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Verfahren zur Herstellung reiner Tonerde durch Sättigung einer Alkalialuminatlösung
mit Schwefligsäuregas Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur gleichzeitigen Herstellung
von reiner Tonerde und Alkalisulfiten aus Alkali, Aluminaten und Schwefligsäuregas.
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Es ist bekannt, daß Schwefligsäuregas (S02), das in eine Lösung von
Alkalialuminat eingeführt ist, gelatinöse Tonerde abscheidet. Die auf diese Reaktion
gegründeten Verfahren konnten bis jetzt aber weder reine Tonerde noch von Sulfit
freies Sulfat liefern. Man erhielt einerseits einen gelatinösen Niederschlag von
Tonerde, der durch Einschlußwechselnde, aber beträchtliche Mengen von schwefliger
Säure und Alkalisulfit und andererseits eine unreine unverwertbare Lösung von Alkalisulfit,
die Alkalisulfat aus der Oxydation des gelösten Sulfites infolge des Sauerstoffes
der Luft oder des in dem Schwefligsäuregas (Ofengase) für das Verfahren verwendeten
Sauerstoffes enthielt.
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Es wurde festgestellt, daß, abgesehen davon, daß man die Oxvdation
des in Lösung gebildeten Alkalisulfites begünstigt, die Exotherrni:e der Reaktion
allein de Ursache der Bildung des unreinen gelatinösen \ iederschlages ist, weil
die sich hierbei ergebende Erhöhung der Temperatur eine unmittelbare Hydrolyse der
Alkalialuminatlösung veranlaßt.
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Durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung, bei dem eine Lösung
von Alkalialuminat mit Scli,%-efli@gsäuregas gesättigt wird, erhält man reine Tonerde
in körniger Form, die in der bei der Reaktion gebildeten sulfatfreien Alkalisulfitlösung
suspendiert ist.
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Dieses neue Ergebnis wird im wesentlichen dadurch erhalten, daß die
Sättigung derAlkalialuminatlösung mit schwefligsaurem Gas so ausgeführt wird, daß
die Reaktionstemperatur unterhalb derjenigen gehalten wird; bei welcher die Aluminatlösung
schon durch Hydrolvse gelatinöse Tonerde abscheidet.
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Diese niedrige erforderliche Temperatur, welche von der Konzentration,
d. h. dem Ionisierungsgrade des behandelten Alkalialuininates abhängt, ist bei der
praktisch verwendbaren Konzentration immer unterhalb 30° C. Bei der Benutzung einer
Aluminatlö@sung, beispielsweise Natriumaluminat von passender Konzentration, kann
die vollständige Reaktion durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden: z A10
(ONa) + SO@ - Nag S03 -f- A1203. Die erzeugte Tonerde ist ein feines, körniges Pulver,
das leicht vo-n der Alkalisulfitlösung getrennt werden kann. Diese letztere Lösung
ist frei von Sulfaten, wenn nur das Schwefligsäuregas, das für die Sättigung benutzt
wird, frei von Schwefelsäureanhydrid ist.
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Die Aufrechterhaltung der erforderlichen niedrigeren Temperatur kann
in verschiedener Weise erfolgen, beispielsweise, indem man Sättigungsgefäße mit
Kühlvorrichtungen benutzt.
Unter Benutzung der Eigenschaft des feinen,
körnigen Niederschlages von Tonerde, leicht in Suspension in der gleichzeitig bei
der Reaktion gebildeten Lösung von Alkalisulfit fortgeführt zu werden, kann man
eine fortschreitende Sättigung der auf einer großen Kühlfläche verteilten Lösung
des Aluminates herbeiführen. Diese fortschreitende Sättigung kann durch Umlauf der
die schon gefällte Tonerde führenden Reaktionslösung vorgenommen werden, und zwar
in einem Sättigungskreislauf, der weiter unten unter Beziehung auf die schematische
Zeichnung einer zur Ausführung geeigneten Anlage beschrieben wird.
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Bei der erwähnten Ausführungsform umfaßt der Kreislauf der fortschreitenden
Sättigung einen Turm a, in dessen oberen Teil die durch eine Leitung b eingeführte
Alkalialuininatlösung eintritt und dann als Regen herunterfällt, um auf einer großen
Oberfläche, beispielsweise durch nicht poröse Körper C (beispielsweise Raschigr
inge), verteilt zu werden. Die Reaktionslösung gelangt dann in den unteren Teil
des Turmes oder die Kaminer d und füllt sie fast vollständig an. Durch eine Leitung
l tritt zu dem Boden mit Luft verdünntes Schwefligsäuregas (Ofengas). oder auch
mit einem inerten Gase verdünnte schweflige Säure. Das Schwefligsäuregas muß vorher,
wenn es aus Ofen kommt, abgekühlt sein und muß weiter gereinigt und frei von Schwefelsäureanhydrid
sein, um die Bildung von Sulfat zu vermeiden.
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In der Kammer d geht das Schwefligsäüregas durch die schon teilweise
gesättigte Reaktionslösung, indem gegeneinander geneigte und schachbrettartig angeordnete
Hindernisse durchlaufen werden. In dieser Weise wird die von c kommende Reaktionslösung
unter der von dem Gasstrom selbst erzeugten Umrührung gesättigt, während das Schwefligsäuregas
ärmer und infolgedessen verdünnter wird. Es tritt eine teilweise vorherige Sättigung
im oberen Teile c ein, wo das von SO,
freie Gas du,rcli die obere Leiturig
f austritt. Aus der Kammer d des Turmes a fließt die vollständig gesättigte Reaktionslösung
durch die Heberleitung g in einen Behälter h mit großer Kühlfläche. Von hier kann
die Reaktionslösung von neuem durch die Leitung b zu dem oberen Teile des Turmes
mittels der Pumpe k geleitet werden. In dieser Weise kann der Umlauf im Kreise fortgesetzt
werden, bis .eine im Behälter h entnommene Probe eine deutlich saure Reaktion zeigt,
welche der vollständigen Umwandlung der Aluminatlösung in Tonerde und Alkalisulfit
entspricht.
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In dem Sättigungskreislauf wird die schon in Form feiner Körner gebildete
Tonerde mit der Reaktionslösung beständig fortgeführt. Wenn die Reaktion vollständig
ist, so wird die Tonerde in feinen Körnern suspendiert enthaltende Alkalisulfitlösung
aus dem Behälter h durch die untere mit Ventil ia versehene Leitung in abgeführt,
um in eine Filtrationsanlage zu kommen. Der Vorgang kann dann von neuem begonnen
werden, indem man eine kalte Aluminatlösung durch die mit Ventil p versehene Leitung
o führt.
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Der Vorteil der beschriebenen Ausführungsform besteht darin, daß die
Anordnung zweier Behälter, wie h mit großer Oberfläche, einen fortlaufenden Arbeitsgang
gestattet, indem die Entleerung eines der Behälter h und seine Füllung mit frischer
Aluminatlösung stattfindet, während in dein Sättigungsturm a die Sättigung der Aluminatlösung
aus dem anderen Behälter h erfolgt.
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Bei dem Verfahren erzeugt man gleichzeitig reine Tonerde und Alkalisu.lfit
aus einer Lösung von Alkalialuminat, weil die Sättigung der Alkalialuminatlösung
unter derartigen Bedingungen ausgeführt wird, daß die Reaktionstemperatur unterhalb
derjenigen gehalten wird, bei welcher die Aluminatlösung infolge der Hydrolyse gelatinöse
Tonerde ausscheidet.
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Wenn die angeführten Bedingungen nicht innegehalten und während des
Verfahrens aufrechterhalten werden, so tritt eine Reaktion ein, die durch folgende
Gleichung veranschaulicht werden kann:
| 2 Al0(ONa) -j- 2 S02 = (A1203 -}- S02)
-j- Na2S03 (I) |
| gelatinös occludiert |
Die gelatinöse Verbindung hält durch Occlusion SO. zurück. Die Verbindung wird von
Würtz als Aluminiumsulfit bezeichnet.
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Dagegen verläuft das vorliegende Verfahren anders. Es kann durch die
folgende Gleichung veranschaulicht werden: z A10(ONa) + S02 --- A1203 + Na2S0g (2)
Um das vorliegende Verfahren auszuführen, soll nach den praktischen Erfahrungen
die Temperatur während der Reaktion bei einer höchsten Konzentration von 8°/o AI,
0,
pro Liter der Lösung von Alkalialuminat nicht 2o° C überschreiten.
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Bei der angeführten Konzentration der Aluminatlösung würde eine erhebliche
Steigerung der Temperatur oberhalb 2o° C sofort eine Fällung von gelatinöser Tonerde
oder Occlu.sion von .SO, veranlassen. Dasselbe ist der Fall, wenn man für
eine Arbeitstenperatur von 2o° C die Konzentration von 8°f0 A1_ 03 pro Liter der
Alkalialuminatlösung
steigern würde. Für eine Arbeitstemperatur
von 30° C darf die höchste Konzentration der Alkalialuminatlösung nicht über 6"["
AI, 0., pro Liter Lösung sein.
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In der Praxis ist es hinsichtlich der Ausbeute in der Zeiteinteilung
vorteilhaft, mit möglichst hoher Konzentration zu arbeiten. Andererseits ist essparsam,
bei gewöhnlicher Temperatur zu arbeiten. indem man große Kühlflächen anwendet, ohne
besondere Mittel zur Kühlung zu benutzen. Aus diesen Verhältnissen ergibt sich,
daß die beste Konzentration zur Ausführung des Verfahrens diejenige von 8"1" A1.03
pro Liter der Lösung von Alkalialuminat ist.
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Die Konzentration des Schwefligsäuregases ist einflußlos: das Gas
soll nur rein- sein. Man verwendet am besten Schwefligsä uregas aus der köstung
von Schwefelmineralien. Dieses Gas hat nach der Reinigung eine Konzentration von
5 bis 6 Voluanprozent an S0_. Bei der niederen Temperatur für die Ausführung des
Verfahrens hat etwa vorhandener freier Sauerstoff in dem Gase keinen oxydierenden
Einfluß.