DE3738888A1 - Verfahren und vorrichtung zur kontinuierlichen synthese einer waessrigen aluminiumsulfatloesung aus einem aluminiumhydroxidschlamm - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Synthese einer wäßrigen Alumniumsulfatlösung aus dem Aluminiumschlamm in einem Zustand, der Aluminiumhydroxid als eine Hauptkomponente enthält, der sich aus dem Abstrom abscheidet, der aus der Behandlung von Aluminium für die Herstellung von Alumite (einem Aluminiumprodukt mit einem durch anodische Oxidation darauf erzeugten korrosionsbeständigen Überzug) stammt, die von einem Aluminiumverarbeitungsunternehmen durchgeführt wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bei der Alumite-Behandlung wird als Vorbehandlung dafür ein Aluminiumrohling mit einer Natriumhydroxidlösung geätzt, um Kratzer oder andere ähnliche Defekte, die auf der Oberfläche desselben vorliegen, zu entfernen und die Oberfläche zu glätten. Andererseits wird bei der Wiederaufarbeitung (erneuten Beschichtung) eines Abfallaluminiumprodukts dieses Produkt mit einer Natriumhydroxidlösung behandelt, um einen Oxidüberzug davon zu entfernen. Der Aluminiumrohling wird einer Behandlung zur anodischen Oxidation und einer Behandlung zur elektrolytischen Färbung in einer Schwefelsäurelösung unterworfen. Während dieser Behandlungen werden Aluminiumionen aus dem Aluminiumrohling in die obengenannte Lösung herausgelöst und dadurch in einen benachbarten Waschtank ausgetragen. Das verbrauchte Waschwasser wird in die Stufe zur Beseitigung des Abwassers eingeführt. Während das Abwasser einer Neutralisationsbehandlung unterworfen wird, tritt ein weißer Niederschlag aus Aluminiumhydroxid auf.

Die dabei entstehende Abfallflüssigkeit (Aufschlämmung) wird durch Zugabe eines makromolekularen Ausflockungsmittels vom Acrylamid-Typ in eine Flocke von hoher Solidität überführt. Diese Flocke wird dehydratisiert unter Bildung eines Aluminiumschlammes (nachstehend einfach als "Schlamm" bezeichnet) und der Schlamm wird einer Schlußbehandlung unterzogen (um verworfen oder abgetrennt zu werden). Dieser Schlamm besteht im allgemeinen aus 83 bis 87% Wasser, 8 bis 12% Al(OH)₃ und 6 bis 3% Verunreinigungen (wie z. B. SiO₂ und organische Substanzen).

Bei der Oberflächenbehandlung von Aluminium wird für die Entfernung des Überzugs von der Aluminiumoberfläche und des an der Oberfläche eines Vorsiebs (jig) haftenden Überzugs eine wäßrige Schwefelsäurelösung verwendet. Bei dieser Entfernung der Überzüge entsteht Abfallschwefelsäure als Alterungsabfall. Diese Abfallschwefelsäure besteht im allgemeinen aus 75 bis 90% freiem H₂O und 2 bis 0,5% Al₂(SO₄)₃.

Vom Standpunkt der Verhinderung der Umweltverschmutzung und der Schonung der Ressourcen aus betrachtet werden der Schlamm und die Abfallschwefelsäure, die bei der Behandlung einer Aluminiumoberfläche entstehen, im allgemeinen zur Synthese einer wäßrigen Aluminiumsulfatlösung verwendet. Die Umsetzung, die bei der Synthese von Aluminiumsulfat stattfindet, läuft jedoch so schnell ab, daß es schwierig ist, die Reaktionsgeschwindigkeit zu kontrollieren. Da das Aluminiumsulfat als Endprodukt einen pH-Wert aufweist, der so eingestellt ist, daß er an den Verwendungszweck, für den das Produkt eingesetzt werden soll, angepaßt ist, muß ferner der End-pH-Wert der Flüssigkeit für die Synthese so eingestellt werden, daß er gleich ist dem pH-Wert des Aluminiumsulfats. Da diese Einstellung des pH-Wertes schwierig ist, wurde es bisher als schwierig angesehen, die wäßrige Aluminiumsulfatlösung im Rahmen eines kontinuierlichen Syntheseverfahrens herzustellen.

Die Synthese der wäßrigen Aluminiumsulfatlösung aus dem Schlamm wurde bisher ausschließlich unter Anwendung des sogenannten diskontinuierlichen (absatzweise durchgeführten) Verfahrens durchgeführt, bei dem allgemein ein Synthesebehälter mit einer festgelegten Menge Abfallschwefelsäure beschickt und der Inhalt des Behälters mit einer festgelegten Menge des portionsweise zugeführten Schlammes erhitzt wird.

Zur Durchführung des obengenannten konventionellen Verfahrens muß der Synthesebehälter aus einem Material mit einer ausgezeichneten Korrosionsbeständigkeit hergestellt sein, weil der Inhalt des Behälters während der Anfangsstufe der Synthese hauptsächlich aus hochkonzentrierter Abfallschwefelsäure besteht. So sind beispielsweise Behälter eines mit Glas ausgekleideten Typs derzeit für die Synthese gebräuchlich. Ein Behälter aus diesem Material hat jedoch den Nachteil, daß er teuer ist, schwierige Wartungsarbeiten bei der Reparatur und Inspektion mit sich bringt und dazu neigt, leicht zu zerbrechen. Da die Synthese diskontinuierlich (absatzweise) durchgeführt wird, ist darüber hinaus der dafür verwendete Behälter zwangsläufig groß und die Antriebsenergie ist entsprechend groß und die Vorrichtung als Ganze ist voluminös und nimmt eine große Bodenfläche in Anspruch. Die Synthese bringt somit hohe Kosten für die Apparatur mit sich und der dafür verwendete Behälter kann zur Erhöhung der Kapazität nicht leicht vergrößert werden. Wegen der diskontinuierlichen (absatzweise durchgeführten) Herstellung hat die Synthese ferner den Nachteil, daß die damit verbundene Operation kompliziert in der Durchführung ist und einen schlechten Wirkungsgrad aufweist und daß der Synthesebehälter, der mittels eines Mantels erhitzt wird, unter einem allmählichen Verlust des thermischen Wirkungsgrades leidet als Folge des Kesselsteinbildungsphänomens und hohe Betriebskosten mit sich bringt.

Als eine der verschiedenen Arten von Abfall, die während der Behandlung einer Aluminiumoberfläche auftreten, stellt eine verdünnte wäßrige Schwefelsäurelösung, die während der Abtrennung von Schwefelsäure von dem Elektrolyten in einem Zustand anfällt, in dem sie Aluminiumsulfat enthält (nachstehend kurz als "Schwefelalaun" bezeichnet) neben dem obengenannten Schlamm und der obengenannten Abfallschwefelsäure, ein problematisches Nebenprodukt dar. Die diesen Schwefelalaun enthaltende wäßrige Schwefelsäurelösung ist bisher nicht in einem bemerkenswerten Umfange aufgetreten und ihr wurde deshalb durch die Behandlung des Abwassers bisher ausreichend Rechnung getragen. In den letzten Jahren sind jedoch verschiedene Verfahren zur Behandlung von Elektrolyten, wie z. B. das Verfahren, bei dem Ionenaustauscherharze für die Abtrennung verwendet werden, und das Verfahren, bei dem Diffusionstransmissionsmembranen für die Abtrennung verwendet werden, in den Vordergrund gerückt. Aufgrund der Entwicklung dieser Verfahren nimmt das Volumen an wäßriger Schwefelsäurelösung, die den Schwefelalaun enthält, schnell zu. Bei der Durchführung des Verfahrens unter Verwendung eines Ionenaustauscherharzes für die Abtrennung wird beispielsweise ein Teil des Schwefelsäure enthaltenden Elektrolyten in der Elektrolysezelle für die anodische Oxidationsbehandlung oder die Wechselstromfärbungsbehandlung einer Ionenaustauschbehandlung unterzogen. Während die durch diese Ionenaustauschbehandlung zurückgewonnene Schwefelsäure in die Elektrolysezelle zurückgeführt wird, entsteht bei dieser Behandlung ein behandeltes Wasser, das einen Teil der Schwefelsäure und des Schwefelalauns enthält. Auch bei der Durchführung des Verfahrens, bei dem eine Diffusionstransmissionsmembran verwendet wird, wird ein Teil des Elektrolyten in der Elektrolysezelle mit der Diffusionstransmissionsmembran behandelt. Während die durch diese Behandlung zurückgewonnene Schwefelsäure in die Elektrolysezelle zurückgeführt wird, entsteht bei der Behandlung ein behandeltes Wasser, das einen Teil der Schwefelsäure und des Schwefelalauns enthält. Die den Schwefelalaun enthaltende verdünnte wäßrige Schwefelsäurelösung enthält im allgemeinen 3 bis 6% H₂SO₄ und 7 bis 9% Al₂(SO₄)₃. In den letzten Jahren ist mit steigendem Anteil der Installation von Anlagen für die Behandlung von Elektrolyten, um den Verbesserungen der Qualität der Aluminiumoberflächenbehandlung Rechnung zu tragen, das Volumen dieser verdünnten wäßrigen Schwefelsäurelösung angewachsen. Angesichts dieser Umstände hat die Frage, wie die verdünnte wäßrige Schwefelsäurelösung gefahrlos beseitigt werden kann, die einschlägige Industrie zu äußersten Anstrengungen angetrieben. Eine Idee kann möglicherweise sein die Verwendung dieser Lösung für die obengenannte diskontinuierliche Synthese einer wäßrigen Aluminiumsulfatlösung. Der Anmelder der vorliegenden Erfindung verwendet teilweise selbst die Lösung für die Synthese. Da es sich bei der obengenannten, Schwefelalaun enthaltenden wäßrigen Schwefelsäurelösung um eine verdünnte Flüssigkeit handelt, führt die Verwendung dieser Lösung in einem erhöhten Volumen unvermeidlich zu einer Abnahme der Reaktionsgeschwindigkeit. Da die Synthese diskontinuierlich (absatzweise) durchgeführt wird, ist sie außerdem nicht für die Kommerzialisierung geeignet.

Die vorliegende Erfindung wurde daher mit dem Ziel konzipiert, die Nachteile des Standes der Technik, wie sie vorstehend beschrieben worden sind, zu beseitigen. Ein Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, das die kontinuierliche Synthese einer wäßrigen Aluminiumsulfatlösung erlaubt durch wirksame Ausnutzung des Schlammes, der Abfallschwefelsäure und der Schwefelalaun enthaltenden wäßrigen Aluminiumsulfatlösung, die bei der Aluminiumoberflächenbehandlung anfallen und der einschlägigen Industrie ernsthafte Sorgen in bezug auf die gefahrlose Beseitigung derselben hervorrufen, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zu entwickeln. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur kontinuierlichen Synthese einer wäßrigen Aluminiumsulfatlösung anzugeben, das eine verbesserte Produktivität, Durchführbarkeit, Sicherheit und dgl. aufweist, mit einer verhältnismäßig billigen Apparatur arbeitet und das Produkt in hoher Ausbeute ergibt, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Ziel der Erfindung ist es ferner, ein Verfahren zur kontinuierlichen Synthese einer wäßrigen Aluminiumsulfatlösung mit einem hohen Energiewirkungsgrad (-ausnutzungseffekt) bei niedrigen Betriebskosten sowie ein Verfahren zur Durchführung dieses Verfahrens anzugeben.

Die obengenannten Ziele der Erfindung werden erreicht mit einem Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer wäßrigen Aluminiumsulfatlösung aus den Nebenprodukten, wie sie bei der Aluminiumoberflächenbehandlung auftreten, das dadurch gekennzeichnet ist, daß der Aluminiumschlamm, der bei der Aluminiumoberflächenbehandlung entsteht und hauptsächlich aus Aluminiumhydroxid besteht, Abfallschwefelsäure, die während der Entfernung des Überzugs bei der obengenannten Aluminiumoberflächenbehandlung entsteht, und eine Aluminiumsulfat enthaltende wäßrige Schwefelsäurelösung, die während der Rückgewinnung (Abtrennung) der Schwefelsäure bei der obengenannten Aluminiumoberflächenbehandlung entsteht, in einen Reaktionstank eingeführt werden, der aus einer Vielzahl von Tanks, d. h. einem ersten bis zu einem n-ten Tank besteht, wobei dafür gesorgt wird, daß die zugeführten Substanzen nacheinander durch den ersten Tank bis zu dem n-ten Tank (letzten Tank) fließen, so daß Reaktionen eintreten bei einer Temperatur in dem Bereich von 80°C bis zum Siedepunkt der Reaktionslösung und gleichzeitig ein Teil der obengenannten, Aluminiumsulfat enthaltenden wäßrigen Schwefelsäurelösung mindestens einem der zweiten bis letzten Tanks zugeführt wird und der pH-Wert der Reaktionslösung in dem letzten Tank auf einen Wert in dem Bereich von 1,6 bis 2,5 eingestellt wird. In dem vorstehend beschriebenen Verfahren stellt die Einstellung des pH-Wertes der Reaktionslösung selbst einen der wichtigen Faktoren für die angestrebte wirksame kontinuierliche Synthese dar.

Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung der wäßrigen Aluminiumsulfatlösung, die einen solchen Aufbau hat, daß sie für die richtige Durchführung der Einstellung des pH-Wertes geeignet ist. Diese Vorrichtung ist dadurch charakterisiert, daß sie umfaßt:
einen Reaktionstank, der aus einem ersten bis einem n-ten Tank besteht, die geeignet sind für die Durchführung kontinuierlicher Reaktionen jeweils von Aluminiumschlamm, der bei der Aluminiumoberflächenbehandlung entsteht und hauptsächlich aus Aluminiumhydroxid besteht, von Abfallschwefelsäure, die während der Entfernung des Überzugs bei der obengenannten Oberflächenbehandlung entsteht, und einer Aluminiumsulfat enthaltenden wäßrigen Schwefelsäurelösung, die während der Rückgewinnung der Schwefelsäure bei der obengenannten Oberflächenbehandlung entsteht,
eine erste Beschickungsrohrleitung zur Einführung der obengenannten, Aluminiumsulfat enthaltenden wäßrigen Schwefelsäurelösung in den obengenannten ersten Tank,
eine n-te Beschickungsrohrleitung (n steht für eine ganze Zahl mit einem Wert von mindestens 2) zur Einführung der obengenannten, Aluminiumsulfat enthaltenden wäßrigen Schwefelsäurelösung in mindestens einen der zweiten und nachfolgenden Tanks,
einen ersten pH-Indikator-Kontroll-Rekorder, der im Inneren des obengenannten ersten oder zweiten Tanks angeordnet ist, ein erstes Regelventil, das mit dem obengenannten ersten pH-Indikator-Kontroll-Rekorder operativ verbunden und geeignet ist, das Strömungsvolumen innerhalb der obengenannten ersten Beschickungsrohrleitung zu steuern,
einen n-ten Indikator-Kontroll-Rekorder (n steht für eine ganze Zahl mit dem Wert von mindestens 2), der in mindestens einem der obengenannten zweiten und nachfolgenden Tanks angeordnet ist, und
ein n-tes Steuerventil (n steht für eine ganze Zahl mit einem Wert von mindestens 2), das mit dem obengenannten n-ten pH-Indikator-Kontroll-Rekorder operativ verbunden und geeignet ist, das Strömungsvolumen innerhalb der obengenannten n-ten Beschickungsrohrleitung zu steuern.

Außerdem stellt in dem obengenannten Verfahren die Regelung bzw. Steuerung der Temperatur der Reaktionslösung ebenfalls einen weiteren wichtigen Faktor für die angestrebte wirksame kontinuierliche Synthese dar.

Gegenstand der Erfindung ist daher ferner eine Vorrichtung zur Reaktionstemperaturkontrolle, die so aufgebaut ist, daß sie eine kontinuierliche Herstellung der wäßrigen Aluminiumsulfatlösung aus Nebenprodukten, wie sie bei der Aluminiumoberflächenbehandlung auftreten, erlaubt, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie umfaßt:
den obengenannten Reaktionstank, der aus einem ersten bis zu einem n-ten Tank besteht,
einen ersten Wärmeaustauscher zur Durchführung des Wärmeaustauschs zwischen der aus dem obengenannten Reaktionstank austretenden finalen wäßrigen Aluminiumsulfatlösung, die einen Siedepunkt in der Nähe des Siedepunktes der Reaktionslösung hat und der obengenannten, Aluminiumsulfat enthaltenden wäßrigen Schwefelsäurelösung,
eine erste Wasserdampfrohrleitung, die im Innern des obengenannten Tanks angeordnet ist,
einen ersten Temperatur-Indikator-Kontroll-Rekorder, der im Innern des obengenannten ersten Tanks angeordnet ist, ein erstes Temperaturregelventil, das mit dem obengenannten ersten Temperatur-Indikator-Kontroll-Rekorder operativ verbunden ist und geeignet ist, das Strömungsvolumen des Wasserdampfes innerhalb der obengenannten ersten Wasserdampfrohrleitung zu steuern,
eine n-te Wasserdampfrohrleitung (n steht für eine ganze Zahl mit einem Wert von mindestens 2) und einen n-ten Temperatur-Indikator-Rekorder (n steht für eine ganze Zahl mit einem Wert von mindestens 2), die im Innern mindestens eines der obengenannten zweiten und nachfolgenden Tanks angeordnet sind, und ein
n-tes Temperaturregelventil (n steht für eine ganze Zahl mit einem Wert von mindestens 2), das mit dem obengenannten n-ten Temperatur-Indikator-Rekorder operativ verbunden ist und geeignet ist, das Strömungsvolumen des Wasserdampfes innerhalb des obengenannten n-ten Tempertur-Indikator-Rekorders manuell oder automatisch zu steuern.

Die Erfindung wird in den beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Fließdiagramm, das in schematischer Form eine typische Vorrichtung erläutert, die zur kontinuierlichen Synthese einer wäßrigen Aluminiumsulfatlösung gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet ist;

Fig. 2 ein partielles Fließdiagramm, das in schematischer Form eine andere Ausführungsform der Erfindung erläutert; und

Fig. 3 einen partiellen Längsschnitt durch einen anderen Reaktionstank, der in der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendbar ist.

Erfindungsgemäß wird eine wäßrige Aluminiumsulfatlösung kontinuierlich synthetisiert, indem man dafür sorgt, daß ein Aluminiumschlamm, wie er bei der Aluminiumoberflächenbehandlung auftritt, Abfallschwefelsäure, wie sie bei der Entfernung eines Überzugs bei der obengenannten Oberflächenbehandlung auftritt, und eine Aluminiumsulfat enthaltende wäßrige Schwefelsäurelösung, wie sie während der Rückgewinnung der Schwefelsäure bei der obengenannten Oberflächenbehandlung erhalten wird, nacheinander in einer Vielzahl von Reaktionstanks miteinander reagieren. Die am Ende dieser Reaktionen erhaltene Synthese-Aluminiumsulfatlösung wird filtriert und eingeengt, wobei man Aluminiumsulfat als Endprodukt erhält. Die Eigenschaften des Endproduktes hängen von dem End-pH-Wert der Synthese-Aluminiumsulfatlösung ab und werden auf einen für einen bestimmten Verwendungszweck, für den das Endprodukt vorgesehen ist, geeigneten Wert in einem festgelegten Bereich eingestellt. Erfindungsgemäß wird die Schwefelalaun enthaltende verdünnte wäßrige Schwefelsäurelösung zur Einstellung des pH-Wertes der Reaktionslösung verwendet.

Die Reaktion für die Synthese des Aluminiumsulfats wird dargestellt durch die nachstehend angegebene Gleichung (1) und die Reaktionsgleichung für die Berechnung wird dargestellt durch die Gleichung (2):

2 Al(OH)₃ + 3 H₂SO₄ → Al₂(SO₄)₃ + 6 H₂O (1)

Al₂O₃ + 3 H₂SO₄ → Al₂(SO₄)₃ + 3 H₂O (2)

Die Reaktionsgeschwindigkeitskonstante in der obengenannten Reaktion und der Einfluß des pH-Wertes auf die Reaktion wurden untersucht unter Verwendung eines Schlammes, einer Abfallschwefelsäure und einer Schwefelalaun enthaltenden verdünnten wäßrigen Schwefelsäurelösung, welche die jeweils in der folgenden Tabelle I angegebenen Zusammensetzungen hatten.

Tabelle I

Da die Reaktion der obengenannten drei Materialien, wie experimentell gezeigt wurde, als homogene Reaktion zweiter Ordnung anzusehen ist, wurde die Geschwindigkeitskonstante der Reaktion durch einen Chargen-Test ermittelt. Aus den Testergebnissen ergab sich, daß die Geschwindigkeitskonstante bei 90 bis 100°C 0,12∼0,671 l/Al₂O₃ × Mol × sec betrug. Die Ergebnisse verschiedener Testläufe, die unter Verwendung der drei Materialien in variierenden Mischungsverhältnissen durchgeführt wurden, zeigen, daß der richtige Wert für die Geschwindigkeitskonstante mindestens 0,01 l/Al₂O₃ × Mol × sec übersteigen sollte. Im Hinblick auf die kommerzielle Durchführung der Synthese beträgt die höchstzulässige Grenze für die Geschwindigkeitskonstante 2,0 l/Al₂O₃ × Mol × sec.

Wenn der pH-Wert übermäßig hoch ist, d. h., wenn die Menge an freier H₂SO₄ übermäßig gering ist, ist die Reaktionsgeschwindigkeit für eine kommerzielle Durchführung der Synthese zu niedrig. Unter Berücksichtigung der Tatsache, daß der End-pH-Wert der Syntheselösung einer Kontrolle unterliegt, ist es daher im Falle der kontinuierlichen Reaktion am zweckmäßigsten, diese kontinuierliche Reaktion in der Weise zu steuern, daß der pH-Wert der Reaktionslösung in dem ersten Tank in dem Verbund von Reaktionstanks gesenkt wird, um die Reaktionsgeschwindigkeit zu erhöhen, und daß die pH-Werte der Reaktionslösungen in den nachfolgenden Tanks allmählich erhöht werden, um den End-pH-Wert der Syntheselösung ggf. auf den vorgeschriebenen Wert einzustellen. Als Ergebnis eines Experiments wurde gefunden, daß dann, wenn der Schlamm, die Abfallschwefelsäure und die Schwefelalaun enthaltende verdünnte wäßrige Schwefelsäurelösung kontinuierlich in einem festgelegten gravimetrischen Verhältnis in einen Mehrstufenreaktionstank (mit 3 bis 6 Stufen) eingeführt werden, wobei die Komponentenstufen mit jeweils festgelegten Volumina beschickt werden, die den bei den jeweiligen festgelegten Temperaturen (in dem Bereich von 80°C bis zum Siedepunkt der Reaktionslösung, vorzugsweise von 90°C bis zum Siedepunkt) vorgesehenen Behandlungsvolumina entsprechen, die synthetische Aluminiumsulfatlösung, die einen pH-Wert (im Bereich von 1,6 bis 2,5, vorzugsweise von 1,8 bis 2,0) hat, der aus der Beendigung der Reaktion resultiert, aus der Endstufe des Reaktionstanks kontinuierlich erhalten wird. Die Schwefelalaun enthaltende verdünnte Schwefelsäurelösung wird in der Weise zugeführt, daß die pH-Werte der Reaktionslösungen in den Komponententanks bei den jeweils vorgeschriebenen Werten gehalten werden. Zur Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit, wodurch die wäßrige Aluminiumsulfatlösung in einer erhöhten Ausbeute gebildet wird, ist es zweckmäßig, den pH-Wert in dem ersten Reaktionstank auf einen Wert in dem Bereich von 0,1 bis 1,0 einzustellen. Für die kommerzielle Durchführung der Synthese genügt es, diesen pH-Wert in dem Bereich von 0,1 bis 2,0 zu halten.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf Ausführungsbeispiele, die in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind, näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.

Die Fig. 1 zeigt ein Fließdiagramm, das in schematischer Form eine typische Vorrichtung erläutert, die zur Durchführung der kontinuierlichen Synthese einer wäßrigen Aluminiumsulfatlösung unter Anwendung der erfindungsgemäßen Parallelstromreaktion vom Mehrstufentanktyp geeignet ist. In dem Diagramm steht die Ziffer 1 für ein Förderband zum Transport des Schlammes mit Aluminiumhydroxid als einer Hauptkomponente desselben, die Ziffer 2 steht für einen Mischtank, die Ziffer 3 steht für einen Reaktionstank, der besteht aus dem ersten Tank bis zum n-ten Tank, die Ziffer 4 steht für einen Tank für die Aufnahem einer Schwefelalaun enthaltenden verdünnten wäßrigen Schwefelsäurelösung und die Ziffer 5 steht für einen Abfallschwefelsäuretank.

Der in Fig. 1 erläuterte Reaktionstank stellt einen Fall dar, bei dem n = 5, d. h. in dem fünf Komponententanks verwendet werden. Der erste Tank R₁ und der zweite Tank R₂ sind durch eine aufrecht stehende wehrartige Zwischenwand 8 a voneinander getrennt, die den Überlauf gestattet. Der zweite Tank R₂ und der dritte Tank R₃, der dritte Tank R₃ und der vierte Tank R₄ sowie der vierte Tank R₄ und der fünfte Tank R₅ sind durch die jeweiligen Zwischenwände 8 b voneinander getrennt, die von oben herunterhängen, so daß in ihren Bodenabschnitten Öffnungen entstehen. Diese Komponententanks sind jeweils mit einem Rührer 9 ausgestattet, der durch einen Elektromotor M angetrieben werden kann.

Der Schlamm wird auf dem Förderband 1 in den Mischtank 2 eingeführt. In der Zwischenzeit wird die Schwefelalaun enthaltende verdünnte wäßrige Schwefelsäurelösung in dem verdünnten Schwefelsäurelösungstank 4, die bei normaler Raumtemperatur gehalten wird, mittels einer Pumpe 10 durch eine Beschickungsrohrleitung 11 in einen ersten Wärmeaustauscher 6 eingeführt, in dem die Lösung auf eine Temperatur von etwa 65 bis etwa 70°C erhitzt wird durch Wärmeaustausch mit der gebildeten synthetischen Aluminiumsulfatlösung, die eine Temperatur von etwa 100°C hat, und dann wird sie in einen zweiten Wärmeaustauscher 7 eingeführt, in dem die Lösung auf eine noch höhere Temperatur von etwa 95 bis etwa 100°C erhitzt wird durch Wärmeaustausch mit Wasserdampf, der die Siedepunkttemperatur hat, und danach wird sie durch eine erste Beschickungsrohrleitung 12 in den Mischtank 2 eingeführt. Ein Teil der erhitzten Lösung wird durch eine zweite Beschickungsrohrleitung 13 in den dem letzten Tank vorausgehenden vierten Tank R₄ eingeführt. Die im Inneren des Mischtanks 2 gebildete Mischung aus dem Schlamm und der Schwefelalaun enthaltenden wäßrigen Schwefelsäurelösung wird dann in einem bei einer erhöhten Temperatur von etwa 70 bis etwa 80°C gehaltenen Zustand mit dem Rührer 9 gemischt und dann in den ersten Reaktionstank R₁ eingeführt. Inzwischen wird die im Innern des Abfallschwefelsäuretanks 5 gelagerte Abfallschwefelsäure mittels einer Pumpe 14 in einen Abfallschwefelsäureaufnahmetank 15 eingeführt, mittels eines im Innern des Aufnahmetanks 15 angeordneten Siebs 16 von darin schwimmenden Substanzen befreit und dann mittels einer Pumpe 17 in den ersten Reaktionstank R₁ transportiert.

In dem Reaktionstank 3 wird dafür gesorgt, daß die im Innern des ersten Tanks R₁ gebildete Reaktionslösung aus der Mischung aus Schlamm, Abfallschwefelsäure und Schwefelalaun enthaltender wäßriger Schwefelsäurelösung aus dem ersten Tank R₁ in den letzten, fünften Tank R₅ fließt, während sie durch den Rührer 9 gerührt wird und die durch die obengenannte Reaktionsgleichung (1) dargestellten Reaktionen ablaufen. Als Ergebnis erhält man eine Synthesealuminiumsulfatlösung von etwa 100°C aus dem fünften Tank R₅. Diese Lösung wird mittels einer Pumpe 18 durch eine Produktlösungsleitung 19 und den ersten Wärmeaustauscher 6 in eine Filtrationsreinigungseinheit (nicht dargestellt) transportiert.

Nachstehend wird das Kontroll- bzw. Steuersystem näher beschrieben. Zuerst wird bezüglich der Steuerung des pH-Wertes der Reaktionslösung der pH-Wert der Reaktionslösung in dem ersten Tank R₁ und in dem zweiten Tank R₂ bei einem Wert von etwa 0,8 gehalten. Wenn die tatsächlich zugeführte Menge des Schlammes geändert wird, so daß sie weit unter die theoretische Beschickungsmenge abfällt, wird die Beschickungsmenge der Abfallschwefelsäure proportional erhöht, was zur Folge hat, daß der pH-Wert sich von dem festen Wert pH 0,8 zur sauren Seite (z. B. zu pH 0,2) hin verschiebt. In diesem Falle muß deshalb der pH-Wert eingestellt werden. Diese Einstellung des pH-Wertes wird durchgeführt mittels eines ersten pH-Indikator-Kontroll-Rekorders (PHICR) 20, der in Innern des zweiten Tanks R₂ angeordnet ist. Wenn der auf dem ersten pH-Indikator-Kontroll-Rekorder abgelesene pH-Wert unter 0,8 (auf der stark sauren Seite) liegt, wird ein erstes Regelventil 21, das in der ersten Beschickungsrohrleitung 12 für die Schwefelalaun enthaltende verdünnte wäßrige Schwefelsäurelösung angeordnet und mit dem obengenannten Rekorder 20 verbunden ist, geschlossen. Wenn umgekehrt der abgelesene pH-Wert über 0,8 liegt, wird das erste Regelventil 21 geöffnet. Auf diese Weise wird der pH-Wert der anfänglichen Reaktionslösung automatisch auf 0,8 eingestellt durch geeignete Regelung der Beschickungsmenge der Schwefelalaun enthaltenden verdünnten wäßrigen Schwefelsäurelösung.

Die Einstellung des pH-Wertes in dem ersten Tank wird normalerweise wie vorstehend angegeben durchgeführt. Wenn die tatsächliche Beschickungsmenge des Schlamms über den vorgeschriebenen Wert hinaus ansteigt, wenn der Betrieb der Vorrichtung nach einem Stopp wieder aufgenommen wird oder wenn der pH-Wert in dem ersten Tank von dem vorgeschriebenen Wert um einen bestimmten anderen Faktor merklich abweicht, ergibt sich daraus natürlich, daß der pH-Wert des ersten Tanks R₁ von dem vorgeschriebenen Wert abweicht. Um den pH-Wert wieder in den festgelegten Bereich zurückzuführen, kann dann die Abfallschwefelsäure mit einem niedrigeren pH-Wert (auf der stark sauren Seite) als die obengenannte Schwefelalaun enthaltende verdünnte wäßrige Schwefelsäurelösung anstelle der genannten verdünnten wäßrigen Lösung verwendet werden. Wenn der abgelesene Wert des pH-Wertes auf dem ersten pH-Indikator-Kontroll-Rekorder 20 unter 0,8 liegt, wird die Zufuhr der Abfallschwefelsäure unterbrochen durch Abschalten der Pumpe 17 des Abfallschwefelsäureaufnahmebehälters 15. Wenn der abgelesene Wert des pH-Wertes über 0,8 liegt, wird die Pumpe 17 eingeschaltet und ihre Kapazität wird erhöht (durch Öffnung des Ventils), um die Einführung der Abfallschwefelsäure in den ersten Tank R₁ zu starten. Auf diese Weise wird der pH-Wert automatisch auf 0,8 eingestellt. Die geeignete Erhöhung oder Verminderung der Beschickungsmenge der Abfallschwefelsäure, die einen niedrigen pH-Wert hat, ist vorteilhaft für die pH-Werteinstellung insbesondere dann, wenn der pH-Wert stark abweicht, weil die Zeit, die erforderlich ist, bis der pH-Wert auf den festgelegten Bereich zurückkehrt, kleiner ist als dann, wenn die Schwefelalaun enthaltende verdünnte wäßrige Schwefelsäurelösung verwendet wird. Es ist für den Fachmann auf diesem Gebiet klar, daß diese pH-Werteinstellung erzielt werden kann durch Verwendung sowohl der Schwefelalaun enthaltenden verdünnten wäßrigen Schwefelsäurelösung als auch der Abfallschwefelsäure.

Gewünschtenfalls kann der erste pH-Indiktator-Kontroll-Rekorder 20 im Innern des ersten Tanks R₁ angeordnet sein und geeignet sein, den pH-Wert auf der Auslaßseite des ersten Tanks R₁ zu bestimmen. Wenn die Reaktion fortschreitet, steigt der pH-Wert der Reaktionslösung an und verschiebt sich in Richtung auf die schwach saure Seite. Wenn der pH-Wert der synthetischen Aluminiumsulfatlösung innerhalb des fünften Tanks (letzten Tanks) R₅ auf der stark sauren Seite unter den vorgeschriebenen Wert (1,6 bis 2,5, vorzugsweise 1,8 bis 2,0) fällt, bestimmt der Detektor eines zweiten pH-Indikator-Kontroll-Rekorders (RPHCR) 22, der im Innern des fünften Tanks R₅ angeordnet ist, diese Abweichung des pH-Wertes und schließt ein zweites Regelventil 23, das in der zweiten Beschickungsrohrleitung 13 für die Schwefelalaun enthaltende verdünnte wäßrige Schwefelsäurelösung angeordnet ist. Wenn umgekehrt der pH-Wert über den vorgeschriebenen Wert hinaus ansteigt, öffnet der obengenannte Detektor automatisch das zweite Regelventil 23. Es ist möglich, die Beschickungsrohrleitungen für die Schwefelalaun enthaltende verdünnte wäßrige Schwefelsäurelösung mit jedem der Komponententanks zu verbinden, pH-Indikator-Kontroll-Rekorder in jedem der Komponententanks anzuordnen und die Feineinstellung der pH-Werte der Reaktionslösung in den Komponententanks nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren durchzuführen. Da die Einstellung des pH-Wertes der Reaktionslösung durch Regelung der Beschickungsmenge der Schwefelalaun enthaltenden verdünnten wäßrigen Schwefelsäurelösung und/oder der Abfallschwefelsäure erfolgt und da ferner der pH-Wert der Reaktionslösung nicht weniger als 0,8 beträgt und die Umwandlung in dem ersten Tank etwa 90% beträgt und der pH-Wert in dem zweiten Tank nicht unter den obengenannten Wert fallen kann, genügt es in jedem Falle, als Material für den ersten Tank rostfreien Stahl der Qualität von etwa SUS 316 JIL und als Material für den zweiten Tank und die nachfolgenden Tanks rostfreien Stahl der Qualität von etwa SUS 316 L zu verwenden.

Was die Steuerung der Temperatur der Reaktionslösung angeht, wird dann die Temperatur der Mischung aus dem Schlamm und der Schwefelalaun enthaltenden verdünnten wäßrigen Schwefelsäurelösung im Innern des Mischtanks 2 auf einen Wert in dem Bereich von 70 bis 80°C erhöht durch die Zufuhr der Schwefelalaun enthaltenden verdünnten wäßrigen Schwefelsäurelösung, die eine Temperatur in dem Bereich von etwa 95 bis etwa 100°C hat. Die Schwefelalaun enthaltende verdünnte wäßrige Schwefelsäurelösung im Innern des verdünnten Schwefelsäuretanks 4, die bei Raumtemperatur gehalten wird, wird, wie vorstehend beschrieben, durch den ersten Wärmeaustauscher auf eine Temperatur von etwa 65 bis etwa 70°C (bestimmt durch einen Temperatur-Indikator-Rekorder (TR) 24) erhitzt und dann in dem zweiten Wärmeaustauscher 7 auf einen Wert von etwa 95 bis etwa 100°C noch weiter erhitzt. Diese Temperatur wird bestimmt durch einen Temperatur-Indikator-Kontroll-Rekorder (TRC) 25, der hinter dem zweiten Wärmeaustauscher 7 in der Beschickungsrohrleitung für die Schwefelalaun enthaltende verdünnte Schwefelsäurelösung angeordnet ist. Wenn die so gemessene Temperatur unter dem vorgeschriebenen Wert liegt, wird ein Wasserdampfsteuerventil 27, das in einer Wasserdampfbeschickungsrohrleitung 2 angeordnet und mit dem obengenannten Rekorder 25 verbunden ist, geöffnet. Wenn die gemessene Temperatur oberhalb des vorgeschriebenen Wertes liegt, wird das Wasserdampfsteuerventil 27 heruntergefahren (verengt). Durch diese Regelung der Wasserdampfmenge, die in den zweiten Wärmeaustauscher 7 eintritt, wird die Temperatur automatisch auf den vorgeschriebenen Wert eingestellt. Wasserdampfbeschickungsrohrleitungen stehen mit den Reaktionstanks in Verbindung. Eine erste Wasserdampfrohrleitung 28 taucht in Form einer Schlange oder einer ebenen Platte in die im Innern des ersten Tanks R₁ befindlichen Reaktionslösung ein und dann wird sie in eine Abwasseraustragsrinne 32 eingeführt, um den Wärmeaustausch zu bewirken. Die zweiten bis vierten Tanks stehen mit einer zweiten Wasserdampfrohrleitung 29, einer dritten Wasserdampfrohrleitung 30 bzw. einer vierten Wasserdampfrohrleitung 31 zur Einführung von Wasserdampf in Verbindung. Die Temperatur der Reaktionslösung im Innern des ersten Tanks R₁ wird durch einen ersten Temperatur-Indikator-Kontroll-Rekorder (TRC) 33 und ein erstes Temperaturregelventil 34, das in der obengenannten ersten Wasserdampfrohrleitung 28 angeordnet und mit dem obengenannten Rekorder 33 verbunden ist, eingestellt. Wenn die Temperatur der Reaktionslösung in dem ersten Tank R₁ oberhalb des vorgeschriebenen Wertes liegt, wird das erste Temperaturregelventil 34 teilweise geschlossen (verengt). Wenn diese Temperatur unter dem vorgeschriebenen Wert liegt, wird das Regelventil 34 geöffnet. Auf diese Weise wird die Temperatur automatisch auf den vorgeschriebenen Wert eingestellt. Der dritte Tank R₃ und der fünfte Tank R₅ sind jeweils mit einem dritten Temperatur-Indikator-Rekorder (TR) 35 bzw. mit einem fünften Temperatur-Indikator-Rekorder (TR) 36 verbunden. Je nach den Temperaturen, die durch diese Temperatur-Indikator-Rekorder (TR) 35 und 36 gemessen werden, erfolgt die Regelung der Temperatur manuell durch Öffnen oder Schließen der zweiten bis vierten Regelventile 37 bis 39. Gewünschtenfalls kann die Temperatur der Reaktionslösung automatisch eingestellt werden durch Anordnen von Temperatur-Indikator-Kontroll-Rekordern in jedem der Komponententanks und Verbinden dieser Rekorder mit den jeweiligen Temperatursteuerventilen in den Wasserdampfrohrleitungen. Wo das System so konzipiert ist, daß die Temperatur erhöht wird durch Einführen von Wasserdampf in die Komponententanks, wird die Reaktionslösung verdünnt und als Folge davon muß zusätzliche Energie in der nachfolgenden Reinigungsstufe zugeführt werden. Es ist daher erwünscht, die Erhöhung der Temperatur der Reaktionslösung in dem ersten Tank durch Wärmeaustausch zwischen der Wasserdampfrohrleitung und der Reaktionslösung zu bewirken, wie in dem Diagramm erläutert.

In der Fig. 1 steht außerdem die Bezugsziffer 40 für eine Flüssigkeits-Niveau-Indikator-Kontrolle (LC) in dem Abfallschwefelsäureaufnahmetank 15, die verhindert, daß der Motor der Pumpe 17 sich unnötig dreht. Sie betätigt automatisch die Pumpe 14, wenn das Flüssigkeitsniveau der Abfallschwefelsäure in dem Abfallschwefelsäureaufnahmetank 15 unter eine festgelegte Strichmarkierung fällt, und sie stoppt den Betrieb der Pumpe, wenn das Flüssigkeitsniveau über die Marke hinaus ansteigt. Die Bezugsziffer 41 steht für eine Flüssigkeits-Niveau-Indikator-Kontrolle (LICA), die mit einem Alarm ausgestattet ist und geeignet ist, das Flüssigkeitsniveau des Reaktionstanks 3 zu regeln. Sie schließt (verengt) automatisch ein Regelventil 42, wenn das Flüssigkeitsniveau der Reaktionslösung unter die festgelegte Marke fällt, und sie öffnet das Regelventil 42, wenn das Flüssigkeitsniveau über die Marke hinaus ansteigt. Die Bezugsziffer 43 steht für einen kumulativen Strommengen-Indikator (FIQ), der die Beschickungsmenge der Schwefelalaun enthaltenden verdünnten wäßrigen Schwefelsäurelösung anzeigt. Die kontinuierliche Synthese einer wäßrigen Aluminiumsulfatlösung wurde mit der in Fig. 1 dargestellten Vorrrichtung unter Anwendung der folgenden Bedingungen durchgeführt:

Synthesebedingungen

spezifisches Gewicht - 1,134 (12°C)
Reaktionstemperatur: 99 bis 100°C
pH-Wert des ersten Tanks: etwa 0,8
pH-Wert des fünften Tanks: etwa 2,0

Als Ergebnis konnte die wäßrige Aluminiumsulfatlösung kontinuierlich synthetisiert werden mit einer Umwandlung von etwa 98%. Die so erhaltene wäßrige Aluminiumsulfatlösung wurde unter den folgenden Bedingungen einem Filtrationstest unterworfen: es wurden 300 ml als Menge der Syntheselösung verwendet, die Filtrationstempertur betrug 20°C, es wurde unter Vakuum filtriert (ohne Filtrationshilfsmittel) mit 95 cm² als verfügbarer Filtrationsfläche, mit einem Filterpapier Nr. 2 der Firma Toyo Roshi Co., Ltd. als Filtrationsdruck (Höhe des Vakuums). Der Test zeigte keine Probleme hinsichtlich der Filtrationseigenschaften der Lösung.

Die Fig. 2 erläutert eine andere typische Vorrichtung zur kontinuierlichen Synthese einer erfindungsgemäßen wäßrigen Aluminiumsulfatlösung, in der nur die Teile dargestellt sind, in denen sich diese Vorrichtung von der Vorrichtung gemäß Fig. 1 unterscheidet. Die einzelnen Einrichtungen (wie z. B. der Abfallschwefelsäuretank und die Wärmeaustauscher), die Meßinstrumente (wie z. B. die pH-Indikator-Kontroll-Rekorder) und die Beschickungsrohrleitungen (wie z. B. die Beschickungsrohrleitung für die Schwefelalaun enthaltende wäßrige Schwefelsäurelösung), die in Fig. 2 nicht dargestellt sind, sind mit den in Fig. 1 dargestellten identisch. Die in Fig. 1 erläuterte Vorrichtung ist mit dem Mischtank 2 ausgestattet. Dieser Mischtank ist wie dargestellt angeordnet, weil kein Reaktionstank unterhalb des Förderbandes installiert werden kann, wenn die vorliegende Vorrichtung in ihrem unmodifizierten Zustand verwendet wird. Diese Installation des Mischtanks ist nicht immer erforderlich. Wie in Fig. 2 erläutert, können die obengenannten drei Ausgangsmaterialien statt dessen direkt in den ersten Tank R₁ des Reaktionstanks 3 eingeführt werden. In der Vorrichtung gemäß Fig. 2 wird der Schlamm mittels einer Pumpe durch eine Schlammbeschickungsrohrleitung 44 transportiert. Er kann natürlich auch durch ein Förderband, wie in der Fig. 1 transportiert werden. In dem in Fig. 2 erläuterten Reaktionstank 3 sind die Komponententanks R₁ bis R₅ jeweils mit wehrhaftigen Zwischenwänden 8 a und Zwischenwänden 8 b, die von oben herunterhängen, voneinander getrennt, um einen ansonsten möglichen direkten Durchlauf der Reaktionslösung zu verhindern. Um den direkten Durchlauf der Reaktionslösung noch wirksamer zu verhindern, können die Komponententanks im Innern mit einer Umlenkplatte ausgestattet sein, wie in Fig. 3 erläutert.

Die Regelung der Temperatur der Reaktionslösung in dem ersten Tank R₁ erfolgt automatisch ähnlich der obengenannten Vorrichtung gemäß Fig. 1, indem man den ersten Temperatur-Indikator-Regel-Rekorder 33 verwendet zur Regelung des ersten Temperaturregelventils 34, das in der ersten Wasserdampfrohrleitung 28 angeordnet ist. Aus dem gleichen Grund werden die Temperaturen der Reaktionslösung in dem zweiten Tank R₂ bis vierten Tank R₄ automatisch geregelt mittels zweiter bis vierter Temperatur-Indikator-Kontroll-Rekorder (TRC) 45 bis 47, die in den jeweiligen Komponententanks angeordnet sind, und mittels zweiter bis vierter Temperaturregelventile 48 bis 50, die jeweils in den zweiten bis vierten Wasserdampfrohrleitungen 29 bis 31 angeordnet sind. Außerdem werden die Temperaturen der Komponententanks geregelt durch Wärmeaustausch zwischen den Anteilen der Reaktionslösung im Innern der Komponententanks und den in Form einer Schlange oder einer ebenen Platte in die Reaktionslösung eingetauchten zweiten bis vierten Wasserdampfrohrleitungen.

Die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung ist mit einer Syntheselösungzirkulationsleitung 52 ausgestattet, die von der Austragsseite der Pumpe 18 ausgeht für den Austrag der Syntheselösung und in den ersten Tank 41 zurückgeführt wird. Diese Zirkulationsleitung 52 ist mit einem manuellen Ventil 51 ausgestattet. Aufgrund dieser Einrichtung kann die wäßrige Aluminiumsulfatlösung in den ersten Tank R₁ zurückgeführt werden durch Öffnen des manuellen Ventils 51, wenn der zweite pH-Indikator-Kontroll-Rekorder (PHICR) 22 (Fig. 1), der als Anzeige für den pH-Wert der Syntheselösung dient, einen abnormen Wert (außerhalb des vorgeschriebenen Bereiches) anzeigt. Natürlich kann auch die Vorrichtung gemäß Fig. 1 mit einer Zirkulationsleitung ausgestattet sein.

Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, daß erfindungsgemäß die folgenden Effekte und Vorteile erzielt werden können:

• a) Da die Synthese der wäßrigen Aluminiumsulfatlösung kontinuierlich durch eine Parallelreaktion vom Mehrstufentanktyp durchgeführt wird, wird die Produktionskapazität deutlich verbessert im Vergleich zu der konventionellen Synthese durch diskontinuierliche Arbeitsweise und bei einem festgelegten Produktionsvolumen erlaubt die Vorrichtung eine weitgehende Verminderung der Gesamtgröße und Stellfläche. Die Vorrichtung kann erforderlichenfalls in einem Gebäude installiert werden.
• b) Da die Einstellung der pH-Werte des Reaktionssystems durch Verwendung der Schwefelalaun enthaltenden verdünnten wäßrigen Schwefelsäurelösung bewirkt wird, kann die pH-Werteinstellung leicht erzielt werden und die Konzentration der freien H₂SO₄ in dem ersten Tank ist gering. Durch Halten der pH-Werte der Reaktionslösung in den Komponententanks in dem Bereich von 0,8 bis 2,5 können daher gefahrlos Reaktionstanks aus rostfreiem Stahl verwendet werden. Die erforderliche Wartung der Reaktionstanks kann daher durch geeignetes Verschweißen, Reparatur und Inspektion erfolgen. Die Kosten für die Apparatur sind gering. Da die Vorrichtung kontinuierlich betrieben wird, kann der pH-Wert der Reaktionslösung kontinuierlich kontrolliert werden, ohne daß Ventile, Pumpen, Rührer und dgl. von Zeit zu Zeit eingeschaltet werden müssen. Die Vorrichtung kann daher leicht automatisiert werden. Sie ist auch vorteilhaft in bezug auf die Verbesserung der Verfahrensführung und der Sicherheit.
• c) Auf der Basis der experimentellen Daten in bezug auf die Reaktionsgeschwindigkeitskonstante kann die Produktionskapazität durch geringfügige Modifikation der Vorrichtung erhöht werden.
• d) Das erfindungsgemäße System zur Reaktionstemperaturkontrolle bringt praktisch keinen Verlust an thermischem Wirkungsgrad als Folge einer Kesselsteinbildung mit sich, weil das Erhitzen unter Verwendung der unabhängig von den Reaktionstanks installierten Wärmeaustauschereinheiten bewirkt wird. Außerdem kann die Steuerung der Temperatur automatisch erfolgen. Aufgrund der leichten Temperaturkontrolle in Verbindung mit dem Effekt eines kontinuierlichen Betriebs weist die Vorrichtung eine hohe Energieausnutzung und einen geringen Energieverbrauch sowie niedrige Betriebskosten auf.

Weitere Vorteile und Effekte der Erfindung gehen aus der vorstehenden Beschreibung hervor.

Claims (13)

1. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer wäßrigen Aluminiumsulfatlösung aus Nebenprodukten, die bei einer Aluminiumoberflächenbehandlung anfallen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Aluminiumschlamm, der bei der Aluminiumoberflächenbehandlung entsteht und hauptsächlich aus Aluminiumhydroxid besteht, eine Abfallschwefelsäure, die bei der Entfernung des Überzugs bei der Oberflächenbehandlung entsteht, und eine Aluminiumsulfat enthaltende wäßrige Schwefelsäurelösung, die bei der Rückgewinnung der Schwefelsäure bei der Oberflächenbehandlung anfällt, in einen Reaktionstank eingeführt werden, der aus einer Vielzahl von Tanks, d. h. einem ersten bis n-ten Tank besteht, daß bewirkt wird, daß die eingeführten Substanzen nacheinander durch den ersten bis n-ten Tank (letzten Tank) fließen, wobei sie miteinander reagieren bei einer Temperatur in dem Bereich von 80°C bis zum Siedepunkt der Reaktionslösung und daß gleichzeitig ein Teil der Aluminiumsulfat enthaltenden wäßrigen Schwefelsäurelösung in mindestens einen der zweiten bis letzten Tanks eingeführt wird und der pH-Wert der Reaktionslösung in dem letzten Tank auf einen Wert in dem Bereich von 1,6 bis 2,5 eingestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der aus dem letzten Tank austretenden wäßrigen Aluminiumsulfatlösung in den Reaktionstank zurückgeführt wird, wenn der pH-Wert der Reaktionslösung in dem letzten Tank von dem vorgeschriebenen Bereich abweicht.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der aus dem letzten Tank austretenden wäßrigen Aluminiumsulfatlösung in den ersten Tank zurückgeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der pH-Wert der Reaktionslösung in dem ersten oder zweiten Tank auf einen Wert in dem Bereich von 0,1 bis 2,0 eingestellt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung des pH-Wertes der Reaktionslösung durch Regelung der Menge der dem ersten Tank zugeführten Aluminiumsulfat enthaltenden wäßrigen Schwefelsäurelösung bewirkt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung der Temperatur der Reaktionslösung in dem Reaktionstank durch Einführen von Wasserdampf in die Reaktionslösung bewirkt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung der Temperatur der Reaktionslösung in dem Reaktionstank durch Wärmeaustausch zwischen der Reaktionslösung und einer in die Reaktionslösung eingetauchten Wasserdampfrohrleitung bewirkt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die auf eine erhöhte Temperatur erhitzte, Aluminiumsulfat enthaltende wäßrige Schwefelsäurelösung in den ersten Tank eingeführt wird.

9. Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung einer wäßrigen Aluminiumsulfatlösung aus Nebenprodukten, die bei der Aluminiumoberflächenbehandlung anfallen, gekennzeichnet durch
einen Reaktionstank (3), der aus einem ersten bis n-ten Tank besteht, in denen kontinuierliche Reaktionen jeweils zwischen einem Aluminiumschlamm, der bei der Aluminiumoberflächenbehandlung entsteht und hauptsächlich aus Aluminiumhydroxid besteht, eine Abfallschwefelsäure, die während der Entfernung des Überzugs bei der Oberflächenbehandlung entsteht, und einer Aluminiumsulfat enthaltenden wäßrigen Schwefelsäurelösung, die bei der Rückgewinnung von Schwefelsäure bei der Oberflächenbehandlung entsteht, ablaufen können,
eine erste Beschickungsrohrleitung (12) zur Einführung der Aluminiumsulfat enthaltenden wäßrigen Schwefelsäurelösung in den ersten Tank (R₁),
eine n-te Beschickungsrohrleitung (n steht für eine ganze Zahl mit einem Wert von mindestens 2) zur Einführung der Aluminiumsulfat enthaltenden wäßrigen Schwefelsäurelösung in mindestens einen der zweiten und nachfolgenden Tanks, einen ersten pH-Indikator-Kontroll-Rekorder (20), der im Innern des ersten Tanks (R₁) oder zweiten Tanks (R₂) angeordnet ist,
ein erstes Regelventil (21), das mit dem ersten pH-Indikator-Kontroll-Rekorder (20) verbunden und geeignet ist für die Regelung des Strömungsvolumens innerhalb der ersten Beschickungsrohrleitung (12),
einen n-ten Indikator-Kontroll-Rekorder (n steht für eine ganze Zahl mit einem Wert von mindestens 2), der in mindestens einem der zweiten und nachfolgenden Tanks angeordnet ist, und
ein n-tes Regelventil (n steht für eine ganze Zahl mit einem Wert von mindestens 2), das mit dem n-ten Indikator-Regel-Rekorder verbunden und geeignet ist, das Strömungsvolumen innerhalb der n-ten Beschickungsrohrleitung zu regeln.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die n-te Beschickungsrohrleitung dazu dient, die Aluminiumsulfat enthaltende wäßrige Schwefelsäurelösung in den Tank unmittelbar vor dem letzten Tank einzuführen, daß der n-te pH-Indikator-Kontroll-Rekorder in dem letzten Tank angeordnet ist und daß das n-te Regelventil in der Beschickungsrohrleitung angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionstank (3) in den ersten bis n-ten Tank unterteilt ist durch Zwischenwände 8 b, die von oben herunterhängen, unter Bildung einer Öffnung am Bodenabschnitt des Reaktionstanks und/oder durch wehrartige Zwischenwände (8 a), die aufrecht stehen, um ein Überlaufen der Reaktionslösung zu erlauben.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Umlenkplatte, die geeignet ist, den Durchlauf der Reaktionslösung zu verhindern, in mindestens einem der ersten bis n-ten Tanks angeordnet ist.

13. Vorrichtung für die Reaktionstemperaturkontrolle, die eine kontinuierliche Herstellung einer wäßrigen Aluminiumsulfatlösung aus Nebenprodukten, wie sie bei der Aluminiumoberflächenbehandlung anfallen, erlaubt, gekennzeichnet durch
einen Reaktionstank (3), der aus ersten bis n-ten Tanks besteht, in denen kontinuierliche Reaktionen jeweils zwischen einem Aluminiumschlamm, der bei der Aluminiumoberflächenbehandlung entsteht und der hauptsächlich aus Aluminiumhydroxid besteht, einer Abfallschwefelsäure, die während der Entfernung des Überzugs bei der Oberflächenbehandlung entsteht, und einer Aluminiumsulfat enthaltenden wäßrigen Schwefelsäurelösung, die bei der Rückgewinnung der Schwefelsäure bei der Oberflächenbehandlung entsteht, ablaufen können,
einen ersten Wärmeaustauscher (6) zur Durchführung eines Wärmeaustauschs zwischen der aus dem Reaktionstank (3) austretenden fertigen wäßrigen Aluminiumsulfatlösung, die einen Siedepunkt hat, der etwa dem Siedepunkt der Reaktionslösung entspricht, und der Aluminiumsulfat enthaltenden wäßrigen Schwefelsäurelösung,
eine erste Wasserdampfrohrleitung (28), die im Innern des ersten Tanks (R₁) angeordnet ist,
einen ersten Temperatur-Indikator-Kontroll-Rekorder (20), der im Innern des ersten Tanks (R₁) angeordnet ist, ein erstes Temperaturregelventil (21), das mit dem ersten Temperatur-Indikator-Kontroll-Rekorder (20) verbunden und geeignet ist, das Strömungsvolumen des Wasserdampfes innerhalb der ersten Wasserdampfrohrleitung (28) zu regeln, eine n-te Wasserdampfrohrleitung (n steht für eine ganze Zahl mit einem Wert von mindestens 2) und einen n-ten Temperatur-Indikator-Rekorder (n steht für eine ganze Zahl mit einem Wert von mindestens 2), die im Innern mindestens eines der zweiten und nachfolgenden Tanks angeordnet sind, und ein n-tes Temperaturregelventil (n steht für eine ganze Zahl mit einem Wert von mindestens 2), das mit dem n-ten Temperatur-Indikator-Rekorder verbunden und geeignet ist, das Strömungsvolumen des Wasserdampfes innerhalb des n-ten Temperatur-Indiktator-Rekorders manuell oder automatisch zu steuern.