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Verfahren zur Herstellung von Kaliumsulfat und Ammoniumchlorid Es
ist eine Reihe von Verfahren zur Herstellung von Kaliumsulfat bekannt, aber nur
eines hat eine praktische Bedeutung für die derzeitige Bedarfsdeckung gefunden;
es ist das in der Kaliindustrie übliche Verfahren der Umsetzung von Kalimagnesia
mit Chlorkali. Nach Literaturangaben sind hier theoretisch 68,6 °/o des eingebrachten
Kaliums und 83,8 % des eingebrachten S 04 zu gewinnen.
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Die tatsächlich erreichten Ausbeuten liegen bei 76,8 %, bezogen auf
eingebrachtes Kalium, und 87,3 %, bezogen auf eingebrachtes S04-Das den Gegenstand
der Erfindung bildende Verfahren hat Voraussetzungen, die in der Kaliindustrie nicht
unbedingt gegeben sind, wohl aber z. B. dort, wo der Stickstoff der atmosphärischen
Luft großtechnisch in Ammoniak bzw. Ammoniumsalze umgewandelt wird.
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Das Verfahren beruht darauf, Kaliumchlorid und Ammoniumsulfat in wäßriger
Lösung unter Mitwirkung von gasförmigem Ammoniak umzusetzen. Das eingebrachte Chlorkali
wird dabei nahezu vollständig als Kaliumsulfat gewonnen, das entsprechend umgesetzte
Ammoniumsulfat als Ammoniumchlorid.
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Eine Schwierigkeit besteht darin, daß sich Kaliumsulfat niemals rein
ausscheidet, sondern Mischkristallbildungen mit Ammoniumsulfat eingeht. Dabei kann
die Zusammensetzung der Mischkristalle innerhalb weiter Grenzen schwanken und ist
von dem Zustand der jeweiligen Lauge abhängig. Es wird daher gemäß der Erfindung
dafür gesorgt, den Ammoniumsulfatanteil in der Lauge nach Möglichkeit niedrig zu
halten. Dabei ist es nicht gleichgültig, wie man Kaliumchlorid, Ammoniumsulfat und
Wasser aufeinander einwirken läßt. Werden beide Salze in fester Form mit Wasser
verrührt, so ergibt sich bei schlechtem Umsatz ein sehr unreines Kaliumsulfat. Wenn
man andererseits festes Kaliumchlorid in eine Ammoniumsulfatlauge
einträgt
oder umgekehrt festes Ammoniumsulfat in eine Kaliumchloridlösung, so entsteht ein
Bodenkörper, der Kaliumsulfat und Ammoniumsulfat zu etwa gleichen Teilen enthält.
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Das erstrebte Ziel ist erfindungsgemäß nur auf folgende Weise zu erreichen:
Kaliumchlorid wird mit Wasser angemaischt und in diese Aufschlämmung unter kräftigem
Rühren kontinuierlich eine Lösung von Ammoniumsulfat eingerührt. Durch diese Methodik
.erreicht man, daß niemals hohe Ammoniumsulfatkonzentrationen auftreten; damit wird
der Gefahr ungünstiger Mischkristallzusammensetzungen vorgebeugt. Den betrieblichen
Belangen kommt sie insofern entgegen, als das Kaliumchlorid normalerweise als festes
Salz zur Anlieferung kommt, während das Ammoniumsulfat meist als Lösung vorliegen
wird, z. B. aus einer Gips- oder Kieseritumsetzung, in einer Konzentration von 38
bis 40 '/0-.
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Die für die optimale Bildung von Kaliumsulfat erforderliche Gesamtwassermenge
ist eine durch Vorversuche bekannte Größe. Es empfiehlt sich, darüber hinaus einen
geringen Überschuß (etwa 5 %) anzuwenden, um nicht Gefahr zu laufen, daß sich aucheinSättigungszustandfürAmmoniumchlorid
einstellt. Da die Ammoniumsulfätlauge in obiger Konzentration nur einen Teil der
für die Reaktion erforderlichen Wassermenge enthält, kann der andere Teil für die
Anmaischung des Chlorkalis verwandt werden. Es ist so viel, daß sich etwa ein Viertel
des Salzes auflösen kann.
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Die Herstellung von Kaliumsulfat durch Um-Setzung von Chlorkali mit
Ammoniumsulfat unter Zuhilfenahme von Ammoniak- ist zwar in der Patentliteratur
bereits beschrieben, unterscheidet sich aber doch in der Durchführung und Zielsetzung
wesentlich von dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung. Die meisten der bekannten
Verfahren sind allgemeiner gehalten und umfassen die Gewinnung von Alkalisulfaten
schlechthin, ohne gleichzeitig Ammoniumchlorid zu gewinnen. Soweit in der Literatur
auch die Gewinnung von Ammoniumchlorid beschrieben wird, bezieht sich das Verfahren
auf die Anwendung von Natriumsalzen, für die aber ganz andere optimale Bedingungen
gegeben sind.
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Alle bekannten Verfahren arbeiten so; daß Lösungen von Alkalichlorid
und Ammoniumsulfat zusammengegeben werden und - Ammoniak eingeleitet wird. Dabei
fällt z. B. bei Anwendung von Chlorkali das Kaliumsulfat aus, und zwar in einer
Ausbeute von etwa 9o °/o.
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In Abweichung von diesen Verfahren kommt erfindungsgemäß nur eine
Komponente gelöst zum Einsatz, während die andere mit wenig Wasser angerührt wird,
also praktisch ungelöst ist. Dadurch wird das Arbeiten rationeller, denn es sind
nicht so große Laugenmengen zu bewältigen. Auch der Umsatz beim Arbeiten gemäß der
Erfindung liegt höher.
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Die bekannten Verfahren berücksichtigen weiterhin nicht die Tatsache,
daß nur unter ganz bestimmten Bedingungen eine maximale Reinheit des. Kaliumsulfäts
zu erreichen ist; diese Bedingungen sind nicht erfüllt, wenn das Ammoniumsulfat
von vornherein in seiner ganzen Menge vorhanden ist. Sie sind nur dann gegeben,
wenn die Zuführung -wie es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Fall ist - kontinuierlich
erfolgt.
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Weiterhin wendet ein Verfahren im Gegensatz zu der vorliegenden Erfindung
einen Üb@erschuß an Alkalichlorid an. Dieser Überschuß tritt zwingenderweise in
der Mutterlauge wieder auf. Dadurch ist es nicht möglich, einen Teilzweck der vorliegenden
Erfindung, nämlich die Reindarstellung von Ammoniumchlorid, zu erreichen.
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Durch die Verfahrenstechnik der vorliegenden Erfindung fällt das Kaliumsulfat
in einer höchsterreichbaren Reinheit von 9z bis 93 % an; der Rest ist Ammoniumsulfat.
Da dieses Restammoniumsulfat für den eigentlichen Umsetzungsprozeß nicht in Betracht
kommt, ist es zusätzlich einzusetzen.
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Um auch die in der Lauge noch vorhandenen erheblichen Mengen an Kaliumchlorid
vollständig umzusetzen, arbeitet man so, daß man in die Mutterlauge gasförmiges
Ammoniak bis zur Sättigung einleitet und entsprechend dem vorhandenen Chlorkalium
weiteres Ammoniumsulfat zugibt. Das Ammoniumsulfat reagiert unter diesen Bedingungen
fast quantitativ mit dem Chlorkalium unter Bildung von Kaliumsulfat und Ammonium-Chlorid.
Dabei bleibt das Ammoniumchlorid in Lösung, während das Kalium als Kaliumsulfat
ausfällt. Die Sättigung mit Ammoniak erfolgt aus naheliegenden Gründen ebenfalls
unter Einhaltung der Raumtemperatur.
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Eine solch ammoniakalische Lösung hat am Ende des Prozesses beispielsweise
folgende Zusammensetzung: 2q.,o bis 26,o o/a freies NH3 r8,o - r9,oo/o NH4C1 o -
o, r 1/o K Cl 0 - 0,3 % K2 S 04 Daraus resultiert beim Eindampfen zur Trockne
folgendes Salz: . 9818 0/0 N H4 Cl 0,7'/o (N H4) 2 S 04 0,5 % K2 S
04 Durch Anwendung dieses in seiner Wirkung überraschenden Verfahrens gelingt es,
das eingebrachte Chlorkalium zu 94 bis 97'/e in Kaliumsulfat.umzuwandeln und eine
entsprechende Menge Ammoniumchlorid in großer Reinheit als Festsalz zu gewinnen.
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Es ist noch zu erwähnen, daß auch einige kleine Varianten des eben
beschriebenen Weges möglich sind. Unbenommen bleibt es, das Ammoniak gleich von
vornherein während der allmählichen Zugabe der Ammoniumsulfatlösung einzuleiten.
Es hat sich ergeben, daß darin kein besonderer Vorteil gegenüber der vorher genannten
Arbeitsweise besteht. Zu befürchten ist, däß unter -Umständen festes Ammoniumsttlfat
ausgeschiedenwird. Man kann bei
der Aufarbeitung der Lauge erst
das noch fehlende Ammoniumsulfat einführen und dann das Ammoniak ,einleiten. Man
kann das in erster Phase ausgeschiedene Salz vor dem Einleiten von Ammoniak entfernen,
man kann es auch in der Lauge belassen und das Gesamtsalz in einem Gange abfiltrieren.
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Durch den nochmaligen Zusatz von Ammoniumsulfat zur Mutterlauge und
bedingt durch das Eingehen in den Mischkristall, ergibt sich für den Gesamtprozeß
ein molares Verhältnis der einzusetzenden Stoffe (N H4) 2 S 04 zu (K Cl) 2 = 53
:47. Beispiel 79 Gewichtsteile festes Kaliumchlorid werden mit 53 Gewichtsteilen
Wasser angerührt und dazu allmählich im Verlaufe von 11/2 bis 2 Stunden unter lebhaftem
Umrühren 155 Gewichtsteile einer 401/oigen Ammoniumsulfatlösung eingetragen. Nunmehr
leitet man Ammoniakgas bis zur Sättigung ein und fügt gleichzeitig weitere 41,5
Gewichtsteile Ammoniumsulfatlösung kontinuierlich hinzu. Das ausgeschiedene Salz
wird von der Lauge getrennt und mit konzentriertem Ammoniakwasser gedeckt. Lauge
und Deckwasser werden vereinigt und eingedampft. Der Umsetzungsprozeß spielt sich
bei Raumtemperatur ab.
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Ausgeschiedenes Salz . . . . . . , . . 98,o Gewichtsteile Zusammensetzung:
92,1 1/o K2 S O4 7,35 0/a (N H4) 2 S 04 o,55 0/0)K Cl K2 S O4 Ausbeute, bezogen
auf KCl-Einsatz, 97,80/0. Durch Eindampfen der Endlauge gewonnenes Salz
...... , .... 55,7 Gewichtsteile Zusammensetzung: 98,8 % N H4 Cl 0,7
0/0 (N H4)2S 04 . 0.5 0/0K2 S 04 N H4 Cl-Ausbeute, bezogen auf K Cl-Einsatz, 97,0'/0.