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Verfahren zur thermischen Zersetzung von Sulfaten des Magnesiums oder
anderer Metalle Es ist schon vorgeschlagen worden, Magnesiumsulfat oder andere Sulfate,
z. B. des Mangans, Eisens, Kupfers oder Zinks, die bei hoher Temperatur zerfallen,
in der Weise thermisch zu zersetzen, daß die Sulfate in Form einer konzentrierten
Lösung, einer wasserhaltigen Schmelze oder einer Aufschlämmung fein zerstäubt mit
heißen Gasen in innige Berührung gebracht werden, die über die Zersetzungstemperatur
des Sulfates erhitzt sind. Das Gemisch von Sulfat und Wasser -wird oben. in einen
turmartigen Behälter vorteilhaft mittels Dampfs oder Preßluft- ir1 Düsen zerstäubt,
während das hocherhitzte Heizmittel im Gegenstrom zu den im Turm niederfallenden
Nebeln oder Schleiern geführt wird, so daß diese Gase auf ihrem Wege durch den Turm
nacheinander die thermische Zersetzung, die Erhitzung des Sulfates auf die Zersetzungstemperatur
und schließlich die Entwässerung und feine Zerteilung des Sulfates durch plötzliche
Wasserverdampfung bewirken. Die bei der Zersetzung aus den Sulfaten entstehenden
Oxyde sammeln sich teils unten in dem. Turm, teils werden sie von den Abgasen aus
dem Turm fortgeführt. Die Abgase werden gegebenenfalls nach Kühlung von den mitgeführten
festen Stoffen befreit und können dann z. B. zur Herstellung von Schwefelsäure verwendet
werden. Infolge der außerordentlich feinen
Verteilung des Gemisches
von Sulfat und Wasser, die durch die Zerstäubung mittels Düsen und gleichzeitige
sclilagarti"e Verdampfung des im Gemisch enthaltenen Wassers eintritt, verläuft
bei diesem Verfahren die Zersetzung der Sulfate sehr vollständig. Dieses Verfahren
wird nach einem anderen Vorschlaä in der `''eise abgeändert, daß unter Gleichstromführung
mit dem zerstäubten Gemisch das Heizmittel mit solcher Geschwindigkeit durch die
Zersetzungsvorrichtung hindurchgeführt wird, daß die festen Zersetzungserzeugnisse
praktisch restlos von den Gasen mitgeführt werden: Diese Arbeitsweise hat den Vorteil,
daß die Zersetzungseinrichtung mit sehr hoher Leistung - betrieben werden kann und
daß die festen Zersetzungserzeugnisse nur an einer Stelle aus den Gasen abgetrennt.werden
müssen:. In beiden Verfahren `müß däs Heizmittel mit sehr hoher Temperatur angewendet
werden, die für thermisch schwer zersetzbare Salze, wie Magnesiumsulfat, bei Gleichstromführung
zwischen etwa i joo bis 170o° C und bei Gegenstromführung zweckmäßig nicht viel
niedriger liegt. Zwar kann die Wärme der Abgase gewonnen und im Verfahren selbst
wieder nutzbar gemacht werden. Die hohen Temperaturen bedingen aber Zersetzungsv
orrichtungen aus - hochfeuerfesten Baustoffen und oft auch die Benutzung von Winderhitzern
oder ähnlichen Einrichtungen.
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Z un hat man schon getrocknetes Aluminiumsulfat bei Temperaturen von
80o bis iooo° C mittels reduzierender Gase, die noch Luft, andere sauerstofthaltige
Gase oder Kohlendioxyd enthalten können, in Tonerde umgewandelt. Hierbei entstehen
Schwefel, Schwefelwasserstoff usw., die teilweise als Verunreinigungen, z. B. als
Sulfide, in die Tonerde übergehen. Auch ist es schwierig, die Zersetzung des getrockneten
Salzes praktisch vollständig zu gestalten, so daß die erzeugte Tonerde auch noch
störende Sulfatgehalte aufweisen kann. Außerdem entstehen Gase, die schwierig aufzuarbeiten
bzw. zu vernichten sind. Auch ist bekannt, daß die thermische Zersetzung von Magnesiumsulfat,
die einen merklichen Betrag erst bei Temperaturen über iooo° C erreicht, sich schon
bei niedrigeren Temperaturen praktisch durchführen läßt, wenn durch ein Reduktionsmittel
der Partialdruck des Sauerstoffes erniedrigt wird. Dadurch muß der Partialdruck
des Schwefeldioxydes ansteigen. Als Reduktionsmittel sind für dieses Verfahren schon
Kohle, Generatorgas, Wassergas, Wasserstoff, Schwefelwasserstoff u.dgl. vorgeschlagen
worden. Indessen stößt diese Arbeitsweise auf Schwierigkeiten. So bringt die Kohle
unerwünschte Schlackenbestandteile in das Magnesiumoxyd; nebenher entstehen noch
Schwefelkohlenstoff und Kohlenoxvdsulfid. Die wasserstofilialtigeii Rec-til;-tinnsmittel
bilden ferner @chwefelwasserstot@ ; weiterhin entstehen SuIticle, die das Magnesiumoxvd
verunreinigen. :,ußerdern :hat die Anwendung billiger herlulcti,3nsga@e, wie Generatorgas.
den Nachteil, claß -ro!;e Gasmengen und dementsprechend ein sLiir verdünntes, schwer
verwendbares schwefeldiGxydhaltiges Gas anfallen.
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Durch das Verfahren gemäß der Erfindungelingt es, die Nachteile der
Zersetzung von Sulfaten des Magnesiums. die bei dem bekannten Verfahren noch auftreten,
zu beseitigen.
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Nach der Erfindung erfolgt die Zersetzung von Sulfaten des Magnesiums
oder anderer ,Metalle, die bei hoher Temperatur in Oxyde und SchwefeIoxy de gespalten
werden, in Gegenwart reduzierender Gase in der Weise. daß das Heizmittel, das im
Gleichstrom mit dem zerstäubten Gut durch einen langgestreckten Zersetzungsraum
geführt wird. nur mit geringen Gehalten an reduzierenden Gasen angewendet wird und
daß die reduzierenden Bestandteile des-Heizmittels durch einen entsprechenden Aufwand
an Verbrennungsluft im Zersetzungsraum selbst verbrannt werden. Es genügt, daß das
Heizmittel einen KohlenmonooxydgehaIt aufweist, der zwischen etwa 3 bis 70/0 liegt.
Durch das Verfahren gemäß der Erfindung gelingt es, sehr reine Metalloxyde zu gewinnen,
die frei von Nebenerzeugnissen, insbesondere Sulfiden, sind. Außerdem entsteht der
Vorteil, daß das Gas, das aus dem Zersetzungsraum abströmt, nur Schwefeldioxyd,
aber keine störenden Bestandteile, wie Schwefelwasserstoff, Schwefel od. dgl., enthält
und daß die SchwefeIdioxyäkonzentration dieses Gases wesentlich höher als bei den
bekannten Verfahren liegt. Sie beträgt ungefähr 30l0, so daß das Gas sich z. B.
in Kontaktanlagen noch wirtschaftlich auf Schwefelsäure verarbeiten läßt.
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:`'ach der Erfindung wird z. B. bei der Zersetzung voniagnesiumsulfat
das Heizmittel mit einer Temperatur von etwa i2oo bis i4oo° C unten in einen langgestreckten
Zersetzungsraum eingeführt. Die Einführung geschieht mittels Düsen, die in: der
Längsrichtung des Zersetzungsraumes blasen, wobei die Zerstäubung dadurch sehr fein
gestaltet wird, daß die zu zerstäubende hlagnesiumsulfatlösung od. dgl-. durch ein
gasförmiges Mittel durch die Düsenhindurchgedrückt wird. Durch unvollkommene Verbrennung
oder durch Beimischung-entsprechender Mengen brennbarer Gase, wie Generator;as,
Wassergas, Kokereigas od. dgl., wird dem Heizmittel der gewünschte Gehalt an reduzierenden
Bestandteilen einverleibt, worauf das Heizmittel und das feinzerstäubte Sulfat in
inniger Mischung in dem Zersetzungsturm in die Höhe geführt
wird.
Hierbei bewirken die reduzierenden Bestandteile des Heizmittels anscheinend zunächst
eine Reduktion des Sulfates zu Sulfit. Die thermische Zersetzung der Sulfite geht
nun bei wesentlich niedrigeren Temperaturen vor sich als die der Sulfate, worin
die überraschende Wirkung des Verfahrens gemäß der Erfindung ihre Erklärung finden
dürfte. Es muß natürlich vermieden werden, dem Heizmittel soviel reduzierende Stoffe
beizumischen, daß eine Reduktion bis zum Sulfid oder zu Schwefelwasserstoff erfolgt.
Wird nun der brennbare Anteil des Heizmittels z. B. durch Einführung geeigneter
Mengen von Verbrennungsluft im mittleren und oberen Teil' des Zersetzungsraumes
verbrannt, so werden die brennbaren Bestandteile des Heizmittels voll ausgenutzt,
und es entsteht der Vorteil einer. zusätzlichen Heizung des näher dem Gasaustritt
zu gelegenen Teils des langgestreckten Zersetzungsraumes, so daß die Temperaturen
in diesem gleichmäßiger werden und der obere Teil des-Zersetzungsraumes besser für
die thermische Zersetzung ausgenutzt wird. Die Heizung des Zersetzungsraumes läßt
sich auch stufenweise durchführen.' Im übrigenkönnen die Herstellung desHeizmittels,
die Abscheidung der festen Erzeugnisse aus den Abgasen, die Abwärmeverwertung und
die Verwertung des Schwefeldioxydgehaltes der Abgase sowie die Zurückführung der
Abwärme in den Prozeß ungefähr in der gleichen Weise erfolgen, wie nach den eingangs
erwähnten älteren Vorschlägen.
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Für Verfahren zur Durchführung chemischer Reaktionen und wärmetechnischer
Prozesse, bei denen miteinander oder mit Gasen zu behandelnde Lösungen oder Suspensionen
fein zerstäubt und mit heißen Gasen oder Gasgemengen behandelt werden, hat man schon
einen Reaktionsraum benutzt, der aus einem schmäleren oberen Teil und einem unteren
breiteren Teil mit konischem Boden besteht. Ein derartiger Reaktionsraum ist für
das Verfahren gemäß der Erfindung nicht geeignet, da sich in ihm infolge der durch
seine Form und durch die Anordnung von Prallflächen bedingten Gasströmung Ansätze
und Krusten bilden würden. Auch würde aus diesen Gründen die thermische Zersetzung
unvollständig werden. Das Verfahren gemäß der Erfindung kann auch nicht mit der
bekannten Zinkoxydgewinnung verglichen werden,- bei der Zinksulfatlösungen in stark
reduzierenden heißen Gasen zerstäubt werden, so :daß eine Reduktion bis zum metallischen
Zinkdampf eintritt. Der Zinkdampf und das reduzierende Gas werden in einem zweiten
Reaktionsraum verbrannt, der mit einem System zur Konzentration der Zinksulfatlösung
ausgestattet ist. Im Geriensatz zu diesem bekannten Zerfahren wird nach der Erfindung
im'ersten Teil des ]anggestreckten Zersetzungsraumes mit schwach reduzierender Atmosphäre
gearbeitet, und es wird nur ein einziger Reaktionsraum verwendet, in dem die aufgewendete
Wärme nur zur thermischen Zersetzung der Sulfate in Metalloxyde ausgenutzt wird.
Dadurch wird die Wärmewirtschaftlichkeit der Metalloxy dgewinnung wesentlich .günstiger
gestaltet. Auch enthalten die Abgase 'des Verfahrens wesentlich höhere Mengen Schwefeldioxyd,
so daß ihre Verwertung sich bei weitem günstiger gestaltet als bei dem bekannten
Verfahren.