DE464084C

DE464084C - Device for separating the individual components of mixtures contained in solutions by fractional crystallization

Info

Publication number: DE464084C
Application number: DES69331D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Hans Zimmermann
Original assignee: Siemens and Halske AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens and Halske AG; Siemens AG
Priority date: 1925-03-19
Filing date: 1925-03-19
Publication date: 1928-08-10

Description

Einrichtung zum Trennen der einzelnen Bestandteile von in Lösungen enthaltenen Gemischen durch fraktionierte Kristallisation Bei der Zerlegung von in Lösungen enthaltenen Gemischen seltener Erden m ihre Einzelbestandteile ist oft die fraktionierte Kristallisation das einzige Mittel, um eine vollständige Trennung g der einzelnen Bestandteile voneinander zu erhalten; dies ist z. B. der Fall bei der Gewinnung von Radium aus Pechblende und bei der Gewinnung des Hafniums aus Zirlionmineralien. Durch abnechselndes Abkühlen und Eindampfen der Mutterlauge werden die einzelnen Bestandteile auskristallisiert und die schwerer löslichen von den leichter löslichen getrennt, und zwar so, daß sich zunächst die schwerer löslichen und dann die leichter löslichen Bestandteile abscheiden. Die ersten ausgeschiedenen Kristalle, die also bei der ersten Abkühlung der Mutterlauge ausfallen, enthalten zum größten Teil den am schwersten löslichen Bestandteil, jedoch auch noch geringe Mengen von weniger schwer löslichen Stoffen. Löst man nun die zuerst erhaltenen Kristalle von neuem auf und unterwirft die entstehende Lösung einer erneuten mehrfachen Kristallisation, so werden die hierbei auftretenden ersten Kristalle bereits einen wesentlich größeren Reinheitsgrad besitzen als diejenigen aus der ersten Umkristallisation der Mutterlauge. Auf diese Weise kann man durch mehrfache Umkristallisation der bei dem ersten Verfahren entstehenden einzelnen Kristallbildungen die einzelnen Bestandteile eines in einer Lösung enthaltenen Gemisches praktisch vollständig voneinander trennen.Device for separating the individual components from solutions contained mixtures by fractional crystallization When decomposing mixtures of rare earths contained in solutions m their individual components is often fractional crystallization is the only means of achieving complete separation g of the individual components to obtain from each other; this is e.g. B. the case with the extraction of radium from pitchblende and the extraction of hafnium from zirlion minerals. By alternating cooling and evaporation of the mother liquor, the individual Components crystallized out and the more difficultly soluble from the more easily soluble separated, in such a way that first the more difficult to dissolve and then the more easily Separate soluble components. The first crystals to separate out, that is precipitate when the mother liquor cools for the first time, for the most part contain the the most sparingly soluble constituent, but also small amounts of less poorly soluble substances. You now loosen the crystals that were obtained first again and subjects the resulting solution to repeated multiple crystallization, so the first crystals that appear will already be a much larger one Purity than those from the first recrystallization of the mother liquor. In this way you can by multiple recrystallizations in the first process resulting individual crystal formations the individual components of one in one Virtually completely separate the mixture contained in the solution from one another.

Es gibt Stoffe, die erst nach tausend- oder noch mehrfacher Umkristallisierung einen technisch brauchbaren Reinheitsgrad erhalten können.There are substances that only recrystallize after a thousand or more times can obtain a technically usable degree of purity.

Es sind zwar Einrichtungen bekannt geworden, bei welchen eine Salzlösung im Gegenstrom zu einer Kühlflüssigkeit geleitet wird. Dabei scheidet sich das Salz in einzelnen hintereinander angeordneten Behältern ab. Eine solche Einrichtung besitzt jedoch den Nachteil, daß die Konzentration der Lösung allmählich sinkt und daher die Abscheidung des Salzes erschwert wird. It is true that facilities have become known in which a saline solution is passed in countercurrent to a cooling liquid. The salt separates in the process in individual containers arranged one behind the other. Has such a facility however, the disadvantage that the concentration of the solution gradually decreases and therefore the separation of the salt is made more difficult.

Die Erfindung betrifft nun eine Einrichtung, bei welcher sich die Ausscheidung von Salzen in besonders günstiger Weise durchführen läßt. Die Einrichtung gemäß der Erfindung besteht aus einer Reihe gekühlter Gefäße für die einzelnen Kristallisationen und einer Reihe. dazwischengeschalteter Gefäße zum Eindampfen der Lösung, wobei zwischen den einzelnen Gefäßen Überläufe angeordnet sind. Da infolge des Eindampfens und der Ausscheidung der Kristalle die Mutterlauge einen immer geringeren Raum einnimmt, kann man die Gefäße allmählich kleiner werden lassen. The invention relates to a device in which the Can be carried out excretion of salts in a particularly favorable manner. The establishment according to the invention consists of a series of cooled vessels for the individual crystallizations and a number. intermediate vessels for evaporation of the solution, whereby overflows are arranged between the individual vessels. Because as a result of evaporation and the precipitation of the crystals, the mother liquor an ever lesser one Takes up space, the vessels can gradually become smaller.

Um an Raum zu sparen, kann man ferner gemäß der Erfindung jedes kleiner gestaltete Kühlgefäß innerhalb des vorhergehenden größeren Gefäßes anordnen, so daß zwei oder mehr Kühlgefäße ineinander angeordnet sind, was außerdem eine wesentliche Vereinfachung der Kühlanlage und einen geringeren Aufwand an Kühlmitteln zur Folge hat. Dementsprechend kann man auch die Gefäße, die zum Eindampfen dienen, ineinanderstellen und die einzelnen Kühl- und Eindampfgefäße in der entsprechenden Reihenfolge durch Kanäle oder Überläufe miteinander verbinden. Furthermore, in order to save space, according to the invention, each can be made smaller arrange designed cooling vessel within the preceding larger vessel, so that two or more cooling vessels are arranged one inside the other, which is also an essential Simplification of the cooling system and a lower cost of coolants result Has. Accordingly, the vessels used for evaporation can also be placed inside one another and the individual cooling and evaporation vessels in the appropriate order Connect channels or overflows with one another.

Man kann nun noch gemäß der Erfindung mehrere solche Vorrichtungen der geschilderten Art nebeneinander oder übereinander anordnen und die Mutterlauge nacheinander durch die einzelnen Gefäße hindurchlaufen lassen, so daß man Hunderte von Umkristallisationen fortlaufend vornehmen kann und doch nur einen verhältnismäßig geringen Raum für die Anordnung der hierzu erforderlichen Gefäße benötigt.According to the invention, several such devices can now be used of the type described next to each other or on top of each other and the mother liquor one after the other through the individual vessels, so that you get hundreds of recrystallizations can continuously make and yet only one proportionately little space is required for the arrangement of the vessels required for this purpose.

Um die Kühlwirkung in den Kühlgefäßen und die Heizwirkung in den Gefäßen zam Eindampfen zu erhöhen, kann man nun gemäß der Erfindung Wände anordnen, die von oben in die Gefäße hineinhängen, und zwischen diesen Wänden andere am Boden befestigte Wände anbringen und in den Wänden in irgendeiner bekannten Weise die Kühl-oder Heizvorrichtungen anordnen. Die Mutterlange wird dadurch gezwungen, an den Wänden entlang zu fließen, wodurch einerseits der Weg während der Kühlung bzw. To the cooling effect in the cooling vessels and the heating effect in the To increase vessels zam evaporation, one can now arrange walls according to the invention, which hang from above into the vessels, and between these walls others on the bottom attach fixed walls and in the walls in any known manner the Arrange cooling or heating devices. The mother length is thereby forced to to flow along the walls, whereby on the one hand the path during the cooling resp.

Verdampfung verlängert wird und anderseits eine große Fläche für die Kühl- bzw.Evaporation is extended and on the other hand a large area for the Cooling resp.

Heizvorrichtung geschaffen wird.Heating device is created.

In den Abbildungen sind Ausführungsbeispiele für die Erfindung dargestellt, und zwar zeigt Abb. I eine Vorrichtung, bei welcher die einzelnen Gefäße nebeneinander, und Abb. 2 eine Vorrichtung, bei welcher die Gefäße ineinander angeordnet sin. In the figures, exemplary embodiments for the invention are shown, namely Fig. I shows a device in which the individual vessels side by side, and Fig. 2 shows a device in which the vessels are arranged one inside the other.

In Abb. I sind I, 3 und 5 die Kühlgefäße, 2, 4 und 6 die Gefäße zum Eindampfen. Diese Gefäße sind durch die Kanäle 7, 8, 9, 10 und 11 miteinander verbunden. I2, I3 und 14 sind Wände, die irgendwie, beispielsweise an der Oberkante des Gefäßes, aufgehängt sind und in die Flüssigkeit hinabtauchen. I5 und I6 sind die zwischen ihnen liegenden Wände, die. am Boden des Gefäßes befestigt sind. In diesen Wänden befinden sich beispielsweise Heizrohre oder elektrische Heizwiderstände, die in der Abbildung mit I7 bezeichnet sind. In Fig. I, I, 3 and 5 are the cooling vessels, 2, 4 and 6 are the vessels for Evaporation. These vessels are connected to one another by channels 7, 8, 9, 10 and 11. I2, I3 and 14 are walls that somehow, for example on the upper edge of the vessel, are suspended and submerged in the liquid. I5 and I6 are the ones between them lying walls that. are attached to the bottom of the vessel. In these walls there are, for example, heating pipes or electrical heating resistors that are in are labeled I7 in the figure.

Die Wände werden in diesem Falle zweckmäßig konzentrisch gelagert.In this case, the walls are expediently mounted concentrically.

Die Kristallisation geht nun folgendermaßen vor sich: Aus dem Zuführungsrohr I8 fließt die heiße Mutterlauge in das Gefäß I und fließt in der eingezeichneten Pfeilrichtung um die Kühlwände I2, I5, I3, I6 und 14 herum und läuft dann durch das Rohr 7 in das Gefäß 2. Die Strömung der Flüssigkeit an den Heizwänden vorbei in diesen und in den folgenden Gefäßen ist dieselbe wie die in dem Gefäß 1. rn dem Gefäß I scheiden sich nun durch die Abkühlung der Flüssigkeit an den Kühlwänden die ersten Kristalle aus, die sich entweder an den Wänden oder auf dem Boden des Gefäßes absetzen. Diese Kristalle enthalten zum größten Teil die Bestandteile, die am schwersten löslich sind, also am leichtesten ausgeschieden werden. Die übrigbleibende Lauge wird nun in dem Gefäß 2 von neuem eingedampft und fließt dann wiederum in heißem Zustande durch den KanalS in das Kühlgefäß 3, wo sich ebenfalls Kristalle an den Kühlwänden oder dem Boden absetzen, und zwar diesmal schon Kristalle von Bestandteilen der Mufterlauge, die leichter löslich sind als die in Gefäß I abgesetzten. Der Vorgang des Erwärmens und Abkühlens wiederholt sich in den Gefäßen 4, 5 und 6. In jedem der Gefäße 1, 3 und 5 wird ein bestimmter Bestandteil der Mutterlauge unter den Kristallen vorherrschend sein. Es können natürlich je nach den besonderen Verhältnissen auch mehr Gefäße angewendet werden. Die aus dem Abflußrohr 19 des letzten Gefäßes austretende Endlauge kann nun, wenn erforderlich, entsprechend in einer zweiten Anlage derselben Art weiter behandelt werden. The crystallization now proceeds as follows: From the feed pipe I8 the hot mother liquor flows into vessel I and flows into the one shown Direction of the arrow around the cooling walls I2, I5, I3, I6 and 14 and then runs through the tube 7 into the vessel 2. The flow of the liquid past the heating walls in this and in the following vessels is the same as that in vessel 1. rn dem Vessel I now separate due to the cooling of the liquid on the cooling walls the first crystals that are either on the walls or on the bottom of the Put down the vessel. For the most part, these crystals contain the components that are the most difficult to dissolve, i.e. the easiest to excrete. The remaining one Lye is now evaporated again in the vessel 2 and then again flows into hot condition through the channel S into the cooling vessel 3, where there are also crystals settle on the cooling walls or the floor, and this time already crystals of Components of the mother liquor that are more soluble than those in vessel I. The process of heating and cooling is repeated in vessels 4, 5 and 6. In each of the vessels 1, 3 and 5 there is a certain component of the mother liquor be predominant among the crystals. It can of course depending on the particular Proportions, more vessels can also be used. The from the drain pipe 19 of the Final liquor escaping from the last vessel can now, if necessary, be poured into a second system of the same type can be treated further.

Die Kristalle nun, die sich in dem Gefäß I abgesetzt haben, werden neben dem Hauptbestandteil noch besondere Beimengungen enthalten. Um nun den Hauptbestandteil, der also von allen Bestandteilen der Mutterlauge am schwersten löslich war, in noch größerem Reinheitsgrad zu erhalten, kann man die Kristalle wiederum auflösen und von neuem durch eine Anlage der geschilderten Art hindurchschicken. Das gleiche Verfahren kann man mit den in den Gefäßen 3 und 5 abgesetzten Kristallen vornehmen und ebenso die Kristalibildungen der zweiten Anlage von neuem auflösen und wie beschrieben behandeln und so fort, bis man die einzelnen Bestandteile der Mutterlauge in gewünschtem Reinheitsgrad erhalten hat. Will man die in den Endlaugen enthaltenen Bestandteile ebenfalls auskristallisieren, so wird man zweckmäßig die Endlaugen der einzelnen Anlagen sammeln und dann in einer Vorrichtung der geschilderten Art durch mehrfaches Abkühlen und Wiedereindampfen behandeln. Wie aus der Abbildung zu ersehen ist, wird bei dauerndem Zufluß der Mutterlauge aus dem Rohre IS der Lauf der Mutterlauge durch die einzelnen Gefäße selbsttätig bewerkstelligt. The crystals that have settled in the vessel I will now In addition to the main ingredient, it also contains special additives. To now the main ingredient, which of all the constituents of the mother liquor was the most difficult to dissolve, in still To obtain a greater degree of purity, the crystals can be dissolved and again send through a system of the type described again. The same This procedure can be carried out with the crystals deposited in vessels 3 and 5 and also dissolve the crystal formations of the second plant anew and as described treat and so on until the individual components of the mother liquor are in the desired Degree of purity. If you want the components contained in the final liquors also crystallize out, so you will expediently the final liquors of the individual Collect plants and then multiply them in a device of the type described Treat cooling and re-evaporation. As from the figure too As can be seen, if the mother liquor flows in continuously from the pipe IS, the barrel will run the mother liquor done automatically by the individual vessels.

Da außerdem die Heiz- und Kühlvorrichtungen ebenfalls in bekannter Weise selbsttätig wirken können, ist ein Überwachen der Vorrichtung kaum erforderlich. Man kann auch mehrere in der Abb. I geschilderte Anlagen nebeneinander oder übereinander anordnen.In addition, since the heating and cooling devices are also known Way can act automatically, monitoring of the device is hardly necessary. You can also have several systems shown in Fig. I side by side or one above the other arrange.

Dadurch, daß die Gefäße infolge der abgesetzten Kristalle und des Verdampfens der Mutterlauge immer kleiner werden können, wie aus Abb. I ersichtlich, kann man die kleineren Gefäße innerhalb der größeren anordnen, wobei natürlich im Innern des größeren Gefäßes ein entsprechender Raum von Heizwänden frei bleiben muß.The fact that the vessels as a result of the deposited crystals and the Evaporation of the mother liquor can become smaller and smaller, as can be seen from Fig. I, one can arrange the smaller vessels within the larger ones, of course im Inside the larger vessel, a corresponding space remains free of heating walls got to.

Eine Anordnung dieser Art ist in Abb. 2 als Beispiel dargestellt. Um eine leichtere Übersicht zu gewähren, ist die Bezifferung entsprechend der von Abb. I gewählt. Die Gefäße 21, 23 und 25 entsprechen den Gefäßen I, 3 und 5 der Abb. I und die Gefäße 22, 24 und 26 den Gefäßen 2, 4 und 6 der Abb. I.An arrangement of this type is shown in Fig. 2 as an example. In order to provide a better overview, the numbering corresponds to that of Fig. I chosen. The vessels 21, 23 and 25 correspond to the vessels I, 3 and 5 of the Fig. I and vessels 22, 24 and 26 to vessels 2, 4 and 6 of Fig. I.

32 und 34 sind in das Gefäß 2I hineinhängende Eühlwände. 35 ist eine zwischen diesen angeordnete, am Boden des Gefäßes 21 befestigte Wand. Innerhalb des von der zylindrischen Wand 34 eingeschlossenen Raumes befindet sich nun das Gefäß 23, das wiederum mit Kühlwänden ausgestattet ist, und in deren Innenraum das Gefäß 25, das ebenfalls mit Kühlwänden versehen ist. Entsprechend ist die Anordnung der Heizgefäße 22, 24 und 26. Der Prozeß geht nun bei der in Abb. 2 geschilderten Vorrichtung folgendermaßen vor sich: Die Mutterlauge fließt aus dem Rohr 38 in das Gefäß 21 und nimmt um die Wände 32 und 34 herum wiederum den durch Pfeile gekennzeichneten Lauf, wobei sich ebenfalls die ersten Kristalle absetzen. Die abgekühlte Lauge fließt nun durch das Rohr 27, das durch die Wände hindurchgeführt werden kann, in das Gefäß 22. In diesem macht sie wiederum den Kreislauf um die Wände herum und fließt dann durch das Rohr 28 in das Gefäß 23 wo sie nach Umströmen der Wände wiederum durch das Rohr 29 in das Heizgefäß 24 geführt wird. Von diesem führt die Rohrleitung 30 in das Kühlgefäß 25 und von diesem wieder das Rohr 3I in das Gefäß 26, in welchem die Lauge eingedampft wird; durch das Rohr 39 wird die Endlauge abgeführt.32 and 34 are cooling walls hanging into the vessel 2I. 35 is a arranged between these, attached to the bottom of the vessel 21 wall. Within of the space enclosed by the cylindrical wall 34 is now the Vessel 23, which in turn is equipped with cooling walls, and in the interior of which the Vessel 25, which is also provided with cooling walls. The arrangement is corresponding the heating vessels 22, 24 and 26. The process now continues with that shown in FIG The device proceeds as follows: The mother liquor flows from the pipe 38 into the Vessel 21 and takes around the walls 32 and 34 again around the indicated by arrows Run, whereby the first crystals also settle. The cooled lye flows now through the tube 27, which can be passed through the walls, into the vessel 22. In this it again makes the cycle around the walls and then flows through the tube 28 into the vessel 23 where it again passes through after flowing around the walls the tube 29 is guided into the heating vessel 24. The pipeline 30 leads from this into the cooling vessel 25 and from this again the pipe 3I into the vessel 26, in which the lye is evaporated; the final liquor is discharged through the pipe 39.

Die Einrichtung gemäß der Erfindung ist sowohl für Laboratoriumszwecke wie für Fabrikbetriebe ausführbar und brauchbar und kann für alle Zwecke verwendet werden, wo durch sehr oft wiederholte Kristallisation eine Trennung irgendwelcher Bestandteile von Gemischen oder Lösungen erforderlich ist. The device according to the invention is for both laboratory use as feasible and useful for factory operations and can be used for all purposes where by very often repeated crystallization a separation of any Components of mixtures or solutions is required.

PATENTANSPRCHE: I. Einrichtung zum Trennen der einzelnen Bestandteile von in Lösungen enthaltenen Gemischen durch fraktionierte Kristallisation, gekennzeichnet durch eine Reihe gekühlter Gefäße für die einzelnen Kristallisationen und eine Reihe dazwischengeschalteter Gefäße zum Eindampfen der Lösung, wobei zwischen den einzelnen Gefäßen Überläufe angeordnet sind. PATENT CLAIMS: I. Device for separating the individual components of mixtures contained in solutions characterized by fractional crystallization through a series of chilled vessels for the individual crystallizations and a series intermediate vessels for evaporation of the solution, with between the individual Vessels overflows are arranged.

Claims

2. Device according to claim I, characterized in that the individual Gradually decrease the size of the crystallization vessels.

3. Device according to claim 2, characterized in that both the vessels for the crystallization as well as the vessels for evaporation into one another are arranged.

4. Crystallization plant according to claim I to 3, consisting of several appropriately arranged one above the other crystallization devices, which such are connected so that the solution flows through them one after the other can.