden etwa 2O8,5 g trockene Kohlensäure, d. h. 96 Prozent der theoretisch notwendigen Menge, zugesetzt.
Die anfangs 3o° betragende Temperatur ist auf 50° gestiegen und fällt gegen Ende der Reaktion auf 30°. Die Kohlensäure wird unter geringem Überdruck von einigen Zentimetern Wassersäure eingeführt. Das Reaktionsprodukt wird alsdann auf einem Saugfilter bei einer Temperatur von 30° filtriert, und man erhält 1204 g Flüssigkeit (Mutterlauge) und 533 g eines festen Produktes. Das feste Produkt besteht aus durch Mutterlauge angefeuchtetem, doppelkohlensaurem Natrium.
Wird dieses Produkt mit einer konzentrierten Lösung von doppelkohlensaurem Natrium gewaschen und dann entwässert, erhält man reines doppelkohlensaures Natrium, welches nach dem Kalzinieren 173,7 g reines Monokarbonat ergibt.
Da die 419,4 g Natriumsulfat (die in den 5oo g saurem Natriumsulfat enthalten sind) 313,1 g Karbonat ergeben müssen, so ist, soweit das Natriumsulfat in Frage kommt, das Ergebnis 55,5 Prozent.
Anderseits müßten die 83,9 g Ammoniak, die in Form von ungebundenem Ammoniak vorhanden sind, 261,6 g Natriumkarbonat geben. Das Ergebnis ist hier also 66,4 Prozent.
Dieses Resultat ist sehr zufriedenstellend, kann jedoch verbessert werden, indem man die Einführung der Kohlensäure forciert, und hängt, soweit die Umsetzung das Natriumsulfat betrifft, hauptsächlich von der Verwendung findenden Menge Ammoniak, und, sofern es sich um die Umsetzung des Ammoniaks handelt, von der Menge des im überschuß vorhandenen Natriumsulfats ab. Der Ertrag ist um so zufriedenstellender, als er beweist, daß die Reaktion der Bildung des doppelkohlensauren' Natriums keineswegs durch die Gegenwart großer Mengen Ammoniumsulfates gehindert wird, eine Tatsache, die auf keinen Fall vorherzusehen war. Das Gleichgewicht der verschiedenen Salze: Ammoniumsulfat, Natriumsulfat, doppelkohlensaures Natrium und doppelkohlensaures Ammoniak hätte, soweit es sich um die Bildung des doppelkohlensauren Natriums handelt, durch die Gegenwart großer Mengen Ammoniumsulfat unvorteilhaft beeinflußt werden können. Der soeben beschriebene Versuch hat bewiesen, daß dies nicht der Fall ist, das erzielte Resultat wurde übrigens durch eine Anzahl ähnlicher Vergleichsversuche geprüft und für richtig befunden.
Die Mutterlauge des doppelkohlensauren Natriums enthielt bei dem in Frage kommenden Versuch auf ioo g Wasser i5,4 g@doppelkohlensaures Natrium, 52,2 g Ammoniumsulfat und 9,8 g Natriumsulfat. Die Zusammensetzung kann sich entsprechend dem Säuregehalt des benutzten sauren Natriumsulfates *und der Menge des zur Reaktion verwendeten Ammoniaks ändern. In jedem Falle werden diese Lösungen als solche, oder nach der Neutralisation stets beim Abkühlen, oder nach der Konzentration ein aus Na= S04 -/- (NH4) 2 S04 +,¢ H= O zusammengesetztes Doppelsalz ausfallen lassen.
Durch einfache Kristallisation kann demnach die Scheidung des Natriumsulfates von dem Ammoniumsulfat nicht ohne weiteres erzielt werden, die Neigung zur Bildung des oben erwähnten Doppelsalzes herrscht immer vor.
Diese Trennung kann dagegen sehr leicht vorgenommen werden, wenn man die Bildung des gewöhnlichen kristallisierten Natriumsulfates, d. h. des Produktes Nag S04 -f- 10 H' O unterstützt.
Dies wird erzielt, indem man die neutralisierten Lösungen verdünnt und auf o° oder darunter abkühlt.
Das Verhältnis zwischen den Mengen von Wasser, Natriumsulfat und Ammoniumsulfat, den einzigen Bestandteilen dieser neutralisierten oder von den kohlensauren Alkalisalzen in irgendeiner Weise befreiten Lösungen, kann in weiten Grenzen gewählt werden. Werden die Lösungen z. B. derart verdünnt, daß auf ioo g Wasser 15g Natriumsulfat kommen, und wird alsdann auf unter o° abgekühlt, so erhält man eine Kristallisation von etwa. zwei Drittel des vorhandenen Natriumsulfates in-Gestalt von . Naz S04 + 10 H- O, während das ganze Ammoniumsulfat in Lösung bleibt, selbst wenn diese Menge doppelt so groß ist wie die Menge des in der ursprünglichen Lösung vorhandenen Natriumsulfates. Durch die Konzentration der so größtenteils von ihrem Natriumsulfat befreiten Lösungen, sei es im Vakuum oder bei offenem Feuer, schlägt sich das reine Ammoniumsulfat nieder, während das Natriumsulfat in Lösung bleibt, wenn dafür Sorge getragen wird, daß die Temperatur nicht unter 5o° sinkt. Die so erhaltenen Lösungen haben sich an Natriumsulfat angereichert und werden abermals in oben angegebener Weise behandelt.
Das oben beschriebene Ausführungsverfahren soll nur als Beispiel dienen, und die Erfindung soll nicht auf dieses beschränkt werden. Der Erfindungsgedanke läßt Änderungen des Verfahrens in mannigfacher Weise zu, insbesondere derart, daß das rohe säure Natriumsulfat mit Wasser behandelt wird, wodurch eine Lösung erzielt wird, die reich an Schwefelsäure und' arm an Natriumsulfat ist, neben einem an Natriumsulfat reichen und an Säure armen Salz.
Die an Schwefelsäure reiche Lösung wird durch das Ammoniak neutralisiert und Natriumsulfat und Ammoniumsulfat werden, wie oben angegeben, ausgeschieden. Die Mutterlauge dient, gemeinschaftlich mit dem an Natriumsulfat reichen Salz, zur Herstellung des doppelkohlensauren Natriums und des Ammoniumsulfates in erörterter Weise.

Claims

PATENT-ANsPRUCH: Verfahren zur Herstellung von kohlensaurem Natrium und Ammoniumsulfat, dadurch gekennzeichnet, daB saures Natriumsulfat in wäßriger Lösung zunächst mit Ammoniak gesättigt und hierauf bis zur vollständigen Sättigung mit Kohlensäure unter geringem Überdruck behandelt wird.