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Kombinationsverfahren zur Herstellung von Kaliumnitrat und anderen
Düngemitteln Es ist schon vorgeschlagen worden, ein Alkalichlori:d mit Salpetersäure
zu behandeln und aus der Lösung durch Abkühlen das entsprechende Alkalinitrat abzuscheiden.
Es ist ferner auch bereits vorgeschlagen worden, die von der Abscheidung des Alkalinitrats
herrührende Mutterlauge mit Ammoniak zu behandeln und .das in der neutralisierten
Mutterlauge gelöste Salzgemisch auskristallisieren zu lassen. Außerdem ist es bekannt,
Phosphorsalz herzustellen durch Einwirkung von Phosphorsäure und Ammoniak auf Lösungen,
die Chlornatrium und Kal.iumsalze enthalten.
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Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung ist ein Kombinationsverfahren,
bei welchem dieselben chemischen Reaktionen angewendet werden wie bei jenen bekannten
Verfahren. Es ermöglicht die gleichzeitige Herstellung von Kaliumnitrat, eines stickstoffhaltigen,
natriumfreien Kalidüngemittels, das im wesentlichen aus Chlorammonium neben Kaliumnitrat
besteht, und endlich eines Natriumammoniumdoppelphosphats. Bei dem vorliegenden
Verfahren geht man von einem Stoff aus, der zum größeren Teil aus Chlorkalium und
im übrigen hauptsächlich aus einem löslichen Natriumsalz besteht. Für die Durchführung
des Verfahrens wird daher insbesondere das niedrigprozentige (70-bis 8oprozentige
Chlorkalium des Handels, das auch Chlornatrium enthält, verwendet. Geht man von
niedrigprozentigem Chlorkalium aus, so wird das Verfahren wie folgt durchgeführt:
Die Mutterlaugen, die aus einem Kreislauf vorhergegangener Verfahrensstufen stammen
und die, wie weiter unten ausgeführt, hauptsächlich Chlorammonium enthalten, werden
mit Wasser und niedrigprozentigem Chlorkalium versetzt. Man erhitzt nun, um die
Auflösung des Salzes zu sichern, und behandelt die Lösung dann bei erhöhter Temperatur,
die aber genügend tief liegt, um irgendeinen Verlust an Stickstoff durch Zersetzung
von Salpetersäure zu vermeiden, mit Salpetersäure im Verhältnis von einem Molekül
Säure auf ein Atom Kalium des zugesetzten Salzes; hierauf läßt man die Flüssigkeit
auf gewöhnliche Temperatur abkühlen. Es erfolgt eine reichliche Kristallisation
von Kaliumnitrat, und hierauf trennt man durch Filtration o.,dgl. den größeren Teil
des in :dem ursprünglichen Mineral enthaltenen Kaliums als reines Kaliumnitrat ab.
Die Kaliumnitratkristalle werden abgesaugt und gewaschen, um die anhaftende Mutterlauge
zu verdrängen.
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Die sauren Mutterlaugen von der Abscheidung des Kaliumnitrats werden
bis zur vollständigen Neutralisation mit Ammoniak gesättigt, das in Form von Gas
oder Lösung verwendet wird. Die Flüssigkeit erhitzt sich; gegen Ende der Sättigung
werden durch Einhaltung .einer 5o bis 6o° nicht überschreitenden Temperatur Ammoniakverluste
vermieden. Nach Beendigung der Neutralisation wird die Flüssigkeit eingeengt und
derart abgekühlt, daß ein stickstoff- und kalihaltiges Düngemittel auskristallisiert,
das hauptsächlich aus einer Mischung von Salmiak und Kaliumnitrat besteht und ziemlich
frei von
Natrium ist. Diesem Düngemittel kann übrigens eine kleine
Menge anderer Salze beigemengt sein, die von den Verunreinigungen des Ausgangschlorkaliums
stammen, und die nicht aus Chlornatrium bestehen. Man saugt darauf den Mischdünger
ab, um ihn von der anhaftenden Mutterlauge zu befreien und wäscht ihn leicht mit
Wasser.
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Die von der Absch°_idung des Mischdüngers herrührende Mutterlauge
enthält das gesamte Chlornatrium, das in dem niedrigprozentigen Chlorkalium enthalten
war, von dem man ausgegangen ist. Diese Mutterlauge versetzt man mit einer Lösung
von Phosphorsäure oder Monoammoniumphosphat im Verhältnis von 1 Molekül Phosphorsäure
auf 1 Molekül gelöstes Chlornatrium; sodann sättigt man die Lösung mit Ammoniak,
indem man auch hier dafür Sorge trägt, .daß eine Temperatur von etwa 5o° g -en Ende
der Behandlung nicht überschritten e 7 wird. Reagiert die Lösung gegen Lackmus
praktisch neutral, so ist der beabsichtigte Sättigungsgrad erreicht.
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Wenn man dann die Flüssigkeit auf Zimmertemperatur abkühlt oder einfach
abkühlen läßt, so scheidet sich fast das gesamte Natrium in Forin von kristallisiertem
Phosphorsalz ab. Man saugt nun das auskristallisierte Phosphorsalz ab, wäscht es
mit Wasser und vereinigt die abgesaugte Flüssigkeit mit den Mutterlaugen von der
Abschedung. Die so gebildete Flüssigkeit wird in den Kreislauf zurückgeführt, wie
dies vorher bemerkt worden ist.
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Statt diese Flüssigkeit beim Beginn eines neuen Kreislaufs der Verfahrensstufen
wieder zu verwenden, um darin das Ausgangschlorid aufzulösen, kann man sie auch
den :Mutterlaugen von der Abscheidung des Kaliumnitrats zusetzen. Dieser Zusatz
kann auf einmal oder in mehreren Stufen vor oder während der Einengung der Lösung
erfolgen, die den Stickstoffkalidünger enthält.
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Wenn das Ausgangssalzgemisch wenig Natriumsalze enthält, so kann man
auch die Fällung des Phosphorsalzes nicht bei jedem Kreislauf der Verfahrensstufen,
sondern z. B. nur bei einem von zwei oder drei Kreisläufen vornehmen. Die Menge
des bei einer Fällungsoperation erhaltenen Phosphorsalzes ist dann die doppelte
oder dreifache von derjenigen, die man bei einer Fällungsoperation erhalten würde,
wenn man die Fällung des Phosphorsalzes bei jedem Kreislauf der Verfahrensstufen
vornehmen würde.
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Man erhält durch das beschriebene Kreislaufverfahren reines Kaliumnitrat,
ein natriumfreies Ammoniak-Kali-Nitratdüngemittel und Phosphorsalz aus niedrigprozentigem
Chlorkalium, Salpetersäure, Ammoniak und Phosphorsäure.
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Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens beschrieben.
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In einen säurefesten Bottich, der mit geeigneten Vorrichtungen für
Dampfheizung, Wasserleitung, Rührung mittels Preßluft usw. versehen ist, bringt
man g251 Mutterlauge aus einem Kreislauf vorhergegangener Operationen, 208 kg Chlorkalium
mit 49 °/o K20 und 2251 Wasser. Man erhitzt nun das Ganze auf etwa q.5°, und wenn
das Salz fast vollständig gelöst ist, läßt man unter Umrühren 26o 1 Salpetersäure
von 36° Be einfließen. Sodann läßt man die saure Flüssigkeit in einen hölzernen
Kasten fließen und auf 15' abkühlen.
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Es scheiden sich Kristalle von Kaliumnitrat ab, die abgesaugt, gewaschen
und getrocknet werden, wodurch man 135 kg Kaliumnitrat mit einem Gehalt von 9g %
K I\T 03 und 1425 1 saure Mutterlaugen erhält. Diese Mutterlaugen läßt man in Holzwannen
fließen, die mit Rührern und Kühlschlangen aus besonderem säurefestem Metall ausgerüstet
sind. Man sättigt die Laugen sodann mit Ammonialz bis zur neutralen Reaktion gegen
Phenolphthalein, wozu etwa 38 kg Ammoniak erforderlich sind. Während der Sättigung
hat die Flüssigkeit das Bestreben, sich zu erhitzen, aber durch geeignete Regelung
der Ammoniakzufuhr und im Notfall durch Einleiten von Wasser in die Kühlschlangen
verhindert man, daß eine Temperatur von 35 bis ..o° überschritten wird.
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Die neutrale Flüssigkeit wird in Eindampfgefäße aus Eisenblech mit
Gasheizung geschickt, um darin eingeengt zu werden. Wenn die Konzentration genügend
hoch ist, was der Fall ist, nachdem man 35o bis 4001 Wasser verdampft hat, schickt
man die Flüssigkeit in Kristallisierkästen, die mit einer Vorrichtung versehen sind,
mit der man die Flüssigkeit auf 5° abkühlen kann. Ein Mischsalz scheidet sich dann
ab, das man absaugt und leicht wäscht, wodurch man 248 kg eines Ammoniak-Kali-Nitratdüngemittels
erhält, das trocken folgenden Gehalt an Pflanzennährstoffen aufweist:
| Nitratstickstoff . ...... 5 °@o, |
| Ammoniakstickstoff ...... 16,6 °/o, |
| Kali (K20) . . . . . . . . . . . . . 16,9 |
| °/o |
Die Mutterlaugen von der Abscheidung dieses Ammoniak-Kali-Nitratdüngemittels, etwa
goo 1, werden mit 83 kg Monoämmoniumphosphat, das auf die weiter unten beschriebene
Weise erhalten wird, und mit 6o 1 Wasser versetzt; hierauf sättigt man mit ungefähr
12 kg Ammoniak, einer Menge, die erforderlich ist, um bis zur neutralen Reaktion
gegen
Phenolplithalein zu gelangen, und läßt auf 1,5' abkühlen. Man erhält so einerseits
148 kg Ammonium-Natriumphosphat, andererseits 9251 Mutterlaugen, die wieder in den
Kreislauf zurückgeführt werden, um von neuem in der beschriebenen Weise behandelt
zu werden.
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Als man das Verfahren in Gang setzte, verfügte man nicht, wie in dem
eben beschriebenen Kreislauf über Mutterlaugen, die aus einem vorhergehenden Kreislauf
von Verfahrensstufen stammen. Diese Mutterlaugen sind erhalten worden durch ein
Verfahren, das sich von dem beschriebenen ausschließlich in folgenden Punkten unterscheidet.
' i. Chlorkalium mit .I9 °/o K.0 wurde in reinem Wasser gelöst, statt in einer Mutterlauge,
die schon Salze in Lösung enthält.
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:. Den von der Abscheidung des Kaliumnitrats herrührenden Mutterlaugen
wurde Phosphorsäure zugesetzt.
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Natürlich waren die Mengen der reagierenden Stoffe in dieser vorläufigen
Aufeinanderfolge von Verfahrensstufen verschieden von den Mengen bei normalem Gange.
Es waren folgende: Wasser, in dem das Chlorkalium gelöst wurde, 5o 1, Chlorkalium
mit 49 °/o K--0, gelöst in Wasser, 300 kg, Salpetersäure von 36° Be, zugesetzt,
28o 1, Kaliumnitrat, durch Abkühlung abgeschieden und dann getrocknet, 24.3 kg,
saure Mutterlaugen von der Abscheidung des Kaliumnitrats 8.1o 1, Phosphorsäure von
-5' Be, diesen Mutterlaugen zugesetzt, i86 kg, Phosphorsalz, gewonnen nach' der
Neutralisation der Lösung mit Ammoniak, i oo kg, Mutterlaugen von der Abscheidung
des Phosphorsalzes goo 1.
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Die in dein vorstehenden Beispiel angegebenen Verhältnisse sind nicht
unabänderlich und können in weiten Grenzen schwanken, je nach dem Gehalt des angewendeten
Chlorids, der Konzentration der Salpetersäure usw. Insbesondere kann man das Kaliumnitrat
aus etwas verdünnteren Lösungen als den im vorstehenden Beispiel angegebenen kristallisieren
lassen; man erhält dann geringere Mengen von reinem Kaliumnitrat, reichert aber
dagegen den Stickstoff-Kali-Mischdünger an N itratstickstoff und Kali an.