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Herstellung von Alkalihydroxyd durch Umsetzung von Alkalifluorid mit
Ätzkalk oder dessen Äquivalenten In der Technik ist es gebräuchlich, bei der Durchführung
chemischer Umsetzungen bei Auslaugungsprozessen u. dgl. gegebenenfalls in mehreren
Stufen zu arbeiten. Besonders häufig wird das Gegenstromverfahren angewandt, bei
welchem der eine Ausgangsstoff dem Lauf des anderen Ausgangsstoffes entgegengeführt
wird.
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Für die Herstellung von Ätznatron, das durch Umsetzung von Soda mit
-Ätzkalk gewonnen wird, ist unter anderem ebenfalls vorgeschlagen worden, in mehreren
Stufen zu arbeiten. Nach dem einen Vorschlage sollte in der ersten Stufe mit einem
Unterschuß an Ätzkalk gearbeitet werden, wobei als, Reaktionsprodukt Calciumcarbonat
anfiel, während in der zweiten Stufe durch Arbeiten mit überschüssigem Kalk auf
vollständige Umsetzung der Soda hingearbeitet wurde. Der Rückstand von der 2. Stufe
diente als Ausgangsstoff für die i. Stufe, während die Lauge der t. Stufe f'ü'r
die Durchführung der 2. Stufe benutzt wurde.
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Nach einem anderen Vorschläge sollte ein Gemisch von Soda, Kalk und
Wasser nacheinander mehrere Rührreaktionsbehälter durchlaufen, wobei mit einem Überschuß
an Soda gearbeitet wurde und als Reaktionsprodukte dieser Umsetzungsstufe Ätznatronlauge
und eine Verbindung Ca C O, Nag C 03 neben Ätzkalk anfiel. Das feste Reaktionsprodukt
wurde dann unter erneutem Zusatz von Soda und Wasser in Reaktion gebracht, wobei
eine dünne- Ätznatronlauge anfiel, die für den Ansatz der z. Stufe benutzt wurde.
Die Erfindung bezieht sich auf die an sich bekannte Umsetzung von Alkalifluorid
mit Ätzkalk oder dessen Äquivalenten," eine Umsetzung, für welche besondere und
eigenartige Gleichgewichtsbedingungen herrschen. Während es bei der bekannten Ätznatronherstellung
durch Sodakaustizierung nur gelingt, eine etwa ro°/oige Ätznatronlauge zu erzielen,
ist es bei der Fluoridumsetzung gemäß der Erfindung möglich, hoch konzentrierte
Ätzalkalilaugen zu erhalten..
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Erfindungsgemäß wird in mehreren Stufen gearbeitet, und zwar derart,
daß in jeder Stufe Trennung erfolgt, bevor die Reaktion völlig, oder praktisch zum
Stillstand gekommen ist.
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Diese Stufenarbeit ermöglicht überraschenderweise ein sehr schnelles
Arbeiten, führt in kürzester Zeit zu hochkonzentrierten Ätzalkalilaugen und ergibt
vor allem ein sehr leicht filtrier- und.auswaschbares festes-Umsetzungsprodukt,
das Calciumfluorid.
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Erfindungsgemäß wird zweckmäßig in der Weise vorgegangen, daß solche
Umsetzungsbedingungen gewählt werden, daß Laugenkonzentration von mehr als Zoo g
Alkalihydroxyd im Liter entstehen. Es empfiehlt sich, die Umsetzung bei Temperaturen
oberhalb So° vorzunehmen. Zweckmäßig wählt man Temperaturen um etwa too°-C herum.
Zur Förderung des Umsatzes kann unter Anwendung von Überdruck gearbeitet werden,
der sich dadurch erzeugen läßt, daß @ die Umsetzung in geschlossenen Gefäßen bei
Anwendung höherer Temperaturen vorgenomtuen
wird. Günstig ist die
Anwendung von Alkalifluorid im Überschii8. Diese Arbeitsweise hat zur 'Folge, daß
eine Schlammbildung, hervorgerufen durch nicht völlig umgesetzten Ätzkalk, unterdrückt
wird. -Schwierigkeiten durch das Arbeiten mit überschüssiY gem Alkalifluorid entstehen
nicht, da die geringen in der Ätzalkalilauge 'verbleibenden' Mengen Alkalifluorid
beim Eindampfen der Ätzalkalilauge ausfallen und bequem abgetrennt werden können.
Trotz-Arbeitens mit. überschüssigem Alkalifluorid ist daher die Herstellung reinen
Ätzalkalis gewährleistet.
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Erfindungsgemäß wird beispielsweise wie folgt vorgegangen: In den
ersten Behälter werden die Reaktionskomponenten Alkalisalz und Ätzkalk eingebracht
und nach kurzer Zeit der=-Gefäßinhalt filtriert. Das feste Umsetzungsprodukt wird
zusammen mit nicht umgesetzten festen Reaktionskomponenten* in einen weiteren Behälter
eingebracht und außerdem neue Mengen Lösungsmittel zugesetzt. Es vollzieht sich
auch hier ebenso wie indem ersten Behälter die Umsetzung mit hoher Geschwindigkeit,
weil eben das die Reaktionsgeschwindigkeit herabsetzende lösliche Reaktionsprodukt
beseitigt ist.
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Die beim Wäschen des festen Reaktionsproduktes anfallenden Laugen
benutzt man zweckmäßig in der ersten Stufe als Reaktionsflüssigkeit - und führt
bei Durchführung der Umsetzung die Waschlaugen` dem Lauf des Ätzkalkes oder dessen
Äquivalenten entgegen.
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Aus den fertigen Alkalihydroxydlösungen können etwaige Verunreinigungen
dadurch ausgefällt werden, daß man den Ätzkalk mit den abgezogenen starken Alkalihydroxydlösungen
zusammenbringt. Dann ist zu filtrieren und erst dieses abfiltrierte Calciumhydroxyd
mit dem umzusetzenden Alkalisalz zusammenzubringen.
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Wie das vorliegende Verfahren durchzuführen ist, veranschaulicht beispielsweise
in Form eines Diägrammes die Zeichnung Fig. r. In dem Diagramm sind vier Kurven
gezeigt, welche das Ansteigen der Konzentration an NaOH in bestimmten Zeitabschnitten
bei der Umsetzung zwischen Natriumfluorid und Ätzkalk veranschaulichen. Der völlige
Um-. satz zwischen den Reaktionskomponenten ist durch Kurven A, B, C dargestellt.
Zum völligen Umsatz der Ausgangsstoffe würden etwa 3 Stunden benötigt. Die hierbei
erreichte Konzentration an Ätznatron in der Lauge (beim Punkt C) ist etwa z2o g/1
NaOH.
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Wie die Kurve erkennen läßt, verläuft zunächst die Umsetzung mit außerordentlich
hoher Geschwindigkeit, etwa bis zum Punkt B. Von da ab verlangsamt "sich -die Umsetzung
sehr stark. Erfindungsgemäß wird nun die Umsetzung etwa nach Erreichen des Punktes
B abgebrochen. Sie wird- vor Vervollständigung der Umsetzung unterbrochen, Festes
und Flüssiges getrennt und die Flüssigkeit zu neuem Umsatz benutzt. Unter Zusatz
neuer Mengen Ausgangsstoffe wird geinäß' der --Kurve D-E der Prozeß weitergeführt,
bei E wird abermals getrennt. Es folgt ein neuer Urhsätz F-G und nach Trennung bei
G ein ,Letzter Umsatz H-1. Die so erreichte Endkonzentration der' Lauge liegt
bei etwa Zoo g/1 -NaOH und zur Erreichung dieser Konzentration ist nur eine Gesamtumsetzungsdauer
von etwas über r Stunde erf_ ordetlich.
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Wie bereits betont, ist gerade bei der Umsetzung zwischen Alkalifluorid
und Ätzkalk o. dgl. die bedeutende Abkürzung der Umsetzungsdauer, die durch .das
neue Verfahren erreicht wird, von so besonderer Bedeutung, weil das entstehende
feste- Fluorid, Calciumfluorid, hierbei in leicht filtrier- und auswaschbarer Form
anfällt, was bei der üb-
lichen- Umsetzung in einer Stufe bis zum völligen
oder praktischen Stillstand der Reaktion keineswegs der Fall ist. Hier fällt Calciumflüorid
in schleimiger; schwer abzutrennender Form an. Ausführungsbeispiel Die- gesamte
Umsetzungsanlage (vgl. das Schema Fig. 2) besteht aus den Rührgefäßen R,-R, und
den Filtervorrichtungen (Drehnutschen üblicher Konstruktion) F,-F4. In der beiliegenden
Skizze ist die Massenbewegung bzw. das Arbeiten mit diesen- durch Pfeile dargestellt.
In das Reaktionsgefäß 4 werden 564 kg Natriumfluorid (96°/oig) und als Umsetzungsflüssigkeit
die vom Filter 3 kommende Lauge (88 g/1 NaOH enthaltend) eingeführt. Es wird zunächst
in dieser Lauge das Alkalifluorid suspendiert, dann 403 kg Ätzkalk (92,°/oig) unter
Umrühren eingetragen und unmittelbar nach dem Eintragen die Temperatur auf ro6°
C gesteigert. Nach Erreichen dieser Temperatur (in etwa 5 Minuten) wird unmittelbar
auf dem Filter 4 Flüssig und Fest getrennt. Es werden erhalten 254o 1 Lauge mit
2o8 g/1 NaOH, während der Rückstand in das :Rührgefäß 3 eingefüllt wird, in welchem
36 kg Natriumfluorid in der vom Filter 2 kommenden 30 g/1 NaOH enthaltenden
Lauge suspendiert sind. Auch hier wird unmittelbar nach dem Eintragen des Rückstandes
die Temperatur auf ro6° C gesteigert und nach Erreichen dieser Flüssig und Fest
auf dem Filter 3 getrennt. Der Rückstand wird in das Rührwerk z eingebracht und
in Gegenwart der vom Filter z kommenden Lauge- (-6g/1 NaOH enthaltend)
umgesetzt.
Hier vollzieht sich praktisch die restliche Umsetzung des Ätzkalkes. Auf Filter
2 wird wieder Flüssig und Fest getrennt, der Rückstand wird im Rührwerk z mit 27001
Wasser nachgewaschen. Diese Waschlauge dient, wie erwähnt, als Ansatzflüssigkeit
für die Umsetzung im Rührwerk 2.
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Erhalten wurden also 25401 NaOH-Lauge mit 20ä g/1 gleich 528 kg NaOH;
theoretisch errechnen sich 53o kg, es wurde also eine Ausbeute von 99,6 °i, erzielt.