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Herstellung von Ätzkali aus Kaliumchlorid unter Verwendung von einem
Kaliumborat als Zwischenkörper Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
von Ätzkali aus Kaliumchlorid unter Verwendung von einem Kaliumborat als Zwischenkörper.
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Man hat bereits vorgeschlagen, Alkalic:arbonate bzw. Alkalihydroxyde
in der Weise herzustellen, daß ein durch Behandlung von Borsäure mit dem entsprechenden
Chlorid erhaltenes Borat mit Hilfevon Kalk kaustiziert wird. Bei diesem Verfahren
wurde jedoch gewöhnliches Borat, also Mono- oder Diborat, verwendet. Die technische
Bedeutung des Verfahrens hängt ausschließlich von der Leichtigkeit ab, mit der die
Borate in genügend reiner Form gewonnen werden können.
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Arbeitete man auf trockenem Wege, indem man z. B. Borsäure auf Kaliumchlorid
einwirken ließ, so war die Reaktion unvollständig, und es verblieb in, dem Endprodukte
eine gewisse Menge nicht umgesetzten Kaliumchlorides. Dieses lösliche Chlorid kann
bekanntlich nur schwer von der Kalilauge getrennt werden, die durch Behandlung des
Borates mit Kalk gewonnen wird. Man hat ferner ein Verfahren zur Herstellung von
Boraten auf nassem Wege vorgeschlagen, nach dem man Borsäure auf ein Chlorid (z.
B. Kaliumchlorid) in Gegenwart von Ammoniak einwirken läßt. In diesem Falle bildet
sich neben Pottasche Ammoniumchlorid, das sich ebenfalls schwer von der Pottasche
trennen läßt. Die Pottasche kann also nach diesem Verfahren nicht ohne weiteres
in genügend reinem Zustande gewonnen werden.
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Erfindungsgemäß wird im Gegensatz zu diesen älteren Verfahren die
technische Ausbeute unter Vereinfachung des Prozesses dadurch wesentlich erhöht,
daß als Zwischenkörper Kaliumpentaborat 5 (B203) # K20 verwendet wird.
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Die Vorteile, die sich hierbei im Gegensatz zu den vorbekannten Verfahren
einstellen, sind von großer Bedeutung. Arbeitet man auf trockenem Wege, indem man
zur Gewinnung von Pentaborat Chlorkalium und Borsäure in entsprechenden Mengen aufeinander
einwirken läßt, so spielt sich folgende Reaktion ab zoH.B0;+aKCl-5(B203).K_O-f-sHCl
; 14H_0 (I) Die Reaktion ist praktisch vollständig, und in dem Endprodukt findet
sich -,veder nicht umgesetzte Borsäure noch unzersetztes Kaliumchlorid.
Wenn
man andererseits auf nassem Wege arbeitet, so bildet sich, wenn die Umsetzung der
Borsäure und des Kaliumchlorides in Gegenwart von Ammoniak vorgenommen wird, quantitativ
Chlorammonium und Kaliumpentaborat. Das letztere fällt infolge seiner geringen Löslichkeit
aus und kann leicht durch Filtrieren in reinem Zustande gewonnen werden. Die Reaktion
spielt sich gemäß folgender Gleichung ab io H3 B 03 + 2 K Cl -1- 2 N H3 - 2 N H4
Cl + 5 (B., 03) # K2 0 + i4 H2 0 (2) Bei der praktischen Ausführung der Erfindung
behandelt man das aufgelöste oder in Wasser suspendierte Kaliumpentaborat mit Kalkmilch.
Die Reaktion ist folgende: 5 K_ 0 (B., 03) + 5 Ca (0 H).2 - 5 CaB,04 + 2 K 0 H -+-
4 H2 0 (3) Das unlösliche Calciumborat CaB204 fällt aus, und man erhält reine Kalilauge.
Sollte sich in dieser noch eine geringe Menge Kalk in Lösung befinden, so kann dieser
leicht durch vorsichtige Behandlung mit Kohlensäure entfernt werden.
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Die Reaktion, nach welcher sich die Kaustizierung abspielt (3), führt
zu einem Gleichgewichte, das der Bildung - des Kaliumhydroxydes um so günstiger
ist, je verdünnter die Lösungen sind und je größer der KalküberschuB ist.
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Andererseits verläuft diese Kaustizierung um so schneller, je konzentrierter
die Lösungen sind und je höher die Temperatur ist.
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Es ergibt sich hieraus, daß die günstigsten Bedingungen für die Ausbeute
und die Geschwindigkeit der Kaustizierung die folgenden sind: i. Anwendung eines
Kalküberschusses, 2. Anwendung einer genügend hohen Temperatur (zweckmäßig mehr
als 6o° C).
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Man kann auch durch Arbeiten im. Autoklaven Temperaturen über ioo°
C zur Anwendung bringen.
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Es ist, wie das bei anderen Kaustizierungsvorgängen bereits bekannt
ist, auch hier besonders zweckmäßig, die Reaktion in verschiedenen Stufen (im allgemeinen
in zwei) vorzunehmen. In einer :ersten Stufe, in konzentrierter Lösung, erreicht
man sehr schnell ein allerdings wenig günstiges Gleichgewicht (ungefähr 70 % Ausbeute).
Darauf, zweckmäßig nach einer Filtration, verdünnt man die Lösung und beendet die
Kaustizierung nach einer zweiten Zufügung von Kalk. Beim Arbeiten bei ioo° sind
nur einige Stunden erforderlich, um die Umsetzung praktisch vollständig zu machen.
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Wenn das Pentaborat auf nassem Wege erhalten wurde, enthält es häufig
etwas Ammoniak, das bei der Kaustizierung zurückgewonnen wird.
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Das ausgefällte Calciumborat CaB204 wird abgetrennt und durch Behandlung
mit Säure zerlegt, wobei die für den Prozeß notwendige Borsäure zurückgewonnen wird.
Man verwendet z. B. Kohlensäure, Salzsäure (die nur wertlose Salze gibt) oder Salpetersäure,
welche das in der Landwirtschaft viel gebrauchte Calciumnitrat liefert. Die sich
abspielenden Reaktionen können z. B. lauten: Ca B2 04 -(- 2 H Cl -j- 2H2 O = 2
H3 B 03 + Ca C12 (4) CaB_04+CO' + 3H20-::= 2 H#.B03 -f- CaCO3 (5) CaB,04
+ ?,HNO3 -f- 2H20 = 2 H3B03 + (6) Man kann auch das Calciumbörat mit dem Ammonsalz
einer starken Säure behandeln; das Säureradikal des Ammonsalzes bindet dann das
Calcium, und das Ammoniumborat zerfällt beim Erwärmen in Borsäure und Ammoniak.
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Das Ammoniumchlorid eignet sich ganz besonders für eine solche Reaktion:
CaB2 04 + 2 N H4 Cl -f - 2H2 0 = 2 H3 B 03"-+- Ca Cl, + ?,NH3 (7) Diese Reaktion
wird durch Erwärmen beschleunigt. Vorteilhaft arbeitet man im Autoklaven, um Temperaturen
oberhalb ioo° verwenden zu können. Die Anwendung eines überschusses von Ammoniumchlorid
ist ebenfalls zweckmäßig. Es empfiehlt sich, zu dieser Reaktion Ammoniumchlorid
anzuwenden, welches nach Umsetzung (2) gewonnen wird.
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Borsäure und Ammoniak treten [vgl. Gleichung (7)J wieder vollständig
in den Kreislauf zurück.
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Beispiel Man löst in 6oo kg kochenden Wassers 295 kg Borsäure H3 B
03 auf. Zu der so erhaltenen Lösung werden i 6, i kg Ammoniak und 7okg Chlorkalium
hinzugefügt. Es bildet sich nach Gleichung (2) ein im wesentlichen
aus
mit 8 Molen Wasser kristallisierendem Kaliumpentaborat bestehender Niederschlag
folgender Zusammensetzung: B., 0;; . . . . . . . . . . . 6o,9 0 0 K",O............
14,1 0 h H., . . . . . . . . . . . . o,86 0,'0 H.=0 . . . . . . . . . . . . 2q.,24
0; 0 Dieser Niederschlag wiegt 25okg und enthält 8o % des in dem behandelten Chlorkalium
enthaltenden Kaliums sowie 92 % der eingesetzten Borsäure.
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25okg des auf diese Weise erhaltenen kristallisierten Kaliumpentaborates
der Zusammensetzung 5(B203) # K20 # 8H20 werden in Sookg Wasser aufgelsöt. Die Lösung
enthält B., 0 3 . . . . . . . . . . . . . 149 kg K., 0 ...... ...... 40 kg
H.' 0 .............. 861 kg Man fügt zu dieser Lösung i 15 kg gelöschten
Kalkes Ca (OH 2) hinzu und erhält darauf nach i 5stündiger Erhitzung bei
i oo° C oder 6stündiger Erhitzung bei 150° C im Autoklaven einen Niederschlag von
kristallisiertem Calciumborat Ca B2 04 # 6 H, 0.
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Man gewinnt das Calciumborat durch Filtration und erhält auf diese
Weise 68 der verwendeten Borsäure, d. h. I021,-g. Man wäscht das Calciumborat, welches
34o kg wiegt, mit i 04o kg Wasser und fügt die Waschwässer zu dem Filtrat. Man erhält
so eine Lösung folgender Zusammensetzung B., 0;; . . . . . . . . . . . . 47 kg K.,
0 . . . . . . . . . . . . 40 kg H., 0 ............. 1800 kg Man fügt zu dieser
Lösung 6o kg Kalk Ca(OH)2 hinzu. Insgesamt sind also 1751,9 Kalk statt der nach
Gleichung (3) theoretisch erforderlichen i 58 kg, also ein Überschuß von i i o/o
angewendet worden.
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Die verdünnte Lösung wird 15 Stunden lang bei ioo° oder 6 Stunden
lang bei i 5o° C erhitzt. Es fällt von neuem Calciumborat CaB204# 6H20, und zwar
etwa 145kg aus sowie ferner i 2 kg überschüssiger Kalk.
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Der mit dem Calciumborat ausgefällte Kalküberschuß beeinträchtigt
die Wiedergewinnung der Borsäure nach den Gleichungen (4), (5), (6) oder (7) in
keiner Weise.
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Die Lösung enthält noch etwas Kalk (ungefähr 2 kg). Durch vorsichtige
Carbonisation kann dieser Kalk als Calciumcarbonat ausgefällt werden. Er mischt
sich mit dem Calciumborat und stört die Wiedergewinnung der Borsäure nicht.
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Man wäscht den Niederschlag mit ungefähr 5 kg Wasser und mischt die
Waschwässer mit dem Filtrat. Die erhaltene Lösung hat folgende Zusammensetzung:
B.,03 ......... . . . 4kg K,0 ............ 4o kg H,0............. 278o kg
Diese Pottaschelösung ist so rein, daß sie ummittelbar durch Verdampfen konzentriert
werden kann.