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Verfahren zum Kristallisieren von Borax aus Boraxlösungen Die Erfindung
bezieht sich im allgemeinen auf die Technik der Kristallisation und betrifft insbesondere
die Herstellung von Kristallborax aus wäßrigen Boraxlösungen unter Bewegung.
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Es ist jedem Fachmann wohlbekannt, daß, wenn irgendeine wäßrige Boraxlösung,
die beispielsweise --o bis 30 °1° Boraxkristalle in Lösung enthält, in einen
Behälter gebracht, in geeigneter Weise gerührt und mit einem geeigneten Mittel rasch
gekühlt wird, z. B. mittels Schlangenkühler, durch welche ein Kühlmittel fließt,
das kälter ist als die Boraxlösung, oder durch rasches Verdampfen des Wassers aus
der Boraxlösung in einem sogenannten Vakuumkühler, die Boraxkristalle, die aus der
Lösung ausfallen, hauptsächlich Aggregate kleiner Kristalle sind, wobei die einzelnen
Teilchen keine bestimmte Form haben. Der Einfachheit halber werden solche Kristalle
als Typus I bezeichnet.
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Da die Kristalle eine unregelmäßige Form haben, hängen sie leicht
zusammen, und beim Verpacken wird die Kristallmasse oft fest und hart, was gewöhnlich
mit Zusammenbacken bezeichnet wird. Obgleich auf diese Weise gebildete Boraxkristalle
für viele Zwecke geeignet sind, hat man es für manche Zwecke vorteilhaft gefunden,
einen Kristallborax herzustellen, dessen einzelne Teilchen eine bestimmte Kristallform
mit für Borax oder Nag B4 07 - 10 H2 O charakteristisch ausgebildeten Flächen
aufweisen. Der Einfachheit halber werden solche Kristalle als Typus II bezeichnet.
Zufolge ihrer bestimmten Kristallform und ausgebildeten Kristallflächen hängen oder
backen diese Kristalle nicht oder nicht in solchem Maße wie die Kristalle vom Typus
I zusammen.
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Da im Handel größere Kristalle verlangt werden, scheint es wünschenswert,
durch rasches Kühlen Borax in Form von größeren Kristallen als die des Typus I herzustellen.
Es wurde gefunden, daß die bisher durch rasches Abkühlen hergestellten Kristalle
vom Typus I folgenden Siebwerten entsprechen:
| Feinheit Größe der |
| F Sieblöcher Gesamt |
| nach Tyler er |
| mm |
| 14 1,168 0,30 |
| 20 0,833 3,53 |
| 28 0589 3083 |
| 35 0417 57115 |
| 48 0295 7040 |
| 65 0,208 7,9,27 |
| Zoo 0,147 8679 |
| 150 0,104 91,52 |
| Z00 0,074 9482 |
| -200 1 oo,oo |
Unter »Gesamt °1°« versteht man die Gesamtmenge des Produktes, die auf einem Sieb
zurückbleiben würde, wenn nur ein Sieb zur Untersuchung der ganzen Probe verwendet
würde. Um das Gesamtgewicht zu erhalten, muß man zu der auf dem betreffenden Sieb
verbleibenden jene Mengen dazurechnen, die auf den gröberen Sieben zurückgeblieben
sind (s. Disbro, »Proceedings of the American
Society for Testing
Materials« Bd. YIII, 1913, S. z0m53-z068).
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Mit Hilfe des neuen Verfahrens ist es möglich geworden, Kristalle-
vom Typus II mit folgenden Siebwerten herzustellen:
| Feinheit nach Größe der Gesamt |
| Tyler Standard Sieblöcher |
| 10 1,651 0,00 |
| 14 1,168 7,64 |
| 20 0,833 2974 |
| 28 0,589 5074 |
| 35 0417 6884 |
| 48 0,295 7384 |
| 65 0,208 88,2q. |
| 100 0,1q.7 9374 |
| 150 0,10q. 98,24 |
| 200 0,07q. 9974 |
| -200 1o0,00 |
Das Kristallisieren von Borax aus Lösungen unter Zuhilfenahme des Impfens mit Boraxkristallen
ist an sich bekannt, jedoch hat man es bisher in der Technik nur auf natürliche
Salzlaugen aus gewissen Seen in Kalifornien angewendet, welche außer Borax eint
große Anzahl anderer Salze gelöst enthalten, während das vorliegende .Verfahren
sich auf reine Boraxlösungen bezieht. Außerdem wurden .die Saatkristalle bei den
bekannten Verfahren nicht in der gleichen Weise gewonnen und vorbereitet, ivie dies
gemäß der Erfindung geschieht.
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Die Herstellung von Boraxkristallen vom Typus II wurde bisher entweder
durch sehr langsames Abkühlen der Boraxlösung oder durch Zusatz einer kleinen Menge
Seife, Fettsäure oder eines anderen ähnlichen Emulsionskolloids zu der heißen Boraxlösung
erreicht, und zwar entweder vor oder während der raschen Abkühlung und des Rührens.
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Das Verfahren des langsamen Abkühlens hat beim Arbeiten im großen
bedeutende Nachteile, da die für die Herstellung einer gewünschten Menge dieses
Boraxtypus erforderliche Zeit von 6 bis 7. Tagen und die Betriebskosten viel größer
sind als bei einem Verfahren mit rascher Abkühlung von etwa 4 bis 5 Stunden. Die
Verwendung von Seife, Fettsäure oder anderen Emulsionskolloiden hat oft zur Folge,
daß eine gewisse Menge dieser Mittel mitgerissen oder im Boraxkristall eingeschlossen
wird. Diese Menge genügt, um ein gefärbtes Glas zu erhalten, wenn der Borax geschmolzen
wird. Wenn der- Borax in warmes Wasser gebracht und das Gemisch geschüttelt wird,
genügt diese Menge zur Bildung eines Schaumes ähnlich demjenigen, der entsteht,
wenn Seife warmem Wasser zugesetzt wird.
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Hauptzweck der Erfindung besteht nun darin, Bora-xkristalle vom Typus
II zu erhalten und gleichzeitig die unerwünschten Begleitumstände, die oben erwähnt
sind, zu vermeiden. Erfindungsgemäß kühlt man eine heiße wäßrige .Boraxlösung langsam
ab, um daraus Saatborax zu kristallisieren, welcher so fein pulverisiert wird, daß
er auf einem Sieb von etwa 1/5 mm Maschenweite zurückbleibt, worauf man eine zweite
heiße konzentrierte Lösung mit den pulverisierten Saatkristallen impft und sodann
unter Bewegung rasch abkühlt. Wie bereits weiter oben ausgeführt, haben- die durch
einen solchen Kühlprozeß gebildeten Boraxkristalle eine ganz bestimmte Kristallform,
und es wurde gefunden, daß sie die besondere Eigenschaft haben, wenn sie als Impfkristalle
einer anderen heißen Boraxlösung zugesetzt werden, den aus dieser Lösung gebildeten
Kristallen auch eine ganz bestimmte Kristallform mit ausgebildeten Flächen zu geben.
Diese Eigenschaft scheint für die durch den langsamen Kühlungsprozeß gebildeten
Kristalle charakteristisch zu sein, und diese Tatsache ist dadurch von besonderem
Wert, daß die geimpfte Lösung rasch abgekühlt und während der Kristallisation umgerührt
werden kann, ohne daß dies auf die Bildung der einzelnen Kristalle störend einwirken
würde.
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Die Verwendung vOn Saatkristallen bei der Gewinnung von kristallisierten
Körpern aus wäßrigen Lösungen, wie z. B. Zucker, ist an sich bekannt; desgleichen
ist es bekannt, daß Kristalltrümmer sich zur Saat besser eignen, weil sie eine größere
Kriställisationskraft entwickeln als nicht zertrümmerte Saatkristalle. Bei *den
bekannten Verfahren hat man aber stets als Saatkristalle einen Teil der eigenen
Produktion verwendet. Dieses Verfahren erwies sich für die Herstellung von Kristallborax
als ungünstig, insofern Saatkristalle, welche der eigenen Produktion entnommen waren,
eine geringere Wirksamkeit zeigten als Saatkristalle, die durch langsames Abkühlen
einer heißen Boraxlösung gewonnen wurden. Durch die Verwendung dieser besonders
gezüchteten Saatkristalle erzielt man auch den Vorteil, daß die Xristallisatoren
restlos ausgenutzt werden können und keine Ausbeuteverringerung durch Entnahme von
Saatkristallen aus der eigenen- Produktion stattfindet.
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Zur näheren Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens diene folgendes
Beispiel: 18 ooo 1 einer heißen wäßrigen Doraxlösung, die 30 % Kristallborax
enthält, werden in einen Behälter ,gebracht und durch sechstägiges Ausstrahlen der
Hitze an die Atmosphäre abkühlen gelassen. Diese Zeit kann innerhalb bestimmter
Grenzen schwanken, ohne in irgendeiner Weise die Ergebnisse des Verfahrens zu beeinträchtigen.
Der so gebildete
Kristallborax wird aus der Lösung ausgeschieden,
und die Kristalle werden in eine für Impfkristalle geeignete Größe zerstampft. Es
wurde festgestellt, daß die besten Resultate erhalten werden, wenn die Impfkristalle
größer sind als dem Durchgang durch ein 65-Maschen-Tyler-Normalsieb oder ein Sieb,
das Öffnungen von ungefähr 1/r mm Durchmesser besitzt, entspricht.
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Nachdem auf diese Weise eine geeignete Menge dieser Impfkristalle
hergestellt ist, wird eine andere Menge von i8ooo Litern einer heißen wäßrigen Boraxlösung
von ungefähr 85° C, die 28°1o Kristallborax enthält, in einen Behälter gebracht,
umgerührt und auf beliebige Weise rasch abgekühlt, bis eine Temperatur von etwa
6o° C erreicht ist. Zu dieser Zeit werden etwa 350 kg auf die oben beschriebene
Weise gebildete und zerkleinerte Impfkristalle der Lösung zugesetzt, wobei das Umrühren
und Abkühlen der Flüssigkeit ohne Unterbrechung fortgesetzt wird. Von diesem Zeitpunkt
an kristallisiert der Borax rasch, und die gebildeten Kristalle haben zumeist eine
bestimmte Kristallform mit ausgebildeten Kristallflächen. Die Größe der Kristalle
kann natürlich innerhalb bestimmter Grenzen verschieden sein, indem man die Zeit,
während welcher das Umrühren und Kühlen stattfindet, entsprechend wählt.
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Wenn man in der oben geschilderten Weise vorgeht, erhält man Kristalle
von den obenerwähnten Eigenschaften.
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Es wurde gefunden, daß die Mutterlauge viel leichter von den nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren gebildeten Kristallen befreit werden kann als von
dem Typus gewöhnlich hergestellter aneinanderhaftender Kristalle, wie man sie durch
rasches Kühlen einer heißen Boraxlösung erhält.
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Als weiterer Vorteil, der sich durch die Herstellung größerer Kristalle
ergibt, wird festgestellt, daß ein gegebenes Gewicht des für den Transport verpackten
Materials nur ungefähr 8o % des Raumes einnimmt, den dasselbe Gewicht von
Borax in Form von aneinanderhaftenden Kristallen einnehmen würde. Dieses Verfahren
bringt daher den Vorteil mit sich, daß die Kosten der- Herstellung verringert werden
(im Vergleich zu Borax, hergestellt durch langsamen Kühlprozeß), daß ferner die
Kosten der Verpackung und des Transports verringert werden (im Vergleich zu dem
Typus aneinanderhaftender Kristalle) und daß Bbraxkristalle in den Handel kommen,
die nicht leicht zusammenbacken und eine passendere Größe aufweisen.
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In der Beschreibung ist angeführt, daß eine Menge von i8ooo Litern
Lösung, aus der die Impfkristalle hergestellt werden, und eine Menge von 18
ooo Litern der rasch zu kühlenden Lösung verwendet' werden. Selbstverständlich ist
die Menge der der zweiten Lösung zugesetzten Impfkristalle ein verhältnismäßig kleiner
Prozentsatz der Gesamtmenge der während des langsamen Kühlungsprozesses hergestellten
Impfkristalle. ° Der in dem Anspruch gebrauchte Ausdruck konzentrierte Lösung bezieht
sich auf eine Boraxlösung mit einer Temperatur und einer Konzentration, die für
das- Impfen ohne Lösen der Impfkristalle geeignet ist.
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Selbstverständlich ist dieErfindung, ob-#vohl nur eine bevorzugte
Ausführungsform des Verfahrens angeführt ist, nicht durch die bestimmten Angaben
in der Beschreibung beschränkt, sondern umfaßt alle äquivalenten Änderungen.