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Verfahren zur Gewinnung von Schwefelsäure aus Natriumsulfat und Chlorwasserstoff
Es ist bekannt, daß wasserfreies Natriumsulfat mit Chlorwasserstoff kaum reagiert,
daß sich aber Glaubersalz oder Natriumsulfatlösungen mit Chlorwasserstoff in Schwefelsäure
und Natriumchlorid überführen lassen. Bei der technischen Durchführung dieser Umsetzung
stößt man allerdings auf große Schwierigkeiten. Zur vollständigen Umsetzung des
Glaubersalzes oder wäßriger Lösungen von neutralem oder saurem Natriumsulfat ist
ein sehr großer Überschuß an Chlorwasserstoff erforderlich, und das erhaltene Gemisch
ist verhältnismäßig arm an Schwefelsäure. Die Austreibung der großen Mengen überschüssigen
Chlorwasserstoffs erfordert einen erheblichen Energieaufwand, und man erhält den
Chlorwasserstoff zum größten Teil nur als verdünnte wäßrige Salzsäure zurück> die
ein lästiges Nebenerzeugnsdarstellt. Auch die Abführung der beträchtlichen Lösungswärme,
die beim Einleiten der großen MengenChlorwasserstoff frei wird, bereitet Schwierigkeiten.
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Es wurde nun gefunden, daß sich Natriumsulfat mit Chlorwasserstoff
vollständig und rasch zu Schwefelsäure und Natriumchlorid umsetzen läßt, ohne daß
.dabei die erwähnten Nachteile auftreten,
wenn man dieUmsetzung
nicht in wäßrigerLösung, sondern in einer Aufschlümmung ,des wasserfreien Natriumsulfats
in gesättigter Natriumsulfatlösung oder in verdünnter, vorzugsweise etwa 40- bis
57%iger Schwefelsäure vornimmt. Hierbei wird außer dem gelösten auch das ungelöste
Natriumsulfat umgesetzt, so daß die Schwefelsäure in der umgesetzten Flüssigkeit
in verhältnismäßig hoher Konzentration vorliegt, insbesondere bei Verwendung von
verdünnter .Schwefelsäure zum Aufschlämmen des Natriumsulfats. Zweckmäßig wendet
man so viel Sulfat an, daß die Aufschlämmung gerade noch für die Verteilung und
Aufnahme des Chlorwas,serstoffgases geeignet ist. Bei dieser Arbeitsweise kommt
man mit beträchtlich geringerem Chlorwasserstoffüberschuß aus, der leicht, z. B.
durchAusblasen mit Luft oder durch Erhitzen, zum größten Teil als Gas aus der Reaktionsflüssigkeit
zurückgewonnen werden kann. Dieses Gas läß:t sich ebenso wie die bei fder Rückgewinnung
gleichzeitig erhaltenen geringen Mengen wäßriger Salzsäure vollständig im Verfahren
selbst wieder unterbringen.
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Infolge des nur geringen überschusses an Chlorwasserstoff ist nur
so wenig Lösungswärme abzuführen, daß die Kühlung keine Schwierigkeiten bereitet;
unter Umständen kann sie ganz unterbleiben. Auch der Energieaufwand zur Trennung
von SclAvefelsäure und Chlorwasserstoff ist gering, insbesondere wenn die Trennung
durch Erhitzen vorgenommen wird, da zum vollständigen Austreiben des Chlorwasserstoffs
aus stärkerer Schwefelsäure viel weniger Wasser abdestilliert werden muß als aus
schwächerer Schwefelsäure.
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Werden in der Reaktionsflüssigkeit so hohe Schwe£elsäu'rekonzentrationen
erreicht, bei denen die Umsetzung nicht mehr vollständig in üem gewünschten Sinn
verläuft, so daß sich im Bodenkörper noch Sulfat vorfindet, so kann man durch Nachbehandlung
des von der Reaktionsflüssigkeit abgetrennten Bodenkörpers mit wäßriger Salzsäure
die Umsetzung vervollständigen. Das gewonnene Salz besteht dann praktisch nur aus
Natriumchlorid und die ablaufende Flüssigkeit aus einem Gemisch von Schwefelsäure
und Salzsäure.
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Eine besonders vbrteilhafte Arbeitsweise besteht darin, daß man einen
Teil der Reaktionsflüssigkeit nachAbtrennen des gebildeten Natriumchlorids und nicht
umgesetzten Natriumsulfats zum Aufschlämmen weiterer Mengen umzusetzenden Natriumsulfats
verwendet und aus dem anderen Teil den Chlorwasserstoff austreibt, ihn teilweise
als Gas erneut für die Umsetzung und teilweise als wäßrige Salzsäure für die Nachbehandlung
des abgetrennten Natriumchlorid-Natriumsulfat-Gemisches zur Vervollständigurng ider
Umsetzung verwendet. Die bei dieser h,Tachbehandlung ablaufende Flüssigkeit verwendet
man zweckmäßig zum Aufschlämmen weiterer Mengen umzusetzenden Natriumsulfats. Einen
Überblick über den Verlauf dieser Arbeitsweise bietet die Zeichnung.
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Es empfiehlt sich, die Nachbehandlung des Salzes durch eine Wäsche
mit Wasser, das geringe Mengen Chlorwasserstoff enthalten kann, abzuschließen und
mit der hierbei ablaufenden Flüssigkeit die Nachbehandlung des aus einer anderen
Umsetzung stammenden Chlori-d-Sulfat-Gemisches zu beginnen. Die erste Wäsche (vgl.
die Zeichnung) wird also mit der aus einer dritten Wäsche ablaufenden Waschlösung
III durchgeführt. Die hei dieser ersten Wäsche ablaufende Waschlösung I hat sich
an Schwefelsäure angereichert; sie wind zusammen mit dem Teil ,der Reaktionsflüssigkeit,
aus dem der Chlorwasserstoff zurückgewonnen werden soll, in den Behälter übergeführt,
in -dem :die Trennung von Chlorwasserstoff und Schwefelsäure vorgenommen wird. Das
Austreiben des Chlorwasserstoffs kann man leicht so durchführen, daß man neben gasförmigem
Chlorwasserstoff wäßriges Kondensat in Fraktionen, und zwar eine starke, beispielsweise
etwa 25%ange Salzsäure und eine dünne, beispielsweise etwa 2%ige Salzsäure, erhält.
Die starke Salzsäure benutzt man für die zweite Wäsche .des Chlorid-Sulfat-Gemisches
und führt sie dann (Waschlösung II) zum Aufschlämmen umzusetzenden Sulfats in den
Umsetzungsbehälter zurück, während die dünne Säure für die abschließende dritte
Wäsche verwendet wird.
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Beispiel 1 178 Gewichtsteile einer 49,50/aigen Schwefelsäure
werden mit 15o Gewichtsteilen feingemahlenem wasserfreiem Natriumsulfat vermischt
und die Mischung mit Chlorwasserstoff gesättigt. Man erhält eineLösung, die 55;65
% Schwefelsäure, 6,79 0/0 Chlorwasserstoff und o,9 % Natrium enthält, und einen
Bodenkörper, der nach dem Abtrennen von der Lösung und Waschen mit wäßriger Salzsäure
aus reinem Natriumchlorid besteht.
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Beispiele Eine Natriumsulfataufschlämmung, die sich aus 7,12 kg Natriumsulfat
und 14kg 43%iger Schwefelsäure zusammensetzt, wird in derWeise hergestellt, daß
man 2-3,6 kg Abfallspinnsäure der Kunstseidenindustrie, -die 13,5 5 % Schwefelsäure
und 29,5 0/0 Natriumsulfat enthält, bis auf ein Gewicht von 14,63 kg eindampft und
mit 5 kg einer im Verfahren erhaltenen Reaktionsflüssigkeit (s. unten) und 1,5 kg
einer ebenfalls im Verfahren erhaltenen Waschlösung vermischt. Die Aufschlämmung
wird mit Chlorwasserstoffgas gesättigt. DerBodenkörper wird von der Reaktionsflüssigkeit
getrennt und durch Waschen mit drei Lösungen von verschiedenem Chlorwas@serstoffgehalt
nachbehandelt. Man erhält 5,6 kg reines Natriumchlorid.
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Von -der Reaktionsflüssigkeit, die 53,8 %- S 04, 7 % Cl und oß % Na
enthält, werden 5 kg abgetrennt und mit 14,63 kg eingedampfter Abfallsäure (s. oben)
vereinigt. Der Rest der Reaktionsflüssigkeit wird mit der bei der ersten Wäsche
des Bodenkörpers ablaufentden Flüssigkeit (Waschlösung I; vgl. Zeichnung) vereinigt
und die Mischung durch Erhitzen auf 14o° von Chlorwasserstoff befreit. Es verbleiben
1z,2 kg einer chlorfreien 66,4%igen Schwefelsäure.
Das beim Austreiben
des Chlorwasserstoffs erhaltene Chlorwasserstoffgas wird zusammen mit der doppelten
Menge frischen Chlorwasserstoffgases zum Sättigen umzusetzender Ausgangslösung benutzt.
Beim Austreiben des Chlorwasserstoffs gewinnt man außerdem eine etwa 25o/oige und
eine etwa 2o/oige Salzsäure; die 25o/oige Säure dient als Waschflüssigkeit für die
zweite Wäsche und die 2o/oige Säure als Waschflüssigkeit für die dritte Wäsche des
Bodenkörpers. Die Waschlösung II (i,5 kg) wird im Umsetzungsbehälter mit
frischen Ausgangsstoffen vereinigt. Die Waschlösung III dient zur ersten Wäsche
des Bodenkörpers einer frischen Umsetzung.