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"Verfahren und Vorrichtung zur Aufbereitung
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von HC1 und Eisen(II)-chloridhaltigen Ätzbadlösungen" badl ösungen"
Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren, nach dem Oberbegriff von Anspruch
1 und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff von
Anspruch 11.
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Es sind verschiedene Verfahren zur Aufbereitung von Beizlösungen,
z. B. zur Beizung von Walzwerkerzeugnissen mit Salzsäure bekannt. Eine wirtschaftlich
realisierbare Rückgewinnung der kostenaufwendigen Bestandteile solcher Ätzbäder
ist Vorraussetzung für die wirtschaftliche Durchführbarkeit des Beizvorgangs als
solchen. Die bekannten Verfahren laufen im wesentlichen darauf hinaus, daß man versucht,
einen möglichst großen Teil der eingesetzten Salzsäure in Reinform zurückzugewinnen.
Die bekanntesten derartigen Regenerationsverfahren sind das Sprüh-Röst-Verfahren,
das Lurgi-Verfahren und ein Sprüh-Röst-Verfahren unter Verwendung eines Hochturbulenz-Reaktors
(vgl.
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Ullmann 1975, Bd. lo).
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Ein all diesen Verfahren gemeinsames Problem besteht darin, daß zu
ihrer Durchführung sehr aufwendige Anlagen erforderlich sind, welche sich nur bei
sehr hohem Durchsatz und langer Betriebsdauer amortisieren.
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Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
und eine Vorrichtung zu schaffen, welche zwar grundsätzlich auch eine zumindest
teilweise Regeneration des Ätzbades ermöglichen, welche aber darüber hinaus auch
die Möglichkeit eröffnen, je nach Verfahrensführung aus der verbrauchten Ätzbadlösung
gegebenenfalls auch anderweitige wiederverwendbare chemische Produkte, insbesondere
trockenes Eisen(III)-Chlorid zu gewinnen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren gemäß
dem kennzeichenden Teil von Anspruch 1. Durch die erfindungsgemäß vorgesehene unter
erhöhter Temperatur stehende Vakuum-Kammer mit einer darin angeordneten Förderschnecke
wird erreicht, daß zunächst in Abhängigkeit von den gewählten Reaktionsbedingungen
getrocknetes Eisen(II)-Chlorid erhalten wird, welches dann vorzugsweise als Zwischenprodukt
einer weiteren Behandlung unterzogen wird.
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Erfindungsgemäß kann das Verfahren also so geführt werden, daß zwar
bei der Vakuum-Wärmebehandlung verdampfende Salzsäure zurückgewonnen wird, daß man
aber nicht darauf abzielt, eine möglichst vollständige Salzsäurerückgewinnung zu
erzielen, sondern Eisen(II)-Chlorid als Zwischenprodukt beziehungsweise Endprodukt
zu erhalten. Bei den vorbekannten Verfahren wird im Gegensatz hierzu aufgrund der
Verfahrensführung jeweils Eisenoxid als Zwischenprodukt erhalten, wodurch es erforderlich
wird, verhältnismäßig aufwendige apparative Maßnahmen zu treffen, um das Verfahren
kontinuierlich durchführen zu können.
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Insbesondere ist erfindungsgemäß entsprechend Anspruch 2 eine thermische
Spaltung des Eisen(II)-Chlorids in Eisen
und Chlor vorgesehen.
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Bei einer möglichen Verfahrens führung wird das so erzeugte Chlor
dem noch nicht gespaltenen Eisen(II)-Chlorid entsprechend Anspruch 3 zugeführt.
Dies wird vorzugsweise nach Anspruch 4 realisiert.
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Zur Herbeiführung einer thermischen Spaltung des Eisen(II)-Chlorids
können die Maßnahmen nach den Ansprüchen 5 - 7 dienen.
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Die nach Anspruch 8 vorgesehene Beheizung der Förderschnecke stellt
eine besonders günstige Möglichkeit dar, die erforderliche Temperatur in der Vakuum-Kammer
einzustellen.
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Anspruch 9 betrifft die Möglichkeit einer Rückgewinnung der Reaktionswärme
aus Sekundärreaktionen.
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Anspruch lo gibt noch eine günstige Möglichkeit der Durchführung des
Verfahrens nach Anspruch 5 an.
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Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe und Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens dient eine Vorrichtung gemäß dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 11.
Diese erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht die Gewinnung von Eisen(II)-Chlorid
in einem beliebigen Trockenzustand. Dieser Trockenzustand kann beeinflußt werden
durch die in der Vakuum-Kammer eingestellte Temperatur, das eingestellte Vakuum
und die Fördergeschwindigkeit der Förderschnecke.
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Die Vakuum-Erzeugungseinrichtung gemäß Anspruch 12 ermöglicht die
Erzeugung eines Vakuums und gleichzeitig das definierte Absaugen gasförmiger Salzsäurerückgewinnung.
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Entsprechend Anspruch 13 ist erfindungsgemäß eine Schleusen-Austragseinrichtung
vorgesehen, welche den Austrag von Eisen(II)-Chlorid unter Aufrechterhaltung des
Vakuums in der Vakuum-Kammer ermöglicht. Diese Schleusen-Austragseinrichtung kann
z. B. entsprechend Anspruch 14 ausgebildet sein.
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Zur Rückgewinnung insbesondere der gasförmigen Salzsäure, welche in
der Vakuum-Kammer freigesetzt wird, dient eine Kondensations-Kammer entsprechend
Anspruch 15. Die Kondensations-Kammer kann entsprechend Anspruch 16 ausgebildet
sein.
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Zur Weiterbehandlung des vorgetrockneten Eisen(II)-Chlorids ist entsprechend
Anspruch 17 eine zweite Fördereinrichtung vorgesehen, welche insbesondere gemäß
Anspruch 18 oder 19 ausgestaltet sein kann.
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Die im Bereich dieser zweiten Fördereinrichtung gemäß Anspruch 20
vorgesehene Hochtemperatur-Erzeugungseinrichtung dient der Spaltung des Eisen(II)-Chlorids
in Eisen und Chlor und kann entsprechend Anspruch 21 oder 22 ausgestaltet sein.
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Zur Erzielung einer möglichst definierten und gleichmäßigen Wärmezufuhr
in der Vakuum-Kammer ist die erste Förderschnecke entsprechend Anspruch 23 heizbar
ausgestaltet. Die Beheizung kann grundsätzlich z. B. durch elektrische Widerstandsheizungen
bewerkstelligt werden, vorzugsweise erfolgt sie aber entsprechend Anspruch 24, da
auf diese Weise besonders günstig rückgewonnene Reaktionswärme eingesetzt werden
kann.
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Die gemäß Anspruch 25 vorgesehene zweite Schneckenfördereinrichtung
dient als Reaktions-Schnecke, um in günstiger
Weise die Umwandlung
von Eisen(II)-Chlorid mittels erzeugten Chlors in Eisen(III)-Chlorid zu bewerkstelligen.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung
wird also ein Teil der eingesetzten Salzsäure zurückgewonnen. Darüber hinaus kann
aber z. B.
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sehr reines Eisen(III)-Chlorid erhalten werden, welches einen wichtigen
Stoff zur Verwendung in Gerbereien, in der Fotogravur, zur Wasseraufbereitung ebenso
wie in der Glasindustrie und der keramischen Industrie darstellt.
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Dieses trockene Eisen(III)-Chlorid kann problemlos gelagert und transportiert
werden, so daß erfindungsgemäß keine Notwendigkeit besteht, entweder im geschlossenen
Kreislauf zu arbeiten oder aufwendige Transportprobleme auf sich zu nehmen, welche
mit der Beförderung von Salzsäure verbunden sind.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben
sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform anhand der
Zeichnung. Dabei zeigen: Figur 1 eine schematische Darstellung der möglichen Prozeßführungen,
Figur 2 einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vakuum-Kammer
mit Förderschnecke, Figur 3 einen Querschnitt längs der Linie II 1-111 in Figur
2, Figur 4 eine schematische Darstellung des austragsseitigen Endes der Förderschnecke
unter Verwendung eines Drehtellers als zweite, nachgeordnete Transportvorrichtung,
Figur
5 eine Figur 4 entsprechende Darstellung, wobei zusätzlich eine zweite Förderschnecke
vorgesehen ist, und Figur 6 eine Figur 4 und Figur 5 entsprechende Darstellung,
wobei die zweite Transporteinrichtung als Gliederförderband ausgestaltet ist.
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Bei der in Figur 2 und 3 dargestellten Ausführungsform ist eine Förderschnecke
(1) über eine Welle (2) in einer Vakuum-Kammer (3) drehantreibbar angeordnet.
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Die Vakuum-Kammer (3) ist umgeben von einem Kondensationsraum (4),
welcher seinerseits wiederum umgeben ist von einer Vorfilterkammer (5). Die Vorfilterkammer
(5) weist eine Zuleitung (6) für verbrauchtes Ätzbad auf. Am Boden der Vorfilterkammer
(5) ist ein Entschlammungsventil (7) angeordnet. Über dieses Entschlammungsventil
(7) können feste Bestandteile in Form von Schlamm und dergleichen aus dem Ätzbad
abgesondert werden.
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Die Vorfilterkammer (5) ist über eine Leitung (8) und Einlaßdüsen
(9) mit der Vakuum-Kammer (3) verbunden.
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Am austragsseitigen Ende der Förderschnecke (1) ist eine Schleusenaustragseinrichtung
(lo) vorgesehen, welche zwei nacheinander betätigbare Klappen (11) umfaßt, welche
durch schematisch dargestellte Elektromagneten (12) nacheinander betätigt werden
können, so daß Feststoffe durch die Auslaßöffnung (13) unter Wahrung des Vakuums
in der Vakuum-Kammer (3) ausgetragen werden können.
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Die Welle (2) ist als Hohlwelle ausgebildet und weist eine nur schematisch
dargestellte Zu- und Abführleitung (14) für ein flüssiges Heizmedium auf.
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An der Oberseite der Vakuum-Kammer (3) ist eine Absaugeinrichtung
(15) angeordnet, welche ein Absaugen gas-und dampfförmiger Produkte aus der Vakuum-Kammer
(3) ermöglicht, wobei deren sich trichterartig erweiternde Auslaßöffnung (16) mit
dem Kondensationsraum (4) in Verbindung steht, in welchem eine Kondensation der
Dämpfe, insbesondere reiner Salzsäure, stattfindet. Die Kondensationskammer (4)
ist mit einer Auslaßleitung (18) zum Auslaß der Kondensationsprodukte versehen.
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Vor der sich trichterförmig erweiternden Auslaßöffnung (16) sind in
der Absaugeinrichtung (15) ringförmig angeordnete, gegen die Strömungsrichtung gerichtete
Düsen (7) vorgesehen, welche über einen Ringkanal (19) mit einer zu einer nicht
dargestellten Pumpe führenden Leitung (20) in Verbindung stehen.
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Bei der in Figur 4 dargestellten Ausführungsform ist der Förderschnecke
(1) austragsseitig eine zweite Transporteinrichtung in Form eines Drehtellers (21)
nachgeordnet.
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Der Drehteller ist aus einem hochhitzebeständigen Material hergestellt.
In Drehrichtung (Pfeil P l)nach dem austragsseitigen Ende der Förderschnecke (1)
sind zwei Elektroden (22, 23) angeordnet. Durch einen zwischen diesen Elektroden
(22, 23) ausgebildeten Lichtbogen kann von der Förderschnecke (1) ausgetragenes
Eisen(II)-Chlorid thermisch in Eisen und Chlor gespalten werden. Das auf dem Drehteller
(21) verbleibende Eisen wird durch eine schematisch dargestellte Abstreifeinrichtung
(24) vom Drehteller (21) abgestreift.
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Figur 6 zeigt eine grundsätzlich ähnliche Konstruktion, wobei dort
jedoch als zweite Transporteinrichtung ein Gliederförderband (25) vorgesehen ist.
Die beiden Elektroden
(26,27) sind beiderseits des sich in Pfeilrichtung
P 2 bewegenden Gliederförderbands angeordnet. Am Ende des Förderwegs ist wiederum
eine Abstreifeinrichtung (28) vorgesehen.
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Bei der in Figur 5 dargestellten Ausführungsform sind am Ende der
Förderschnecke (1) wiederum ein Drehteller (21) mit Abstreifeinrichtung (24) sowie
Elektroden (22 und 23) vorgesehen. Darüber hinaus ist dort aber in der Vakuum-Kammer
(3) eine zweite Förderschnecke (29) angeordnet, welche mit einer Ummantelung(17)
zur Abführung der Reakionswärme versehen ist. Die zweite Förderschnecke (29) transportiert
ebenfalls Eisen(II)-Chlorid, wobei ihr bei der auf dem Drehteller (21) erfolgenden
thermischen Zersetzung entstehendes Chlorgas im Gegenstrom zugeführt wird, wodurch
das dort transportierte Eisen(II)-Chlorid in Eisen(III)-Chlorid umgewandelt und
durch im einzelnen nicht dargestellte Austragseinrichtungen ausgetragen wird.
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In Figur 1 sind schematisch die erfindungsgemäß möglichen Prozeßführungen
dargestellt. Grundsätzlich wird die Ätzlösung mittels einer Säurepumpe vom Ätzbad
zur Vorfilterkammer (5) gepumpt, in welcher über das Entschlammungsventil (7) eine
Entschlammung vorgenommen wird. Die derart mechanisch gereinigte Ätzlösung wird
in der Vakuum-Kammer (3), in welcher mittels der beheizbaren Förderschnecke (1)
und gegebenenfalls einer zusätzlichen Heizung eine Temperatur von z. B. 60 - 70°
eingestellt wird, teilweise verdampft. Die dabei entstehenden Salzsäure-Wasser-Dämpfe
werden in den Kondensationsraum (4) über die Absaugeinrichtung (15) abgesaugt und
dort kondensiert. Die Kondensationsprodukte, d. h. im wesentlichen gereinigte Salzsäure,
werden über die Leitung (18) abgeschieden.
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Durch die Verdampfung von Wasser und HC1 in der Vakuum-Kammer (3)
bildet sich im Bereich der Förderschnecke (1)
kristallines Eisen(II)-Chlorid,
welches am Ende der Förderschnecke (1) ausgetragen wird. Der Feuchtigkeitsgehalt
des dort ausgetragenen Eisen(II)-Chlorid kann in Abhängigkeit von der gewählten
Temperatur, dem Unterdruck, der Geschwindigkeit der Förderschnecke und der zugeführten
Menge an Ätzlösung eingestellt werden. Für das solchermaßen gewonnene Eisen(II)-Chlorid
bestehen verschiedene, weitere Behandlungsmöglichkeiten, welche nachstehend beispielsweise
beschrieben werden: Ausführungsbeispiel 1 Das ausgetragene Eisen(II)-Chlorid wird
auf die Randfläche eines Drehtellers (21) oder eines Gliederförderbandes (25) aufgebracht.
Beim Rotieren des Drehtellers (21) beziehungsweise bei der Fortbewegung des Gliederförderbandes
(25) gelangt das Eisen(II)-Chlorid unter die Einwirkung eines zwischen Elektroden
(22, 23) beziehungsweise (26, 27) ausgebildeten Lichtbogens und wird dadurch in
gasförmige Salzsäure und Eisen gespalten. Die gasförmige Salzsäure wird ebenfalls
abgesaugt und zurückgeführt. Das auf dem Drehteller (21) beziehungsweise dem Gliederförderband
(25) als geschmolzener Rückstand verbleibende Eisen wird durch die Abstreifeinrichtungen
(24) beziehungsweise (28) entfernt.
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Durch die Schleuseneinrichtung (lo) wird dieses Eisen nach außen entfernt.
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Ausführungsbeispiel 2 Die Drehzahl der Förderschnecke (1) und die
Einstellung der übrigen Parameter werden so gewählt, daß am austragsseitigen Ende
der Förderschnecke praktisch wasserfreies Eisen(II)-Chlorid erhalten wird. Die weitere
Einwirkung durch den Lichtbogen erfolgt dann entsprechend Ausführungsbeispiel 1,
wobei
das entstehende Eisen eine Art Widerstandselement bilden kann.
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Ausführungsbeispiel 3 Der Prozeßverlauf entspricht grundsätzlich dem
nach Ausführungsbeispiel 2. Jedoch wird nur ein Teil des trockenen Eisen(II)- Chlorids
in Chlorgas und Eisen zerlegt.
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Das entstandene Chlorgas wird einer parallel zur ersten Förderschnecke
laufenden, ebenfalls Eisen(II)-Chlorid fördernden zweiten Förderschnecke (29) zugeführt,
wodurch das dort transportierte Eisen(II)-Chlorid in Eisen(III)-Chlorid umgewandelt
werden kann. Durch die Ummantelung (30) kann zum Ingangsetzen der Reaktion sowohl
Wärme zugeführt als nach in Gang gekommener Reaktion auch Wärme abgeführt werden.