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Verfahren zur Gewinnung wasserarmer oder wasserfreier Sulfate j BeiUmsetzungsprozessen
in der chemischen Industrie, insbesondere zwischen Salzen durch Konversion, spielt
der Kristallwassergehalt der in den Prozeß eingeführten Salze insofern eine erhebliche
Rolle, als, zwecks Verwertung der Mutterlaugen, dieses Kristallwasser ganz oder
zum Teil wieder verdampft werden muß, und zwar dann, wenn die bei der Konversion
gebildeten Salze weniger Kristallwasser auf-«-eisen als die Ausgangssalze. Dieser
Fall tritt recht oft ein, besonders dann, wenn das eine der gebildeten Salze bei
höherer Temperatur gefällt wird, bei der im allgemeinen Salze auftreten, welche
einen geringeren Kristallwassergehalt aufweisen. Es kann deshalb z-#vecl.:mäßig
sein, kristallwasserreiche Ausgangssalze vor ihrer Einführung in den Prozeß in eine
wasserfreie oder wasserarme Forte überzuführen. Hierfür spricht auch die Frachtersparnis
bei dein Bezuge dieses Salzes. Es ist zwar schon bekannt, diese kristallisierten
kristallwasserreichen Salze durch Erwärmen ganz oder unvollkommen zu entwässern,
und es ist auch bekannt, gewisse Salze in wasserfreier oder wasserarmer Form aus
ihren wiisserigen Lösungen abzuscheiden, indem man die Umwandlungstemperatur des
kristallwasserhaltigen in das kristallwasserarme Salz etwas überschreitet, z. B.
beim atriumsulfat. Demgegenüber soll nach dem vorliegenden Verfahren, entgegen dem
allgemein üblichen Verfahren zur Gewinnung von Salzen, bei dem heiß gesättigte Lösungen
zwecks Abscheidung der Salze gekühlt werden, die Abscheidung der Salze derart erfolgen,
daß konzentrierte Lösungen auf hohe Temperaturen, welche schon einem erheblich höheren
als atmosphärischen Druck entsprechen, erhitzt werden, bei dem ihre Löslichkeit
stark zurückgeht und sogar praktisch = o werden kann. Das Verfahren ist, soweit
beobachtet, bei allen Sulfaten anwendbar, welche bei gewöhnlicher Temperatur einen
hohen Kristallwassergehalt aufweisen. `Fenn bei diesen Salzen die Umwandlungstemperatur
überschritten wird, so bleibt die Löslichkeit während eines gewissen Temperaturintervalls
scheinbar konstant und nimmt zuerst allmählich, später etwas stärker ab und wird
schließlich bei hohen Temperaturen sehr gering.
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Das Verfahren soll an der Hand eines Salzes besprochen werden, das
technisch von großer Bedeutung ist. Ausführungsbeispiel I roo kg einer durch Lösen
des technischen Kieserits erhaltenen, bei 9o° gesättigten Lösung (etwa 4o°/012g
SO,) ergaben beim Erhitzen auf z00° 45 kg des Salzes Mg S O,4 - H=O und 55 kg einer
nur etwa
2°/o Mg S04 enthaltenden Lösung. Die Trennung von Salz
und Lauge erfolgte unter dem Dampfdruck der Lösung mittels Nutsche. Das erhaltene
Produkt entspricht 97,3'/, der angewandten Mg S 0, Menge und enthält auf ioo Teile
13 Teile Wasser gegenüber 51 Teilen des Bittersalzes des gewöhnlichen Mg S04-Handelsprodukts.
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Der Dampfdruck der 20o° heißen Lösung beträgt etwa 15 Atm. Beim allmählichen
Offnen des Ventils sinkt dieser unter Sieden der Flüssigkeit allmählich auf Atmosphärendruck
und die Temperatur des Dampfes von Zoo bis ioo°. Die entspannte Mutterlauge von
etwa ioo° dient bei einer weiteren Charge zum Lösen neuen Rohmaterials. Die so erhaltene
Lösung wird durch den bei der Entspannung austretenden Dampf weitererhitzt und schließlich
durch Frischdampf, dessen Verbrauch durch die Wiedergewinnung der Wärme sehr reduziert
ist, auf 20o° gebracht.
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Unter Zugrundelegung der Zahlen des Ausführungsbeispiels soll der
Effekt des Verfahrens an der Hand einer Bilanzrechnung näher erläutert werden.
| 40,24 M9S 04 42,z6 H20 = 82,40 Bittersalz |
| - -- 27,6o H20 = 27,6o Wasser |
| 40,24 M9S04 59,76 H20 = Ioo,oo Bittersalzlösung von go° |
| I,IO M9S04 53,90 H20 = 55,0o Lösung von 20o° |
| 39I4 Mg S 04 5,86 H20 = 45,00 Kieserit, |
d. h. 82,4o Teile Bittersalz (MÜ S0., # 7 H20), enthaltend 4o,24Teile Mg S04 und
42,i6 Teile Wasser, werden in 17,6 Teilen Wasser bei go° gelöst. Es werden erhalten
ioo Teile Bittersalzlösung mit 4o,24 Teilen Mg S 04 und 59,76 Teilen Wasser. Beim
Erhitzen dieser Lösung auf 200°, was natürlich in geschlossenem Gefäß geschehen
muß, da der Siedepunkt dieser Lösung erheblich überschritten ist, werden 55 Teile
Lösung mit i,ioTeilen Mg SO., und 53,g0 Teilen Wasser und 45 Teile abgeschiedener
Kieser it (Mg S 04 #H20) mit 39,14 Teilen Mg S O, und 5,96 Teilen Wasser erhalten.
Von den 40,24 Teilen Mg
SO, des Bittersalzes werden also 39,4 Teile oder
97,3°/o als Kieserit gewonnen, eines Produktes, das gegenüber dem Bittersalz mit
51,16°/o Gehalt an Kristallwasser von diesem nur 13,02°/o aufweist.
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Der so erhaltene Kieserit hat gegenüber dem Bittersalz mit seinem
hohen Wassergehalt einen höheren Handelswert, er löst sich unter Wärmetönung schnell
in Wasser oder Salzlösungen. Gegenüber der Verwendung von Bittersalz ist das Verdampfen
größerer Wassermengen unnötig, was sich besonders bei der vielfachen Verwendung
von Mg S O, zur Darstellung anderer Sulfate, insbesondere in Konversionsprozessen,
durch eine günstigere Durchführung derselben bemerkbar macht.
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Ein besonderer technischer Fortschritt des neuen Verfahrens gegenüber
der Verarbeitung von Bittersalz. auf wasserärmere Produkte durch Trocknung liegt
in der wärmewirtschaftlichen Überlegenheit des Verfahrens. Während bei der Austreibung
des Wassergehaltes aus dem Bittersalz die ganze für die Austreibung des Wassers
aufgewandte Wärme verloren gegeben werden muß, wird die für die Erhitzung von go.
bis 20o° aufgewandte Wärme in bekannter Weise wiedergewonnen. Es kann dies geschehen
in Gegenstromvorwärmern, in der oben angedeuteten Weise in Form des bei der Entspannung
aus-.tretenden Dampfes usw. So kann ein großer Teil der aufgewandten Wärme für den
Prozeß oder andere Zwecke wiedergewonnen werden, während der Wärmeinhalt der entspannten
Mutterlaugen zweckmäßig beim Lösen neuen Rohmaterials nutzbar gemacht wird.
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Wesentlich ist dabei noch, daß zur Herstellung der Lösung unreine
Ausgangsmaterialien verwendet werden können, daß also gleichzeitig eine Raffinierung
eintritt.
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Ausführungsbeispiel II 5o g einer bei 75° an CdS04 gesättigten Lösung
mit 23,3 g CdS0¢ auf 26,79H,0 wurden im Autoklaven auf 20o° (i6 Atm.) erhitzt. Nach
Einhaltung dieser Temperatur während i Stunde wurde die Flüssigkeit durch ein Asbestfilter
gedrückt und unter Ausschluß von Verdunstung gekühlt. Die Untersuchung der erkalteten
.Lösung zeigte, daß voll den ursprünglich in den 26,7 g Wasser gelösten 23,3 g Cadmiumsulfat
nur noch o,63 g in dieser Wassermenge gelöst, 22,67 g oder 97,3 °/o also abgeschieden
waren.
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Eine ganze Reihe von Sulfaten wurde auf die Anwendbarkeit des Verfahrens
geprüft. So ergaben sich bei Cd S 04, FeS 04, :@'i S O" C O S 04, Mn S O4 Ausbeuten
von ungefähr derselben Größenordnung wie beim Mag nesiumsulfat, andere Sulfate zeigten
etwas geringere Ausbeuten, aber immerhin noch die technische Brauchbarkeit des Verfahrens.
Zur wirtschaftlichen Durchführung des Verfahrens sind im allgemeinen Abscheidungstemperaturen,
von etwa 20o° ausreichend.