DE562005C - Herstellung von AEtzkali aus Kaliumchlorid unter Verwendung von einem Kaliumborat als Zwischenkoerper - Google Patents

Description

• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• Andererseits verläuft diese Kaustizierung um so schneller, je konzentrierter die Lösungen sind und je höher die Temperatur ist.
• 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).
• Man kann auch durch Arbeiten im. Autoklaven Temperaturen über ioo° C zur Anwendung bringen.
• 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.
• Wenn das Pentaborat auf nassem Wege erhalten wurde, enthält es häufig etwas Ammoniak, das bei der Kaustizierung zurückgewonnen wird.
• 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. .
• 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.
• Borsäure und Ammoniak treten [vgl. Gleichung (7)J wieder vollständig in den Kreislauf zurück.
• 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.
• 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.
• 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.
• 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.
• Der mit dem Calciumborat ausgefällte Kalküberschuß beeinträchtigt die Wiedergewinnung der Borsäure nach den Gleichungen (4), (5), (6) oder (7) in keiner Weise.
• 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.
• 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.

Claims (3)

1. PArrNrANSPlt('C1113: i. Verfahren zur Herstellung von Ätzkali aus Kaliumchlorid unter Verwendung von einem Kaliumborat als Zwischenkörper, dadurch gekennzeichnet, daß als Zwischenkörper Kaliumpentaborat verwendet wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Kaustizierung in mehreren aufeinanderfolgenden Stufen vorgenommen wird, wobei nach der Beendung der Reaktion in einer dieser Stufen zweckmäßig filtriert und darauf nach Verdünnung des Filtrates die Kaustizierung fortgesetzt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Atzkalilösung abgetrennte Calciumborat zur Wiedergewinnung der Borsäure mit Chlorammonium zu Borsäure, Ammoniak und Calciumchlorid umgesetzt wird.