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Verfahren zur Herstellung von basischem Alaun Die Erfindung bezieht
sich auf ein technisches Verfahren zum Ausfällen eines aus basischem Alaun bestehenden
Niederschlags aus einer Lösung von normalem Alaun. Unter einem basischen Alaun ist
eine Alaunverbindung aus einem Alkali- oder Ammoniumsulfat oder beiden und einem
basischen Aluminiumsulfat und Wasser zu verstehen.
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Es ist schon früher festgestellt worden, daß beim Erhitzen einer Lösung
von normalem Kaliumalaun auf Temperaturen über z40° C ein Niederschlag von basischem
Alaun entsteht. Dabei handelte es sich aber lediglich um das Ergebnis von wissenschaftlichen
Untersuchungen, die im Laboratorium unter einem Gesichtspunkt erfolgten, der nichts
mit dem Problem einer technischen Herstellung derartiger Niederschläge im großen
zu tun hatte, so daß man infolgedessen auch nur kleine geschlossene Behälter verwendete,
die im Gegensatz zu dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung während der verhältnismäßig
langen Zeit von einer oder mehreren Stunden von außen her erhitzt wurden.
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Wenn die Endtemperatur, auf welche die Lösung von normalem Alaun gebracht
wird, zwischen r &o und zoo' C hegt, so entspricht die Zusammensetzung des Niederschlags
der Formel Y=S04-3A1209-4S03-9H=0 (Y bedeutet darin NTH4, \a oder K). Die fein verteilten
pulverförmigen Niederschläge haben kristallinische Struktur.
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Ferner ist auch bekannt, daß die angegebene Reaktion erleichtert wird,
wenn die Lösung von normalem Alaun mit einer Lösung von Alkali- oder Ammoniumsulfat
gemischt wird, dessen Menge vorzugsweise dem Gehalt an Alkali- oder Ammoniumsulfat
des normalen Alauns äquivalent ist.
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Die genannte Reaktion hatte, wie bereits erwähnt, bisher nur eine
laboratoriumsmäßige Bedeutung, während die vorliegende Erfindung ein technisches
Verfahren betrifft, mittels dessen gefällte basische Alaune schnell und billig im
großen hergestellt werden.
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Es ist schon ein Verfahren zur Herstellung von basischem Alaun vorgeschlagen,
bei dem eine Lösung von normalem Alaun in einem ununterbrochenen Strom einem in
einer Hochdruckleitung liegenden Behälter zugeführt und während ihres Durchgangs
durch'
den Behälter erhitzt wird; indem unter hohem Druck stehender-Wasserdampf in die
durchströmende Alaunlösung eingeführt wird.
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Nach dem_Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird in dem oberen
Teil eines Leitungsbehälters eine unter hohem Druck stehendeWasserdampfmasse aufrechterhalten,
die durch einen gleichbleibenden Zustrom von unter hohem Druck stehenden Dampf auf
der richtigen Reaktionstemperatur gehalten wird und über einer Flüssigkeitsmasse
liegt, die in dem unteren Teil des Behälters aufrechterhalten wird. Die Flüssigkeitsmasse
besteht dabei aus der Mutterflüssigkeit, aus welcher der basische Alaun ausgefällt
wird, zusammen mit mehr oder weniger unzerlegter Lösung von normalem Alaun und enthält
in Suspension den aus basischem Alaun bestehenden Niederschlag. Der Ausfluß der
Flüssigkeit aus dem Behälter wird geregelt, um ihre Menge und ihren Spiegel auf
einem nahezu gleichbleibenden Wert zu halten. Gemäß diesem Verfahren wird die Alaunlösung
in den Behälter so eingespritzt, daß sie in einer Reihe von Strömen durch die unter
hohem Druck stehende Dampfmasse hindurchfällt ünd durch Aufnahme einer genügenden
Wärmemenge aus dem Dampf auf eine Temperatur erhitzt wird, bei welcher basischer
Alaun, gebildet wird. Der Zuflüß von Alaunlösung und Dampf wird derart geregelt,
daß der Ausfluß von Flüssigkeit aus dem Leitungsbehälter dem Zufluß von Lösung und
von aus dem Dampf kondensiertem Wasser entspricht, so, daß das Volumen des unter
hohem Druck stehenden Dampfs und der Spiegel der Flüssigkeit in dem Behälter nahezu
konstant bleiben.
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Die Temperatur, auf welche die Lösung erhitzt werden muß, muß für
jede praktische Herstellung von basischem Alaun .14o° C . übersteigen, und es ist
gefunden worden, daß zur Erzielung der besten Ergebnisse die Lösung auf eine Temperatur
von etwa 185 bis 2oo° C zu erhitzen ist. Die Ausfällung geht bei den vorzugsweise
angewendeten Temperaturen außerordentlich schnell vor sich. Bei der Behandlung einer
Lösung von normalem Alaun ohne Zusatz von überschüssigem Alkali- oder Ammoniumsulfat
beträgt die Fällung etwa 85 0/'o der enthaltenen Tonerde, und diese tritt unter
Bedingungen ein, bei denen die Lösung durch den Leitungsbehälter in 6 bis ro Minuten
hindurchgeht; eine Fällung von -etwa 95 11, findet statt, wenn das überschüssige
Alkali- oder Ammoniumsulfat mit der Alaunlösung vermischt wird.
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Es ist gefunden worden,, daß das vorstehend angegebene Verfahren ohne
Neigung zu Unterbrechungen fortgesetzt werden kann, und daß es geeignet ist, einen
Niederschlag aus basischem Alaun mit außerordentlich feiner Teilchengröße zuliefern,
was für bestimmte Verwendungszwecke, wie z. B. bei Farbstoffen oder Füllstoffen,
und zur schnellen Herbeiführung gewisser chemischer Reaktionen des basischen Alauns
.mit festen oder flüssigen Körpern oft erwünscht ist. Die Größe der Teilchen kann
jedoch meßbar geregelt werden, indem man die 'Höhe der unter hohem Druck stehenden
Dampfmasse, durch die hindurch man die Lösung fallen läßt, entsprechend einstellt.
Falls eine unvollständige Ausfällung während des Durchgangs der Lösung durch den
Dampf eintritt, kann die Ausfällung des basischen Alauns in der Flüssigkeitsmasse
fortgesetzt werden. In diesem Fall wird zusätzlicher Dampf unter hohem Druck in
die Flüssigkeitsmasse eingeführt, um ihre Temperatur zu erhöhen und auf einem Wert
zu halten, bei welchem die Ausfällung unter vorteilhaften Bedingungen erfolgt. Wird
das Verfahren gemäß der Erfindung unter den letztgenannten Bedingungen durchgeführt,
dann werden kleine Kristalle von basischem Alaun, der während des Durchgangs der
Ströme der Lösung durch den Dampf ausgefällt wird, gebildet und diese Kristalle
durch den ° zusätzlichen, in der Flüssigkeitsmasse ausgefällten basischen Alaun
vergrößert.
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Beim Arbeiten mit einem Leitungsbehälter, in welchem @ die Dampfmasse
auf einer Höhe von etwa 3 m gehalten wurde; während eine Lösung eines normalen Ammoniumalauns,
die mit einer Lösung aus Ammoniumsulfat gemischt war, und zwar in äquivalenter Menge
zu dem in der Ammoniumalaunlösung vorhandenen Ammoniumsulfat, in das obere Ende
der Dampfmasse oder -säule in etwa 30 Strömen eingeführt wurde, die aus Löchern
von etwa 2,q. mm Durchmesser kamen, betrug der mittleare Durchmesser der Teilchen
des gefällten basischen Ammoniumalauns etwa ein Mikron, und die Reaktion war praktisch
an dem Gleichgewichtspunkt. Durch Verminderung der Höhe, der Dampfmasse und durch
entsprechende ergrößerung der Höhe der Flüssigkeit ist die Größe der Teilchen des
Niederschlags praktisch sehr erheblich zu erhöhen, da dann keine vollständige Ausfällung
während des Durchgangs der Lösung durch den Dampf stattfindet, sondern die begonnene
Ausfällung in der unter dem Dampf liegenden; Flüssigkeitsmasse fortgesetzt wird,
mit dem Erfolg, daß kleine Kristalle, die bei dem Durchgang der Lösung durch den
Dampf in dieser gebildet werden, durch eine weitere Ausfällung von basischem Alaun
in der Flüssigkeitsmasse vergrößert werden.
Das Verfahren nach der
Erfindung kann so durchgeführt werden, daß bei einem Dampfdruck von etwa 14 kg f
cm' der Verbrauch an gesättigtem Dampf etwa 1,9 kg für je 454 g als basischer Alaun
ausgefällte Tonerde beträgt, wenn die ursprüngliche Alaunlösung eine Konzentration
von 8o °f, Alaun besitzt und in den Leitungsbehälter bei einer Temperatur von ioo°
C eingeführt wird. Die Zuführung einer größeren ` Menge Dampf hat den Erfolg, daß
die Ausfällung des basischen Alauns beschleunigt wird, wobei die Durchflußgeschwindigkeit
der Lösung durch den Leitungsbehälter vergrößert werden kann. Die Verwendung einer
kleineren Dampfmenge würde natürlich auf eine langsamere Ausfällung des basischen
Alauns hinauslaufen und erfordern, daß zur.Erzielung einer vollständigen Ausfällung
der Durchfluß der Lösung durch den Leitungsbehälter entsprechend verlangsamt wird.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert.
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Fig. i ist ein senkrechter Schnitt durch einen Leitungsbehälter, der
zur Ausführung des Verfahrens nach der Erfindung verwendet werden kann; der Schnitt
geht dabei durch die in den Behälter eintretenden Dampfrohre hindurch.
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Fig.2 ist ein Querschnitt nach der Linie 2-2 der Fig. i.
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In den Figuren bezeichnet A den äußeren Mantel des Behälters oder
Autoklaven; er besteht vorzugsweise aus Stahl und besitzt eine genügende Stärke,
um dem Druck zu widerstehen, welchem er ausgesetzt ist. Al bezeichnet den oberen
und A2 den unteren Deckel des Behälters. B ist ein Futter aus nicht reaktionsfähigem
Metall, vorzugsweise Blei, und C eine innere Auskleidung aus einem nicht reaktionsfähigen,
inerten und feuerfesten Stoff, wie z. B. säurefesten Ziegeln. D bedeutet die Einlaßleitung,-
durch welche die Alaunlösung ununterbrochen in den Behälter unter einem Druck eingepreßt
wird, der etwas oberhalb des in dem Behälter herrschenden Drucks liegt. Vorzugsweise
schließt sich diese Leitung in dem oberen Ende des Behälters an ein gelochtes Endstück
D3 an. Dl ist eine Pumpe, welche die Lösung in den Behälter drückt, und D2 ist ein
Ventil, das den Zufluß der Lösung zum Behälter regelt. ,E ist eine Auslaßleitung,
die vom Boden des Behälters ausgeht, und F ein Ventil zum Regeln der Öffnung, durch
welche die Flüssigkeit aus dem Leitungsbehälter abgegeben wird. G bezeichnet einen
Behälter, in welchen die Lösung und der aus ihr gebildete Niederschlag aus der Auslaßöffnung
des Autoklaven einströmt und aus welchem Dampf unter vorzugsweise geregelten Bedingungen
entweichen kann, um eine- rasche Verminderung der Temperatur der Lösung herbeizuführen.
H ist ein Dampferhitzer, der mit einem Dampferzeuger verbunden ist; dabei ist der
Druck des erzeugten Dampfes größer als der in dem Autoklaven herrschende Dampfdruck.
Hl ist ein Dampfrohr, das aus dem Erhitzer H in den oberen Teil des Behälters führt,
d. h. in den Teil, der im Betrieb der Vorrichtung voll Dampf unter hohem Druck gehalten
wird. H2 ist eine andere Dampfleitung, die aus dem Erhitzer H in den unteren Teil
des Leitungsbehälters führt, d. h. in den Teil, der im Betrieb voll Flüssigkeit
gehalten wird. Diese untere Dampfleitung H2 ist zu einem Ring HI gebogen, der im
Innern des Behälters mit Auslaßöffnungen, vorzugsweise in der Form von Düsen H4,
versehen ist. Jede der Leitungen Hl und H2 ist mit einem Regelventil 1 ausgestattet,
während in der Zuführungsleitung nach dem Erhitzer H ein Druckregulierventil K vorgesehen
ist. lVl bezeichnet die in dem unteren Teil des Leitungsbehälters aufrechterhaltene
Flüssigkeitssäule und N die unter hohem Druck stehende Dampfsäule, die in dem oberen
Teil des Behälters aufrechterhalten wird.
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Zum Inbetriebsetzen der Vorrichtung wird der Leitungsbehälter bis
zu etwa einem Drittel seiner Länge mit Flüssigkeit beschickt, während in den oberen
Teil des Leitungsbehälters Dampf unter einem Druck von etwa 17,6 kgfcm2 eingebracht
wird, wobei gleichzeitig auch in den mit Flüssigkeit gefüllten unteren Teil des
Behälters Dampf zugelassen wird, um die Temperatur der Flüssigkeit auf etwa 2oo°
C zu bringen. Darauf wird das Auslaßventil geöffnet, um eine Öffnung von einer derart
geregelten Größe zu schaffen, daß sie einen Ausfluß aus dem Leitungsbehälter bestehen
läßt, der gleich dem Zustrom von Lösung und Wasser ist, das durch die Kondensation
des erhitzten Dampfes gebildet wird. Die Lösung von normalem Alaun wird dann in
den oberen Teil des Behälters gepreßt, wo sie durch den mit Dampf gefüllten Raum
des Behälters in zahlreichen Strömen hindurchfällt; die Ströme werden beim Durchfallen
durch den Dampfraum auf etwa 2oo° C erhitzt.
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Die Ausfällung des basischen Alauns aus der Lösung von normalem Alaun
erfolgt bei dieser Temperatur sehr rasch. Sie wird, falls die Gleichgewichtsbedingungen
bei dem Durchgang der Lösung durch den Dampfraum nicht erreicht worden sind, natürlich
in der im unteren Teil des Leitungsbehälters befindlichen Flüssigkeitssäule fortgesetzt;
dabei wird die Flüssigkeit durch Zulassen von Dampf durch das Dampfrohr H2 auf der
richtigen Reaktionstemperatur gehalten.
Durch Verminderung der in
den Dampfraum eingelassenen Dampfmenge und durch entsprechende Vergrößerung der
Menge des in den unteren und mit Flüssigkeit gefüllten Behälterteil eingelassenen
Dampfes . wird praktisch eine Vergrößerung der Niederschlagteilchen erhalten, und
diese Vergrößerung ändert sich mit der Reaktionsgeschwindigkeit, die sich bei der
Bildung des Niederschlags ergibt.
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Es ist gefunden worden, daß in der Praxis unter den obengenannten
Bedingungen die Lösung auf die richtige Reaktionstemperatur erhitzt wird, wenn ihr
Durchgang durch den Leitungsbehälter derart geregelt ist, daB er in 6 bis io Minuten
erfolgt.
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Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung ist für den Fall berechnet,
daß ein Leitungsbehälter verwendet wird, der etwa 6 m Länge und einen inneren Durchmesser
von etwa 125 cm aufweist. Das Verfahren kann natürlich auch mit anderen Ausführungsformen
der Vorrichtung durchgeführt werden.
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Gefällte basische Alaune, welche nach dem Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellt sind, haben folgende quantitative Zusammensetzungen, wobei
die angegebenen Werte Prozente ausdrücken:
| Ammonium Natrium. Kalium |
| Wirkl. Theor.**) Wirkl. I Theo, Wirkl. Theor. |
| X,2 0 *) 5,54 5,65 6,89 6,66 10,47 9,78 |
| AL, 0, 35,61 33,28 3337 3293 3155 3183 |
| S03 41,48 4346 43,30 4300 4o,63 41,56 |
| Hz 0 17,52 17,6o ' 16,70 17,41 17,55 16,83 |
| Gesamt 100,15 99,99 Too,26 Ioo,op 100,20 ioo,oo |
| x) X - N H4, Na oder K: - |
| **) Theor.= aus der Formel X2 S O4 # 3 Al, 0, . 4 S
0, # 9 HZ O theoretisch berechnet. |