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Verfahren zum Sulfatisieren von Erzen und anderen Materialien. Die
Erfindung besteht in einem Verfahren zum Sulfatisieren von Erzen und anderen Materialien,
wobei oxydierbarer Schwefel gleichzeitig mit einem geeigneten Oxydationsmittel unter
höherem als dem atmosphärischen Druck in Anwendung kommt. 'Unter oxydierbarem Schwefel
ist gediegener Schwefel oder Schwefel in Verbindung, z. B. als Schwefelmetall, und
insbesondere Schwefeldioxyd zu verstehen. Als Oxydationsmittel kann Luft oder Sauerstoff
in Anwendung kommen oder mit Sauerstoff angereicherte Luft oder auch gewisse feste
oxydierende Stoffe, wie z. B. Manganhyperoxyd. Eine kennzeichnende Eigentümlichkeit
des Erfindungsgegenstandes liegt in der Herbeiführung der Reaktion unter höherem
als atmosphärischem Druck, was dadurch ermöglicht wird, daß im Verlaufe des Verfahrens
einer oder mehrere der reagierenden Stoffe in Gasform vorhanden sind, in welcher
sie entweder eingebracht oder im Behälter entwickelt werden. Bei manchen Reaktionen
ist es übrigens ohne Bedeutung, ob z. B. Schwefeldioxyd anfänglich eingebracht wird,
da es im Reaktionsbehälter durch Oxydation von Schwefel oder einem Sulfide mittels
eines 'Oxydationsmittels gebildet werden kann, von welchem eine genügende-Menge
in Anwendung kommt, um das Schwefeldioxyd dann in Schwefelsäureanhydrid umwan= dein
zu können.
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Besondere Vorteile bietet das Verfahren. für die Verarbeitung von
Kupfererzen, da es eine schnelle, billige und nahezu vollständige Sulfatisierung
des in oxydischen oder. sulfidischen Kupfererzen enthaltenen Kupfers ermöglicht.
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` Im nachstehenden ist beispielsweise die Erfindung in ihrer Anwendung
auf diesen besonderen Fall beschrieben; es muß aber betont werden, daß sie keineswegs
darauf beschränkt ist, sondern daß die in ihr zum Ausdruck kommenden wesentlichen
Bedingungen sich nicht nur für die Sulfatbildung mit anderen Erzen, Mineralien und
Metallen als vorteilhaft erwiesen haben, sondern auch bei gewissen Reaktionen ganz
anderer Natur, wie z. B. die Äthergewinnung aus Alkoholen, die Sulfonierung- aromatischer
Kohlenwasserstoffe bei der Erzeugung von Phenolen und Naphtenen iisw.
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Bei der Überführung des Kupfers von Kupfererzen in Kupfersulfat ist
es bisher z. B. üblich gewesen, die verb ältnismäßig kostspielige Schwefelsäure
zur Gewinnung von Sulfat aus Kupfer-'oxyderzen zu verwenden. Man hat auch versucht,
Schwefelkupfererze durch Rösten unter atmosphärischem Druck direkt in Sulfate über-,
zuführen; hat jedoch erkannt, daß dieses Sulfatrösten
vön geringer
Wirksamkeit und langwierig ist, und so hatte es in der Praxis keinen Erfolg. Kommt
gemäß der Erfindung höherer als atmosphärischer Druck zur Anwendung, so wird die
Reaktion beschleunigt und eine, praktisch genommen, vollständige Umwandlung erzielt.
Bei der Verarbeitung von Kupfererzen ist z. B. gefunden worden, daß bei Drucken
zwischen 31/2 und 7 kg pro Quadratzentimeter die zur Durchführung der Reaktion erforderliche
Zeitdauer in verkehrtem Verhältnis zur Höhe des Druckes steht. Mit anderen Worten,
die Sulfatbildung geht, wenn genügend viel oxydierende Stoffe vorhanden sind, bei
einem Drucke von 7 Atm. in einem kleinen Bruchteil der Zeit vor sich, welche bei
i Atm. erforderlich ist. Außerdem ist bei höheren Drucken die Sulfatisierung beinahe
vollständig, was bei normalen Druck nicht der Fall ist.
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Zur Sulfatisierung des in Kupferoxyderzen enthaltenen Kupfers auf
trockenem Wege wird das fein gepulverte Erz in einen geeigneten, dem Drucke widerstehenden
Behälter gefüllt, welcher mit einer Rührvoruichtung und mit :Mitteln zam Beeinflussen
der Temperatur der Beschikkung durch Erwärmung oder durch Kühlung versehen ist.
In allen Fällen werden der oxydierbare Schwefel und das Oxydationsmittel unter solchen
Verhältnissen eingebracht, daß der erforderliche Druck erzeugt und aufrechterhalten
wird. Dieser Druck beträgt für den in Rede stehenden besonderen Fall 31/2 bis 7
Atm. und wird erreicht, indem man in den Behälter ein Gemenge von beiläufig io Volumteilen
Schwefeldioxyd mit 9o Volumteilen Luft einführt, wobei die Zuströmung so beeinflußt
wird, daß ein nahezu unveränderlicher Druck von 6 Atm. herrscht und für die Ableitung
von Abgasen ' Vorsorge getroffen ist.
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Zur Einleitung oder zum Inganghalten der Reaktion oder für beide Zwecke
kann Wärme zugeführt werden. Die Reaktionen sind jedoch gewöhnlich stark exothernzisch,
und wenn das Oxydationsmittel genügend wirksam und in genügender Menge vorhanden
ist, wird die durch die Reaktion entwickelte Wärme zur Aufrechterhaltung der erforderlichen
Temperatur genügen, ja in manchen Fällen wird man selbst kühlen müssen. Bei der
Behandlung von Kupferoxyderzen auf trockenem Wege wird die Temperatur vorzugsweise
nahe an 500° C erhalten und der Druck auf 31/2 bis 7 Atm. Diese Zahlen ändern sich
natürlich j e nach -der Natur der reagierenden Körper und der Einrichtung der Vorrichtung.
Die Verarbeitung von Kupferoxyderzen auf Sulfat auf nassem Wege kann bei gewöhnlicher
Temperatur vollständig durchgeführt werden.
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Bei der Verarbeitung von Kupfersulfiderzen auf trockenem Wege kann
der im Erze enthaltene Schwefel als Quelle oxydierbaren Schwefels genügen, in welchem
Falle man nur Luft oder Sauerstoff einzuführen braucht, wobei die Bedingungen bezüglich
Druck und Temperatur so ziemlich die gleichen bleiben wie für die trockene Verarbeitung
von Kupferoxyderzen. Sollte der im Erze enthaltene Schwefel für den Zweck nicht
genügen, so muß Schwefel in irgendeiner zur Verfügung stehenden Form zugeführt werden,
z. B. indem man Schwefelkies mit dem Erz mengt oder mit dem Oxydationsmittel Schwefeldioxyd
einführt. In diesem Falle kann man auch Schwefeldioxyd, welches sich entwickelt
und nicht gleich durch die Reaktion aufgezehrt wird, mit Luft oder anderen Qxydafiionsmitieln
vermengen und wieder in den Behälter zurückleiten.
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Die bekannten Katalysatoren für die Oxydation von Schwefeldioxyd,
wie z. B. Stickstoffoxyde, Chlormetalle, Wasser usw., können mit Vorteil benutzt
werden, um die Reaktion weiter zu beschleunigen, doch gehört ihre Anwendung nicht
zum Wesen der Erfindung. Bei der Anwendung von Stickstoffoxyden bereitet man dieselben
am besten an Ort und Stelle, indem man im Reaktionsbehälter einen elektrischen Lichtbogen
brennend erhält. Dieser Lichtbogen kann auch als Wärmequelle dienen.
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In manchen Fällen ist es auch vorteilhaft, den Druck zeitweise auf
atmosphärischen oder selbst unter diesen zu vermindern und hierauf den höheren Druck
wiederherzustellen. Auf diese Weise ist z. B. beim Arbeiten auf trockenem Wege möglich,
die Zersetzung von schwefelsaurem Eisenoxyd in Gegenwart von Kupfersulfat ohne Zersetzung
des letzteren Salzes zu beschleunigen, so daß Schwefelsäureanhydrid frei wird.
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Ein weiterer Vorteil, welchen das den Gegenstand der Erfindung bildende
Verfahren bietet, liegt darin, daß man als Quelle oxydierbaren Schwefels auch die
aus metallurgischen Öfen abziehenden Dämpfe, Flugaschen u. dgl. verwenden kann.
Das bietet in ökonomischer Be= ziehung den doppelten Vorteil, daß schädlicher Abfall,
dessen Fortschaffung bisher großen Schwierigkeiten begegnete, nutzbringend verwendet
wird.
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Da der Gegenstand der Erfindung ein Verfahren ist, ist die Ausführung
der Erfindung nicht an die Verwendung eines Apparats von bestimmter Form gebunden.
Die-Bauart des Apparates wird sich je nach der Natur des auf Sulfat zu verarbeitenden
Materials und den Verhältnissen, unter welchen die Reaktion vor sich zu gehen hat,
insbesondere -je nach dem Umstande, ob Wasser vorhanden ist oder nicht, mannigfach
ändern. In allen Fällen jedoch gehört zu den wesentlichen Erfordernissen ein Behälter,
dessen Wände stark genug sind, um dem in seinem Innern bei der in Anwendung gebrachten
Temperatur auftretenden Druck zu
widerstehen und welcher, wenn nötig,
eine gegen die auftretenden Reaktionen und entstehenden Reaktionsprodukte unempfindliche
innere Auskleidung besitzt. Außerdem kann er allenfalls auch mit einer Durchmengvorrichtung
versehen sein. Mit Ventilen versehene Einlaß- und Ausströmungsöffnungen sind wie
gewöhnlich vorhanden und nebstdem noch, vorzugsweise wie oben angegeben; eine Einrichtung
zum genauen Regeln der Temperatur der Beschickung. Diese Einrichtung kann beispielsweise
in einer elektrischen Widerstandsheizspule und allenfalls auch noch in einer Kühlschlange
bestehen, welche beide zwischen die innere und die äußere Behälterwand eingeschlossen
sind, so daß sie die Reaktionskammer umschließen. Der Raum zwischen der inneren
und der äußeren Wand wird vorzugsweise durch ein indifferentes Gas, wie z. B. Stickstoff,
unter einem Drucke ausgefüllt, welcher dem Drucke -in der Reaktionskammer wenigstens
gleich ist. Dadurch wird der doppelte Zweck erfüllt, die: Wände des inneren Behälters
von außen zu stützen und den Zutritt saurer Stoffe nach den Temperaturregelvorrichtungen
zu verhindern.