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Verfahren zur Gewinnung von Kalisalzen aus natürlich vorkommenden
Silikaten. Es ist verschiedentlich versucht worden, alkaliartiges Material aus alkalihaltigen
Gesteinen zu gewinnen. So schlägt ein gleichzeitig die Eisenzementherstellung bezweckendes
Verfahren vor, Glaukonit mit Kalk zu vermengen. Hierbei spielt die Kalkzugabe jedoch
nur in bezug auf die Gewinnung des Eisenzements eine Rolle, da das Alkali an Glaukonit
so lose gebunden ist, daß es schon bei einer Temperatur von etwa goo° C auch ohne
Kalkzusatz freigegeben wird. Andere Verfahren sehen neben der Kalkzugabe diejenige
reduzierend wirkender Stoffe, z. B. Kohle, vor, wobei aber die Kohle infolge der
allgemeinen Bedingungen jener Verfahren in keinem Falle unmittelbar auf das Alkali
des Gesteins reduzierend einwirkt. So soll nach einem den Zusatz von Gips und Kohle
zum Feldspat vorschreibenden Verfahren der Feldspat mit dem Gips unter Bildung von
Calcium-Aluminiumsilikat und Kaliumsulfat reagieren und das letztere erst durch
die Kohle unter Bildung von Schwefelkalium reduziert werden. Nach einem anderen
Verfahren soll ein Gemisch von kalihaltigem Material, .Kalk und Kochsalz in Gegenwart
von Kohle, 0l oder Gas so weit . erhitzt werden; daß das Kali löslich gemacht wird
und aus der abgekühlten Masse mit Wasser ausgelaugt werden kann. Das Verbleiben
des in lösliche Form übergeführten Alkalis in der gebrannten Masse schließt hierbei
eine Reduktion des Alkaliminerals durch die Kohle aus, da diese Reduktion erst bei
einer Temperatur stattfindet, bei welcher das Alkali aus der Masse 'verflüchtigt
-wird.
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Ein weiteres Verfahren sieht das Niederschmelzen von älkalihaltigem
Gestein mit Kohle und Eisen vor, um neben Ferrosilicium eine lösliches Kali enthaltende
Schlacke zu gewinnen. Hierbei wirkt .die Kohle auf die Kieselsäure des Silikats
in Gegenwart des Eisens unter Bildung von Ferrosilicium und Kohlenoxyd reduzierend
ein, und die übrigbleibende Schlacke enthält ein schwerlösliches Kali.
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Schließlich hat man vorgeschlagen, beim Niederschmelzen von kalihaltigem
Material mit Kohle und Kalk die sich verflüchtigenden Kaliverbindungen durch Einleiten
von Luft oder anderen nicht reduzierenden Gasen in Vorlagen überzuführen. Dies bedingt,
daß die Bestandteile der Beschickung in Stückform sind, bei welcher eine unmittelbare
Reduktion des Alkaliminerals durch die Kohle nicht stattfindet, sondern unreines
Alkalisulfid gebildet wird. .
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Gegenüber diesen bekannten, den beabsichtigten Zweck nur sehr unvollkommen
erreichenden und unwirtschaftlichen Verfahren besteht dasjenige gemäß der Erfindung
darin, daß alkalihaltiger Silikatmineralstoff in gevülvertem: Zustande in Mischung
mit gepulvertem kalkhaltigen Material und fein zerteilter Kohle
oder
kohlehaltiger Substanz, bzw. Briketts aus diesen feingepulverten Bestandteilen,
-in Anwesenheit von Kohlendioxyd und gegebenenfalls Brenngasen oder Luft auf eine
derarfige Temperatur erhitzt werden, daß das ?11käli als Alkalikarbonat abdestilliert
und ein praktisch kalifreier Rückstand in gesintertem Zustande gewonnen wird. Es
tritt hierbei bei Anwesenheit des Kohlendioxyds eine unmittelbare reduzierende -
Wirkung der Kohle -auf das Alkali des Silikats ein, so Uß das, Kali, selbst wenn
es überaus fegt a71 ,das Gestein gebunden ist, in Form von Alkälikarbonat vollständig
ausgetrieben wird.
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Das Aufschließen feingepulverter alkalihaltiger Silikatmineralien
in Mischung mit Kalk oder kalkhaltigen Stoffen unter Erhitzung auf Temperaturen
von iooo° C und darüber ist bereits in der 1?atentschift 0-83g55 beschrieben. Bei
der Ausführung dieses Verfahrens in -großem Maßstabe rriuß man indessen Temperaturen
bis zu 1q.50° C, ja 150o° C oder mehr anwenden, 'welche eine wesentliche Verteuerung
des Verfahrens bedeuten und die Durchführung desselben unter durchweg den gleichen
Brennvorgangverhältnissen der gewöhnlichen Zementfabrikation verhindern. Diese Nebenerscheinung
des an sich einwandfreien Verfahrens der Patentschrift 283555 wird .dureh das Verfahren
gemäß °üer Erfindung beseitigt.
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Zur Herstellung der Alkalimetalle hat man schon ein Verfahren gemäß
der -Formel K2C03 + 2 C = K2 + 3 CO angewendet, welche Reaktion eine Erhitzung -auf
lichte Rotglut, etwa 120o° C, erfordert. Es ist nun gefunden worden, daß man beim
-'Erhitzen der 'Mischung von Kalk und einem alkatihaltigeh Silikatmineräl.bei offenem
Feuer, d. h. in -einer Atmosphäre von :Kohlensäure
| K20 - A120e . 6S102 + CaC03 + 3 CO -j- 2 C = Ca 0
#A1202 # 6 8i 02 -}- KZC0,3 + 4 CO -E- C0,2. 4. |
Es ist -indessen empfehlenswert, in der Praxis weiligstens - das Fünffache .des
dem Kali ätluivalenten Gewichtes von Kalk (Ca0) #zu verwenden, Das .Rohmaterial
erhält unter diesen Hinständen -folgende Zusammensetzung
K20 # A12@3.6 8i
02 -I- 5 CaC0,3 -I-
2 C,
woraus ,ersichtlich ist, da.ß der Kohlengehalt
pündetens etwa a,3 Prozent -betragen -soll. -In der Praxis wird indessen zweckmäßig
.eine Menge Kohle verwendet, die -4 bis xo Prozent des Rohmaterials beträgt.
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Sei der Verwendung größerer Mengen -Kohle .als die für .die Reaktion
erferderlichE, wird natürlich -die übej#gchümige -Menge -zu-Kohleneäur-e verbrannt,
die dabei -- Wie -axß -der äktitrn -her-Vorgeht -- ganz °eder teilweise enthaltenden
Brenngasen, beispielsweise in zum Zementbrennen benutzten Ofen, und `wenn man dabei
der Mischung eine geeignete Menge fein zerteilter Kohle oder eines fein 2etteilten
kohlehaltigen Stoffes beimischt, fol-°gende Kombination erreicht i. lose gebundenes
Alkali (K20, Na. 0),
2. Kohlensäure (C02), " 3. Kohle.
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Diese Stoffe reagieren miteinander, und zwar gemäß folgender Formel:
-K2 0 + CO -j- 2 C = K2 -i- 3C0. x. Die Reaktion findet dabei infolge der Anwesenheit
der Kohle schon lange vor- dem Zeitpunkte statt,. in welchem diejenige Temperatur
erreicht worden ist, bei der das-Alkali, wie oben erwähnt,. durch den Kalk ausgetrieben
und vergast wird.. Das--Alkalioxyd und die Kohlensäure sind somit als im voraus
zu Karbonat verbunden zu betrachten, obwohl dies nicht in der Tat der Fall ist.
Die Reaktion i ist deshalb, wie ersichtlich, mit der obenerwähnten bekannten Reaktion
zur Herstellung von Alkalimetallen aus Karbonaten -und Kohle in der Hauptsache identisch.
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Das vergaste Alkalimetall verbindet sich dann mit neuen Mengen Kohlensäure
zu Karbonat gemäß der Forrrnel: K2 + a C02 - K2 C0,3 -)- C0. 2. Die. obigen Reaktionen
finden, gleichzeitig statt und wirken gegenseitig prädisponierend, weshalb sie summarisch
in der folgenden Reaktion zusammengestellt werden können . K20 + 3.C02 -E- _2.C
= K,COg -f- 4 CO. 3. Vorausgesetzt, .daß z. B. Kalifeldspat (Orthoklas) in =reiner
.Form und reines Calciumkarbonat verwendet-werden, wird die Reaktion summarisch
.zusammengeführ't, wie folgt an. der Reaktion .teilnimmt und zu-deren Eintritt prädisponiert.
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Die 'Reaktion verläuft um so schneller und vollständiger,
je mehr die Kohle fein .zerteilt ist. Bei Verwendung von :Koks, Steinkohlen,
Anthrazit e. dgl. sollen sie so 'fein =gemahlen werden, -daß sie durch ein Drahtgewebe
mit 5ooo -Maschen pro cm2 vollständig hindurchgehen.
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Statt -Kohle -kann man, -wie erwähnt, eine geeignete kohlehaltige
Substanz (einen orgaiiischen Stoff), wie Sägespäne o. dgl., verwenden.
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Statt eines -alkalihaltigen Sili-katrnineralswas -natürlich =auch
.derartige -Mineralien erit -haltende -Bergarten -umfaßt --können aueh weniger vollständig
vverwitterte -Produkte -derartiger Mineralien :una Bergarten; wie jalkäliy
hbltige
Tone, Tonschiefer u. dgl., verwendet werden.
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Die an den Kalk gebundene Kohlensäure entweicht schon, bevor die Temperatur
der oben beschriebenen Reaktion erreicht worden ist und nimmt somit keinen Teil
an der Reaktion. Falls die gleichzeitige Herstellung von hydraulischem Zement (Portland-Zement)
beabsichtigt wird, muß eine so große Menge Kalk (Ca0) benutzt werden, daß das Verhältnis
zwischen dem Kalk und dem ganzen Ge-K20 - A12 03 . 6 Si 02 -(- i7 Ca C03 + 3 C02
+ 2 C - x7 Ca 0 # A1,03 . 6 Sz 02 + K2 C03 + 4 C0 + 17C02-
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Wie aus dieser Gleichung hervorgeht, beträgt die Kohlenmenge, die für die Reaktion
erforderlich ist - wobei die Kohlensäure als von dem Ofenbrennstoff herrührend angenommen
wird -,- theoretisch genommen; etwa 1,5 Prozent der Rohmischung. Wie oben
' erwähnt, ist es indessen zweckmäßiger, eine größere Kohlenmenge und somit auch
hier eine Kohlenmenge zu verwenden, die 4 bis zo Prozent des Gewichtes der Rohmischung
beträgt. Die Menge des Ofenbrennstoffes kann dabei im Verhältnis zu dieser Vergrößerung
vermindert werden.
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Da.die alkalihaltigen Silikatmineralien häufig eine wesentliche Menge
freier Kieselsäure in der Form von Quarz enthalten, und da infolgedessen der sogenannte
Silikatmodul (das Verhältnis zwischen der Kieselsäure - Si 02 -einerseits und dem
ganzen Gehalt an Sesquioxyden : Ale 03 -j- Fee 03 anderseits) häufig ein
wenig zu groß wird, ist es dabei zweckmäßig, der Rohmischung geringe Mengen Eisenoxyde
(Eisenerz o. dgl.) oder sehr tonreiche -Stoffe (wie Bauxit o. dgl.) zuzusetzen.
Derartige Verfahren sind in der Zementchemie wohlbekannt.
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Die Temperatur ist natürlich bei dem vorliegenden Verfahren so hoch
zu treiben und das Brennen so lange fortzusetzen, daß ein wohlgebrannter Zement
erhalten wird. Deshalb werden je nach den Umständen Temperaturen von etwa i25o=bis
z4oo° C erforderlich. Es ist außerdem von Bedeutung, daß die Temperatur und die
Brennzeit zur Erreichung eines, praktisch genommen, alkalifreien Zementes genügen,
weil seine Beschaffenheit sonst nicht tadellos ausfällt.
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Das Verfahren kann - ob nun für gleichzeitige Herstellung von Zement
oder nicht -zweckmäßig in Ofen derselben Art, die man bei der gewöhnlichen Zementbrennung
anwendet, ausgeführt werden. Das Alkalikarbonat weicht dabei in der Form eines fein
halt der Mischung an Kieselsäure und Sesdti rt oxyden (der sogenannte hydraulische
Mode
mindestens 1,7 beträgt. In der Praxis wird indessen zweckmäßig ein Modul von etwa
2,1 angewendet. Vorausgesetzt, daß reine Bestandteile verwendet werden, werden die
Reaktionen ' und die relativen Mengen etwa wie folgt: zerteilten Rauches ab, der
zweckmäßig derart aufgesammelt und gewonnen wird, daß die Brenngase -vorteilhaft
-nach Kühlung - in entsprechender Weise in innige Berührung mit Wasser gebracht
werden, worauf das vom Wasser aufgenommene Alkalikarbonat durch Eindampfen der Lösung
erhalten wird.
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Bei der Ausführung des Verfahrens in Schachtöfen muß das Rohmaterial
in geeigneter Weise brikettiert werden. Dies kann zweckmäßig derart' bewerkstelligt
werden, daß das Rohmaterial, mit Kalkmilch (in Wasser geschlämmtes Kalkhydrat) zu
einem festen Teig gefeuchtet, in geeigneter Weise brikettiert wird.
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Man kann auch zur Durchführung des Verfahrens elektrische Ofen von
zweckdienlicher Bauart verwenden, wobei jedoch natürlich Kohlensäure oder, falls
der Kohlengehalt der Briketts genügend groß ist, eine genügende Menge Luft zuzuführen
ist.
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Die. Temperatur darf selbstredend in keinem Falle so hoch getrieben
werden, daß die Mineralstoffe schmelzen und von der Kohle geschieden werden, weil
dadurch natürlich jede chemische Reaktion unmöglich würde.