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Verfahren zur Herstellung von kristallinem, wasserfreiem Natriumcarbonat
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von kristallinem, wasserfreiem
Natriumcarbonat, und zwar in einer Form, in der es als schweres Produkt vorliegt.
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Es ist bekannt, Rohsodalösungen, nämlich die Tankflüssigkeiten des
Leblanc-Verfahrens, zu verdampfen, wodurch Natriumcarbonat abgeschieden wird. Es
ist 'hierbei möglich, daß in einer gewissen Stufe der Verdampfung wasserfreie, kristalline
Soda abgeschieden ,vird, jedoch ist infolge der in der Ausgangsflüssigkeit enthaltenen
Verunreinigungen die bei der Verdampfung erhaltene feste Soda sehr unrein.
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Es wurde auch schon vorgeschlagen, Natriuxncarbonat enthaltende Flüssigkeiten
unter Druck zu verdampfen, um hierdurch den Siedepunkt der Flüssigkeit auf eine
Temperatur zu erhöhen, die oberhalb der Umwandlungstemperatur von Monohydrat in
wasserfreie Soda liegt, wodurch eine wasserfreie Sodaerhalten wird. Des Arbeiten
unten Druck ist jedoch überaus umständlich, insbesondere wenn man bedenkt, daß euch
die Abscheidung des wasserfreien Produkts von der Mutterlauge unter Druck ,geschehen
muß. Erfolgt dies nicht, so tritt wieder eine Rückumwandlung der -,vasserfreien
Soda in. das Monohydrat ein. Wenn der Druck auch nur um ein geringes Maß sinkt,
so setzt sofort eine rasche Verdampfung der Flüssigkeit ein, die eine Abkühlung
des Gemisches zur Folge hat, wodurch wiederum die Rückumwandlung der wasserfreien
Soda, in das Monohydrat begünstigt wird.
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Das Verfahren zur Herstellung von kristallinem, wasserfreiem Natriumcarbonat
wird derart durchgeführt, daß entweder eine Alkalimetallverbindungenenthaltende
Sololösung verdampft oder eine solche Lösung in Gegenwart von fester, wasserhaltiger
Soda bei einer erhöhten Temperatur, erforderlichenfalls unter Eindampfen, gehalten
wird. Hierbei werden gemäß,der Erfindung bewußt Alkalimetallvexbindungen der So.dalöswng
hinzugefügt, die an sich die Temperatur des Umwandlungspunktes des Monohydrats in
die wasserfreie Soda verringern, jedoch selbst nicht als Bodenkörper ausfallen bzw.
mit der Soda keine Doppelverbindung bilden.
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Dieses Verfahren hat den wesentlichen Vorteil, daß eine als praktisch
nein zu bezeichnende kristalline, wasserfreie Soda entsteht und daß dieses Verfahren
unter gewöhnlichem Druck durchgeführt werden kann.
Eine zweckmäßige
Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung wird darin gesehen, daß zun@ichst
durch Ausrühren bei etwa 8o bis go" eine im wesentlichen Monohydrat als Festkörper-
enthaltende Aufschlänl-. mung hergestellt und diese so lange oberhal!> . der durch
die Zusatzverbindungen bedingten Umwandlungstemperatur gehalten wird, bis das Monohydrat
in wasserfreies Carbonat übergegangen ist.
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Das ausgefällte wasserfreie Natriunncarbonat kann beispielsweise durch
Zentrifugieren eines Teiles der Lösung entfernt werden, und die Mutterlauge kann
in den Kreislauf des Verfahrens- zurückgeführt werden, nachdem ihr weitere Mengen
Natriumcarbonat zugeführt wurden. Es ist auch möglich, das Verfahren als absetzend
arbeitendes Verfahren durchzuführen, und zwar durch Verdampfen der Flüssigkeit bis
zu einem Punkt, der dicht unterhalb desjenigen liegt, bei dem wesentliche Mengen
des zugeführten Stoffes bzw. der Stoffe sich zusammen mit dem wasserfreien Natriumcarbonat
abzuscheiden beginnen, worauf dann die ganze Restmenge des wasserfreien Natriumcarbonats
abgeschieden wird. Die Mutterlauge kann naturgemäß nach Hinzufügen weiterer Mengen
Natriumcarbonat wieder verwandt werden, und die Arbeitsweise beginnt dann von neuem.
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Als Zusatzstoff bzw. Zusatzstoffe gemäß der Erfindung finden hauptsächlich
Natriumchlorid oder Natriumhydroxyd Anwendung. Man kann auch andere leicht lösliche
Alkalimetallverbindungen, mit Ausnahme der sauren Salze und von Verbindungen, die
mit Natriumcarbonat Doppelsalze bzw. Mischkristalle bilden, z. B. Natriumsulfat,
benutzen.
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Eine g@esättigt,e Lösung von Natriumcarbo@nat in Wasser siedet unter
atmosphärischem Druck bei ungefähr io5', während die Umsetzungstemperatur entsprechend
der Gleichung
| Na. COj# # 1 H. O ---> Na.CO' |
ungefähr io7,5° bei einem Druck von ungefähr 833 mm Quecksilbersäule entspricht.
Um wasserfreies Natriumcarbonat direkt durch Verdampfung dieser Lösung zu erhalten.
würde es notwendig sein, oberhalb eines Druckes von 833 mm zu arbeiten. Wenn Natriumchlorid
jedoch der Lösung hinzugefügt -wird, wird die Umsetzungstemperatur gesenkt und der
Siedepunkt erhöht. So siedet beispielsweise eine mit Natriumearbonat gesättigte
und io Gewichtsprozent Natriumchlorid enthaltende Lösung bei io6" bei Atmosphärendruck,
und die obenerwähnte Umwandlungstemperatur wird durch Gegenwart der angegebenen
Menge Natriumchlorid auf ungefähr ioo@ gesenkt. Aus einer solchen Lösung kann -wasserfreies
Natriumcarbonat direkt durch Verdampfen (Kochen) bei gewöhnli.chem Druck erhalten
-werden.
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Wenn eine noch größere Menge Natriumchlorid angewandt wird, so ist
es dadurch ,trü",-lieh, die l:.Tm-vandlungstemperatur noch =.iVeiter zu senken,
und zwar bis auf 93-. Bei dieser Temperatur lösen sich jedoch nicht weitere Mengen
Natriumchlorid auf. Je weiter die Umwandlungstemperatur innerhalb der angegebenen
Grenzen gesenkt wird, um so mehr werden die notwendigen Arbeiten, wie Zentrifugieren
oder Filtrierest, zum Zweck, dic Kristalle unter Vermeidung einer Wasseraufnahme
von der Flüssigkeit abzuscheiden, erleichtert.
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Wenn die Lösung 2o0`o Ätznatron enthält, wird die Um-vandlungstemperatur
auf ungefähr go gesenkt, und wenn
3500
Ätznatron zugegen sind, auf
ungefähr 6o-. So kann also die Herstellung von -wasserfreier Soda nicht nur direkt
aus Lösungen oder Suspensionen von Natriumcarbonat in einfacher Weise bei atmosphärischem
Druck durchgeführt werden, sondern die Anwendung von verminderten Drucken (,Vakuumverdampfung.)
ist auch möglich. Es können hierbei bekannte und in hohem Maße wirtschaftliche Verfahren
der mehrfach wirksamen Vakuumverdampfung auf Natriumcarbonatlösungeit angewandt
-werden, um direkt Kristalle von wasserfreiem Natriumcarbonat zu ergeben.
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Eine beispielsweise Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung
unter _U-«endung von :1 atriumchlorid als Zusatzstoff wird im folgenden Ausführungsbeispiel
erläutert; die Teile sind Gewichtsteile.
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Beispiel iooo Teile handelsübliche leichte, wasserfreie Soda von verhältnismäßig
geringem Schüttgewicht, -welche o,5% Natriumchlorid als normale Verunreinigung enthält,
-werden in eine Flüssigkeit eingebracht, die aus 2312 Teilen 1Glutterlauge besteht,
die 13,90 ö Natriumcarbonat und 16,q.% Natriumchlorid und 21 Teile Zusatzwasser
enthält. Die Mischung wird auf 8o bis go° erwärmt, bis die ganze Soda in das Monohydrat
Übergeführt worden ist, und die Temperatur -wird dann zweckmäßigerweise durch Überführen
in einen zweiten. Kessel auf ungefähr io6', d.h. wenig unterhalb des Siedepunktes
der Flüssigkeit. erhöht. Das Monohydrat wird in eine kristalline Form von wasserfreiem
N.atriumcarbonat übergeführt, das beispielsweise durch Zentrifugieren, vorzugsweise
unter Anwendung einer vorher erhitzten Zentrifuge, entfernt werden kann. Durch Zentrifugieren
bis auf
3 % Feuchtigkeitsgehalt werden 991 Teile wasserfreie Soda
erhalten, die im trockenen Zustand stabil ist und ein. sehr hohes Schüttgewicht
aufweist. Außerdem werden 3o Teile noch anhaftender Mutterlauge erhalten, die 2
i Teile Wasser, 4 Teile- Nag C 03 und 5 Teile NaCl enthält. 23i2 Teile Mutterlauge
werden abzentrifugiert, :die zum Umwandeln weiterer Mengen leichter Soda wiederverwandt
werden. Es ist zu erwähnen, daß das zusammen mit der leichten Soda eingeführte Natriumchlorid
diejenige Menge an Natriumchlorid ausgleicht, welche in der an der schweren Soda
anhaftenden Mutterlauge enthalten ist.
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Die Anwendung von Natriumchlorid ist in der Praxis insbesondere in
folgender Hinsicht brauchbar.
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Handelsübliches Natriumcarbonat enthält gewöhnlich eine geringe Menge
Natriumchlorid, und es kann eine Ansammlung dieses Salzes in der Reaktionsmischung
ruhig stattfinden, entweder bis gerade unterhalb desjenigen Punktes, bei dem keine
weitere Menge Natriumchlorid sich löst, oder bis zu dem Punkt, bei dem der Natriumchloridgehalt
der an dem Endprodukt haftenden Mutterlauge gerade der mit dem handelsüblichen N,atriumcarbonat
als Verunreinigung eingeführten Natriumchloridmenge entspricht.
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Wenn handelsübliches Natriumcarbonat als Ausgangsmaterial angewandt
wird, kann das Verfahren :durch Zusetzen der geringen Menge Natriumchlorid in Gang
gesetzt werden, die erforderlich ist, um die Arbeitsweise bei atmosphärischem oder
unteratmosphärischem Druck durchführen zu können. Sodann kann man die Flüssigkeiten
im Laufe des Verfahrens beim kontinuierlichen Arbeiten weiter an Natriumchlorid
sich anreichern lassen. Durch diese Anreicherung wird nach und nach die Umwandlungstemperatur
immer weiter in vorteilhafter Weise gesenkt bis zu dem Punkt, bei denn sich kein
Natriumchlorid mehr in der Flüssigkeit auflöst.