Verfahren zur Reinigung von SchwefelsäurenProcess for the purification of sulfuric acids
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Reinigung von Schwefelsäuren, insbesondere von metallhaltigen Schwefelsäuren, mit monodispersen Ionenaustauschern, welche chelatisierende, funktioneile Gruppen enthalten.The present invention relates to a process for the purification of sulfuric acids, in particular of metal-containing sulfuric acids, with monodisperse ion exchangers which contain chelating, functional groups.
In jüngerer Zeit findet die Entfernung von Verunreinigungen aus Schwefelsäuren, besonders bevorzugt aus schwefelsauren KupferelelctiOlyten zunehmend Bedeutung. Dieser Prozess wird beispielsweise angewandt vor der kathodischen Kupferabscheidung in elektrolytischen Prozessen, welche in Kupfergewinnungs- oder Raffinierprozessen durchgeführt werden. Hierbei liegt die Aufgabe in der Entfernung von Metallen, welche in der Oxidationsstufe +HI auftreten können.In recent times, the removal of impurities from sulfuric acids, particularly preferably from sulfuric acid copper electolytes, has become increasingly important. This process is used, for example, before the cathodic copper deposition in electrolytic processes which are carried out in copper extraction or refining processes. The task here is to remove metals that can occur in the + HI oxidation state.
In US-A 4 559 216 wird ein Verfahren zur Entfernung von Antimon, Wismut oder Eisen aus schwefelsauren Kupferelektrolyten beschrieben, wobei ■ h t ,-o i pers^ Ionenaustauscher mit speziellen chelatisierenden Aminomethylenphosphorsäure-Gruppen zum Einsatz kommen. Beispielsweise wird dort Unicellex® UR 3300 genannt. In US-A 5 366 715 wird ein Verfahren zur Entfernung von Antimon, AVismut oder Eisen aus schwefelsauren Kupferelektrolyten mittels heterodisperser Aminomethylenphosphonsäüre-funktionalisierter Ionenaustauscher, bevorzugtIn US-A 4,559,216 a method for the removal of antimony, bismuth or iron is described from sulfuric acid copper electrolyte, wherein ■ ht, - oi ^ pers ion exchangers come with special chelating aminomethylenephosphonic groups are generally used. For example, Unicellex® UR 3300 is mentioned there. In US-A 5 366 715, a method for removing antimony, AVismut or iron from sulfuric acid copper electrolytes by means of heterodisperse aminomethylenephosphonic acid-functionalized ion exchangers is preferred
Duolite TM C-467, beschrieben wobei zunächst eine Reduktion von Eisen (TU) zu Eisen (H) durchgeführt wird. In US-A 6 153 081 wird die vorgenannte Reduktion von Eisen (HJ) zu Eisen (H) mit Kupfer und mit Natriumchlorid in Schwefelsäure durchgeführt und danach der Ionenaustauscher nach Beladung mit den Verunreinigungen einer speziellen Elution unterzogen, um selektiv Wismut und danach Antimon zu isolieren. Zum Einsatz kommen dabei wiederum heterodisperse Chelataustauscher, bevorzugt polas® MX-2 der Miyoshi Oil Co., Duolite^M Q. 467 oder Unicellex® UR 3300.Duolite TM C-467, described wherein first a reduction of iron (TU) to iron (H) is carried out. In US Pat. No. 6,153,081 the aforementioned reduction of iron (HJ) to iron (H) is carried out with copper and with sodium chloride in sulfuric acid and then the ion exchanger, after being loaded with the impurities, is subjected to a special elution in order to selectively add bismuth and then antimony isolate. Again, heterodisperse chelate exchangers are used, preferably polas® MX-2 from Miyoshi Oil Co., Duolite ^ M Q. 467 or Unicellex® UR 3300.
Allen Verfahren gemeinsam ist eine geringe Kinetik, Selektivität und Stabilität der verwendeten Ionenaustauscher. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand deshalb darin, ein neues Verfahren für die Reinigung von Schwefelsäuren, bevorzugt für die Reinigung metallhaltigerCommon to all processes is low kinetics, selectivity and stability of the ion exchangers used. The object of the present invention was therefore to develop a new process for cleaning sulfuric acids, preferably for cleaning metal-containing ones
Schwefelsäuren, bereitzustellen, das es ermöglicht in Kupfergewinnungs- oder Raffmierprozessen Verunreinigungen wie beispielsweise Eisen, Antimon oder Wismut selektiv zu entfernen, ohne dass der dabei eingesetzte Ionenaustauscher dabei zu schnell erschöpft wird. Überraschenderweise wurde nun festgestellt, dass sich die oben genannten Eigenschaften verbessern lassen, wenn man Ionenaustauscher einer einheitlichen Teilchengröße (im folgenden als „monodispers" bezeichnet) verwendet.To provide sulfuric acids, which makes it possible to selectively remove impurities such as iron, antimony or bismuth in copper extraction or refining processes, without the ion exchanger used being exhausted too quickly. Surprisingly, it has now been found that the properties mentioned above can be improved if ion exchangers of a uniform particle size (hereinafter referred to as “monodisperse”) are used.
Die Teilchengröße der erfindungsgemäßen Ionenaustauscher beträgt 5 bis 500 μ , vorzugsweise 10 bis 400 μm, besonders bevorzugt 20 bis 300 μm. Als monodispers werden in der vorliegenden
Anmeldung Ionenaustauscher bezeichnet, die eine geringe Breite der Teilchengrößenverteilung aufweisen. Zur Bestimmung der mittleren Teilchengröße und der Teilchengrößenverteilung sind übliche Methoden, wie Siebanalyse oder Bildanalyse geeignet. Als Maß für die Breite der Teilchengrößenverteilung der erfindungsgemäßen Ionenaustauscher wird das Verhältnis aus dem 90 %-Wert (0 (90) und dem 10 %-Wert (0 (10) der Volumenverteilung gebildet. Der 90 %-WertThe particle size of the ion exchanger according to the invention is 5 to 500 μm, preferably 10 to 400 μm, particularly preferably 20 to 300 μm. As monodisperse in the present Application called ion exchangers, which have a small width of the particle size distribution. Conventional methods such as sieve analysis or image analysis are suitable for determining the average particle size and the particle size distribution. The ratio between the 90% value (0 (90) and the 10% value (0 (10) of the volume distribution) is formed as a measure of the width of the particle size distribution of the ion exchangers according to the invention
(0 (90) gibt den Durchmesser an, der von 90 % der Teilchen unterschritten wird. In entsprechender Weise unterschreiten 10 % der Teilchen den Durchmesser des 10 %-Wertes (0 (10). Monodisperse Teilchengrößen Verteilungen im Sinne der Erfindung bedeuten (0 (9O)/0 (10)< 1,50, vorzugsweise (0 (9O)/0 (10)< 1,25, ganz besonders bevorzugt (0 (9O)/0 (10)< 1,20.(0 (90) indicates the diameter which is below 90% of the particles. In a corresponding manner, 10% of the particles fall below the diameter of the 10% value (0 (10). Monodisperse particle sizes mean distributions in the sense of the invention (0 (9O) / 0 (10) <1.50, preferably (0 (9O) / 0 (10) <1.25, very particularly preferably (0 (9O) / 0 (10) <1.20.
Monodisperse Ionenaustauscher können durch Funktionalisieren von monodispersen Perlpolymerisaten erhalten werden. Eine Möglichkeit, monodisperse Perlpolymerisate herzustellen besteht darin, durch spezielle Verdüsungstechniken monodisperse Monomertröpfchen zu erzeugen und diese durch Polymerisation auszuhärten. Die Ausbildung einer einheitlichen Tröpfchengröße kann durch Schwingungsanregung erfolgen, wie sie beispielsweise in EP-A 0 051 210 beschrieben wird. Soll der Monodispersitätsgrad der Monomertröpfchen bei der Polymerisation erhalten bleiben, muss die Agglomeration und Koaleszenz sowie die Neubildung von Tröpfchen sicher verhindert werden. Eine besonders wirkungsvolle Methode zur Verhinderung von Agglomeration und Koaleszenz sowie von Tröpfchenneubildung ist die Mikroverkapselung gemäß EP-A 0 046 535.Monodisperse ion exchangers can be obtained by functionalizing monodisperse bead polymers. One way of producing monodisperse bead polymers is to produce monodisperse monomer droplets by means of special atomization techniques and to harden them by polymerization. A uniform droplet size can be formed by vibration excitation, as described for example in EP-A 0 051 210. If the degree of monodispersity of the monomer droplets is to be maintained during the polymerization, the agglomeration and coalescence as well as the new formation of droplets must be prevented. Microencapsulation according to EP-A 0 046 535 is a particularly effective method for preventing agglomeration and coalescence as well as new droplet formation.
Zur Herstellung von monodispersen Ionenaustauschern mit chelatisierenden funktioneilen Gruppen (im folgenden „monodisperse Chelatharze" genannt) sind verschiedene Wege bekannt. In US-A 4 444 961 ist ein Verfahren zur Herstellung monodisperser, makroporöser Chelatharz beschrieben. Hierbei werden haloalkylierte Polymere aminiert und das aminierte Polymer mit Chloressigsäure zu Chelatharzen vom Iminodiessigsäuretyp umgesetzt. Ein alternativer Verfahrensweg beschreibt die Funktionalisierung über eine Pht alimidstufe, welche in EP-A 1 078 690 für ein monodisperses Chelatharz beschrieben ist. Sowohl der Inhalt der US-A 4 444 961 als auch der Inhalt der EP-A 1 078 690 werden von der vorliegenden Beschreibung mit umfasst.Various methods are known for producing monodisperse ion exchangers with chelating functional groups (hereinafter referred to as “monodisperse chelate resins”). US Pat. No. 4,444,961 describes a process for producing monodisperse, macroporous chelate resin. Haloalkylated polymers are aminated and the aminated polymer is amine An alternative method describes the functionalization via a phthalimide stage, which is described in EP-A 1 078 690 for a monodisperse chelate resin, both the content of US Pat. No. 4,444,961 and the content of the EP -A 1 078 690 are also included in the present description.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung und somit Lösung der Aufgabe ist ein Verfahren zur Reinigung von Schwefelsäuren, bevorzugt von schwefelsauren metallhaltigen Lösungen, besonders bevorzugt von schwefelsauren Kupferelektrolyten, dadurch gekennzeichnet, dass man Metalle, besonders bevorzugt Metalle die als Anionen oder Kationen vorliegen können, besonders bevorzugt Metalle, die in der Oxidationsstufe +HI vorliegen können, mit monodispersen Ionenaustauschern mit chelatisierenden, funktioneilen Gruppen, bevorzugt vom Aminomethyl- phosphonsäuretyp oder deren Funktionalisierung über die Phthalimidstufe erfolgt, behandelt.
Erfindungsgemäß können auf diese Weise verunreinigte Schwefelsäuren, wie sie bei industriellen Produktionsprozessen anfallen, bevorzugt metallhaltige Schwefelsäuren, besonders bevorzugt schwefelsaure Kupferelektrolyten die neben Kupfer weitere Metalle wie beispielsweise Eisen, Antimon oder Wismut enthalten, aufgearbeitet und den industriellen Produktionsprozessen wieder zugeführt werden.The present invention and thus the solution to the problem is a process for the purification of sulfuric acids, preferably sulfuric acidic metal-containing solutions, particularly preferably sulfuric acidic copper electrolytes, characterized in that metals, particularly preferably metals which may be present as anions or cations, particularly preferably metals , which may be in the oxidation state + HI, treated with monodisperse ion exchangers with chelating, functional groups, preferably of the aminomethylphosphonic acid type or their functionalization via the phthalimide stage. According to the invention, contaminated sulfuric acids such as those obtained in industrial production processes, preferably metal-containing sulfuric acids, particularly preferably sulfuric acid copper electrolytes which, in addition to copper, contain other metals such as iron, antimony or bismuth, can be worked up and returned to the industrial production processes.
Im Falle der Kupfergewinnung kommen verschiedene Möglichkeiten für die Herstellung einer metallhaltigen Schwefelsäure in Frage. Einerseits wird kupferhaltiges gemahlenes Erz mit Schwefelsäure extrahiert und anschließend der pH-Wert durch Zusatz von Alkalien erhöht. Aus dieser Erz-Schwefelsäure-AnscMämmung werden mit Hilfe von einem oder mehreren Extraktionsmitteln Kupfer und andere Metalle extrahiert. Die Extraktionsmittelphase wird abgetrennt, und die Metalle durch Zusatz von Schwefelsäure m die Schwefelsäurephase reextrahiert. Diese Schwefelsäure wird dann als metallhaltige Schwefelsäure im erfmdungsgemäßen Verfahren eingesetzt.In the case of copper extraction, there are various options for the production of a metal-containing sulfuric acid. On the one hand, copper-containing ground ore is extracted with sulfuric acid and then the pH is increased by adding alkalis. Copper and other metals are extracted from this ore-sulfuric acid mixture using one or more extractants. The extractant phase is separated off and the metals are re-extracted by adding sulfuric acid to the sulfuric acid phase. This sulfuric acid is then used as metal-containing sulfuric acid in the process according to the invention.
Bei der Herstellung von Schwefelsäure nach dieser Methode für das erfindungsgemäße Reinigungsverfahren können aber auch Extraktionsmittel oder Mischungen aus Schwefelsäure mit mehreren Extraktionsmitteln eingesetzt werden. Als Extraktionsmittel eignen sich Stoffe, die in Gegenwart von Schwefelsäure eine oder mehrere weitere Phasen ausbilden und bevorzugt ein Metall, im Falle der Kupfergewinnung das Kupfer, in ionischer oder komplexgebundener Form lösen. Bevorzugte Extraktionsmittel sind aliphatische oder aromatische oder gemischte aliphatische und aromatische organische Verbindungen mit funktioneilen Gruppen. Bevorzugte funktioneile Gruppen sind z.B. Phosphat (z.B. in Trialkylphosphat), Aldoxim, Ketoxim, Alkohol, Keton, ß-Diketon, Ester und Sulfonamid.However, extractants or mixtures of sulfuric acid with several extractants can also be used in the production of sulfuric acid by this method for the cleaning process according to the invention. Suitable extractants are substances which form one or more further phases in the presence of sulfuric acid and preferably dissolve a metal, in the case of copper extraction, the copper, in ionic or complex-bound form. Preferred extraction agents are aliphatic or aromatic or mixed aliphatic and aromatic organic compounds with functional groups. Preferred functional groups are e.g. Phosphate (e.g. in trialkyl phosphate), aldoxime, ketoxime, alcohol, ketone, ß-diketone, ester and sulfonamide.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform wird elementares Kupfer mit Verunreinigungen von Metallen, welche in der Oxidationsstufe +DI auftreten können, in Gegenwart von Schwefelsäure durch anodische Oxidation im elektrischen Feld in Lösung gebracht. Auch derartigeIn a further alternative embodiment, elemental copper with impurities in metals, which can occur in the oxidation state + DI, is brought into solution in the presence of sulfuric acid by anodic oxidation in an electrical field. Even such
Schwefelsäure kann als bestimmungsgemäße metallhaltige Schwefelsäure im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden.Sulfuric acid can be used as the intended metal-containing sulfuric acid in the process according to the invention.
Die Konzentration dieser Schwefelsäuren kann in weiten Bereichen variieren. Die für das erfindungsgemäße Verfahren bevorzugte Schwefelsäurekonzentration beträgt 50-500 g/1, besonders bevorzugt 75-400 g/1, insbesondere bevorzugt 125-275 g/1.The concentration of these sulfuric acids can vary within a wide range. The preferred sulfuric acid concentration for the process according to the invention is 50-500 g / 1, particularly preferably 75-400 g / 1, particularly preferably 125-275 g / 1.
Die Metallmengen in der erfindungsgemäß einzusetzenden Schwefelsäure, insbesondere die Kupfermenge und die Mengen an anderen Metallen können in weiten Bereichen schwanken und sind von der Qualität des Erzes sowie des Extraktionsverfahrens abhängig. Im Falle der
Kupfergewinnung beträgt die bevorzugte Kupferkonzentration in der Schwefelsäure 5-100 g/1, besonders bevorzugt 20-50 g/1, besonders bevorzugt 25-35 g/1.The amounts of metal in the sulfuric acid to be used according to the invention, in particular the amount of copper and the amounts of other metals, can vary within wide ranges and are dependent on the quality of the ore and the extraction process. In case of The preferred copper concentration in sulfuric acid is 5-100 g / 1, particularly preferably 20-50 g / 1, particularly preferably 25-35 g / 1.
Im erfindungsgemäßen Verfahren werden bevorzugt Metalle, welche in der Oxidationsstufe +IT1 vorliegen können, aus den Schwefelsäuren entfernt. Bevorzugte Metalle sind eines oder mehrere Metalle der G ppe Antimon, Wismut, Arsen, Kobalt, Nickel, Molybdän oder Eisen. Besonders bevorzugte Metalle sind eines oder mehrere Metalle der Gruppe Antimon, Wismut oder Molybdän insbesondere bevorzugt Antimon oder Wismut. Die bevorzugte Antimonkonzentration beträgt 0- 5 g/1, besonders bevorzugt 0-2 g/1, insbesondere bevorzugt 0,1-1 g/1. Die bevorzugte Wismutkonzentration beträgt 0-5 g/1, besonders bevorzugt 0-2 g/1, insbesondere bevorzugt 0,1- 1 g/1.In the process according to the invention, metals which may be present in the + IT1 oxidation state are preferably removed from the sulfuric acids. Preferred metals are one or more metals of antimony, bismuth, arsenic, cobalt, nickel, molybdenum or iron. Particularly preferred metals are one or more metals from the group of antimony, bismuth or molybdenum, particularly preferably antimony or bismuth. The preferred antimony concentration is 0-5 g / 1, particularly preferably 0-2 g / 1, particularly preferably 0.1-1 g / 1. The preferred bismuth concentration is 0-5 g / 1, particularly preferably 0-2 g / 1, particularly preferably 0.1-1 g / 1.
Das erfindungsgemäße Verfahren- kann kontinuierlich oder diskontinuierlich durchgeführt werden. Bevorzugt sind kontinuierliche Verfahren. Hierbei wird das Harz in einer mit Löchböden versehenden Säule betrieben. Hierbei ist die Geschwindigkeit der zu reinigenden Schwefelsäure durch die Säule in einer Weise zu wählen, dass ein hoher Volumenstrom die Säule passiert, jedoch keine erhöhten Konzentrationen der zu entfernenden Metalle durchtreten. Die bevorzugte Durchströmungsgeschwindigkeit beträgt das 5-30fache des Ionenaustauscherschüttvolumens pro Stunde (diese Größe wird im folgenden als Bettvolumen pro Stunde (BV/h) bezeichnet), besonders bevorzugt 10-20 BV h.The process according to the invention can be carried out continuously or batchwise. Continuous processes are preferred. The resin is operated in a column with perforated bottoms. The speed of the sulfuric acid to be purified through the column must be selected in such a way that a high volume flow passes through the column, but no increased concentrations of the metals to be removed pass through. The preferred flow rate is 5-30 times the ion exchange bulk volume per hour (this size is referred to below as bed volume per hour (BV / h)), particularly preferably 10-20 BV h.
Durch den erfindungsgemäßen Betrieb des Ionenaustauscherharzes reichern sich die zu entfernenden Metalle im Ionenaustauscherharz an. Diese können durch Einstellen vonThrough the operation of the ion exchange resin according to the invention, the metals to be removed accumulate in the ion exchange resin. This can be done by setting
Bedingungen, bei denen die chemische Affinität der Metalle zum Ionenaustauscherharz gesenkt wird, eluiert werden. Eine wirksame Methode zum Eluieren von Ionenaustauschern ist die Behandlung mit Mineralsäuren oder organischen Säuren, bevorzugt in einer Konzentration von 0,1-10 eq/1. Die Elution erfolgt üblicherweise mit 1-10 Bettvolumen (BV), bevorzugt mit 2-5 BV. Bevorzugte Mineralsäuren sind Salzsäure oder Schwefelsäure, bevorzugte organische Säuren sindConditions in which the chemical affinity of the metals for the ion exchange resin is reduced are eluted. An effective method for eluting ion exchangers is treatment with mineral acids or organic acids, preferably in a concentration of 0.1-10 eq / 1. The elution is usually carried out with 1-10 bed volumes (BV), preferably with 2-5 BV. Preferred mineral acids are hydrochloric acid or sulfuric acid, preferred organic acids are
Essigsäure, Ameisensäure oder Weinsäure. Bei der Elution können auch organische Salze (z.B. Tartrate) oder anorganische Salze (z.B. Natriumchlorid) anwesend sein.Acetic acid, formic acid or tartaric acid. Organic salts (e.g. tartrates) or inorganic salts (e.g. sodium chloride) can also be present during the elution.
Die mittels des monodispersen Chelataustauschers gereinigte Schwefelsäure kann schließlich zur Erzeugung von elementarem Kupfer durch Reduktion an der Kathode direkt in galvanischen Prozessen eingesetzt werden.The sulfuric acid purified by means of the monodisperse chelate exchanger can finally be used directly in galvanic processes for the production of elemental copper by reduction at the cathode.
Für die erfindungsgemäß einzusetzenden monodispersen Chelataustauscher kommen als funktionelle Gruppen alle chelatbildenden funktioneilen Gruppen in Frage. Bevorzugt sind funlctionelle Gruppen des Typs
-(CH^NF^R 2All chelating functional groups are suitable as functional groups for the monodisperse chelate exchangers to be used according to the invention. Functional groups of the type are preferred - (CH ^ NF ^ R 2
worinwherein
Ri für Wasserstoff oder einen Rest CH2-COOH oder CH2-P(0)(OH)2 steht undRi represents hydrogen or a radical CH 2 -COOH or CH 2 -P (0) (OH) 2 and
R2 für einen Rest CH2-COOH oder CH2-P(0)(OH)2 steht und n für eine ganze Zahl zwischen 1 und 4 steht.R 2 stands for a radical CH 2 -COOH or CH 2 -P (0) (OH) 2 and n stands for an integer between 1 and 4.
Besonders bevorzugt sind funktionelle Gruppen des Typs -(CH )n-NRι R2 worinFunctional groups of the type - (CH) n -NR 1 R 2 are particularly preferred
Ri für Wasserstoff oder den Rest CH P(0)(OH)2 steht,Ri represents hydrogen or the radical CH P (0) (OH) 2 ,
R2 für CH P(0)(OH)2 und n für 1, 2, 3 oder 4 steht.R 2 is CH P (0) (OH) 2 and n is 1, 2, 3 or 4.
Gleichermaßen bevorzugt sind alle anionischen Formen oder Salze von Metallen der Oxidationsstufe +1 und +π, die sich durch Abstrahieren oder Substituieren des aciden Wasserstoffes der funktioneilen Gruppe bilden.Equally preferred are all anionic forms or salts of metals of the oxidation state +1 and + π, which are formed by abstracting or substituting the acidic hydrogen of the functional group.
Als Polymerbasis der erfindungsgemäß einzusetzenden monodispersen Chelataustauscher sind verschiedene Grundkörper bekannt. Üblich sind Ionenaustauscher auf Basis vemetzter vinylaromatischer Polymere sowie auf Basis von Kondensationsprodukten aus Hydroxyaromaten und Formaldehyd. Es sind aber auch Ionenaustauscher auf Basis von aliphatischen Polyaminen, Polyestem oder Naturstoffen, wie z.B. Zellulose oder Holz; bekannt. Erfindungsgemäß bevorzugt sind monodisperse Chelataustauscher auf der Basis vemetzter vinylaromatischer Polymere.Various base bodies are known as the polymer base of the monodisperse chelate exchangers to be used according to the invention. Ion exchangers based on crosslinked vinylaromatic polymers and on the basis of condensation products of hydroxyaromatics and formaldehyde are customary. However, they are also ion exchangers based on aliphatic polyamines, polyesters or natural products, such as Cellulose or wood; known. Monodisperse chelate exchangers based on crosslinked vinylaromatic polymers are preferred according to the invention.
Das monodisperse, vernetzte, vinylaromatische Grundpolymerisat kann nach den aus der Literatur bekannten Verfahren hergestellt werden. Beispielsweise werden solche Verfahren in US-A 4 444 961, EP-A 0 046 535, US-A 4419 245, WO 93/12 167 beschrieben.The monodisperse, crosslinked, vinyl aromatic base polymer can be prepared by the processes known from the literature. For example, such processes are described in US Pat. No. 4,444,961, EP-A 0 046 535, US-A 4419 245, WO 93/12 167.
Als Copolymer im Sinne der vorliegenden Erfindung kommt beispielsweise ein Copolymer mit einer monovinylaromatischen Verbindung und einer polyvinylaromatischen Verbindung in Frage.A copolymer with a monovinylaromatic compound and a polyvinylaromatic compound is suitable as a copolymer in the sense of the present invention.
Als monovinylaromatische Verbindungen im Sinne der vorliegenden Erfindung werden bevorzugt monoethylenisch ungesättigte Verbindungen wie beispielsweise Styrol, Vinyltoluol, Efhylstyrol, α-Methylstyrol, Chlorstyrol, Chlormethylstyrol, Acrlysäurealkylester und Methacrylsäure- alkylester eingesetzt.Mono-vinyl aromatic compounds for the purposes of the present invention are preferably monoethylenically unsaturated compounds such as, for example, styrene, vinyl toluene, ethyl styrene, α-methyl styrene, chlorostyrene, chloromethyl styrene, alkyl acrylate and alkyl methacrylate.
Besonders bevorzugt wird Styrol oder Mischungen aus Styrol mit den vorgenannten Monomeren eingesetzt.
Bevorzugte polyvinylaromatische Verbindungen im Sinne der vorliegenden Erfindung sind multifunktionelle ethylenisch ungesättigte Verbindungen wie beispielsweise Divinylbenzol, Divinyltoluol, Trivinylbenzol, Divinylnaphtalin, Trivinylnaphtalin, 1,7-Octadien, 1,5-Hexadien, Ethylenglycoldimethacrylat, Trimethylolpropantrimethacrylat oder Allylmethacrylat.Styrene or mixtures of styrene with the aforementioned monomers are particularly preferably used. Preferred polyvinylaromatic compounds for the purposes of the present invention are multifunctional ethylenically unsaturated compounds such as, for example, divinylbenzene, divinyltoluene, trivinylbenzene, divinylnaphtalin, trivinylnaphtalin, 1,7-octadiene, 1,5-hexadiene, ethylene glycol dimethacrylate, trimethylolpropane trimethacrylate or allyl methacrylate.
Die polyvinylaromatischen Verbindungen werden im Allgemeinen in Mengen von 1-20 Gew.-%, vorzugsweise 2-12 Gew.-%, besonders bevorzugt 4-10 Gew.-%, bezogen auf das Monomer oder dessen Mischung mit weiteren Monomeren eingesetzt. Die Art der polyvinylaromatischen Verbindungen (Vemetzer) wird im Hinblick auf die spätere Verwendung des kugelförmigen Polymerisats ausgewählt. Divinylbenzol ist in vielen Fällen geeignet. Für die meisten Anwendungen sind kommerzielle Divinylbenzolqualitäten, die neben den Isomeren desThe polyvinyl aromatic compounds are generally used in amounts of 1-20% by weight, preferably 2-12% by weight, particularly preferably 4-10% by weight, based on the monomer or its mixture with further monomers. The type of polyvinyl aromatic compounds (crosslinkers) is selected with a view to the later use of the spherical polymer. Divinylbenzene is suitable in many cases. For most applications, commercial divinylbenzene grades, which are in addition to the isomers of
Divinylbenzols auch Ethylvinylbenzol enthalten, ausreichend. In einer bevorzugten Herstellungsvariante für erfindungsgemäß einzusetzende monodisperse Chelataustauscher kommen als Perlpolymerisate mikroverkapselte Monomertröpfchen zum Einsatz. Für die Mikroverkapselung der Monomertröpfchen kommen die für den Einsatz als Komplexkoazervate bekannten Materialien in Frage, insbesondere Polyester, natürliche und synthetische Polyamide, Polyurethane, Polyharnstoffe.Divinylbenzene also contain ethylvinylbenzene, sufficient. In a preferred production variant for monodisperse chelate exchangers to be used according to the invention, microencapsulated monomer droplets are used as bead polymers. For the microencapsulation of the monomer droplets, the materials known for use as complex coacervates come into question, in particular polyesters, natural and synthetic polyamides, polyurethanes, polyureas.
Als natürliches Polyamid ist beispielsweise Gelatine besonders gut geeignet. Diese kommt insbesondere als Koazervat und Komplexkoazervat zur Anwendung. Unter gelatinehaltigen Komplexkoazervaten im Sinne der Erfindung werden vor allem Kombinationen von Gelatine mit synthetischen Polyelektrolyten verstanden. Geeignete synthetische Polyelektrolyte sindGelatin, for example, is particularly suitable as a natural polyamide. This is used in particular as a coacervate and complex coacervate. For the purposes of the invention, gelatin-containing complex coacervates are understood to mean, above all, combinations of gelatin with synthetic polyelectrolytes. Suitable synthetic polyelectrolytes are
Copolymerisate mit eingebauten Einheiten von beispielsweise Maleinsäure, Acrylsäure, Methacrylsäure, Acrylamid und Methacrylamid. Besonders bevorzugt werden Acrylsäure und Acrylamid eingesetzt. Gelatinehaltige Kapseln können mit üblichen Härtungsmitteln wie beispielsweise Formaldehyd oder Glutardialdehyd gehärtet werden. Die Verkapselung von Monomertröpfchen mit Gelatine, gelatinehaltigen Koazervaten und gelatinehaltigen Komplexkoazervaten wird in der EP-A 0 046 535 eingehend beschrieben. Die Methoden der Verkapselung mit synthetischen Polymeren sind bekannt. Gut geeignet ist beispielsweise die Phasengrenzflächenkondensation, bei der eine im Monomertröpfchen gelöste Reaktivkomponente (beispielsweise ein Isocyanat oder ein Säurechlorid) mit einer zweiten, in der wässrigen Phase gelösten Reaktivkomponente (beispielsweise einem Amin), zur Reaktion gebracht wird.Copolymers with built-in units of, for example, maleic acid, acrylic acid, methacrylic acid, acrylamide and methacrylamide. Acrylic acid and acrylamide are particularly preferably used. Capsules containing gelatin can be hardened with conventional hardening agents such as, for example, formaldehyde or glutardialdehyde. The encapsulation of monomer droplets with gelatin, gelatin-containing coacervates and gelatin-containing complex coacervates is described in detail in EP-A 0 046 535. The methods of encapsulation with synthetic polymers are known. Phase interface condensation, for example, is particularly suitable, in which a reactive component (for example an isocyanate or an acid chloride) dissolved in the monomer droplet is reacted with a second reactive component (for example an amine) dissolved in the aqueous phase.
Die gegebenenfalls mikroverkapselten Monomertröpfchen enthalten gegebenenfalls einen Initiator oder Mischungen von Initiatoren zur Auslösung der Polymerisation. Für die Herstellung des erfmdungsgemäß einzusetzenden Chelataustauscher werden dabei zur Herstellung der Perlpolymerisate bevorzugt Initiatoren, beispielsweise Peroxyverbindungen wie Dibenzoylperoxid,
Dilaurylperoxid, Bis (p-chlorbenzoylperoxid), Dicyclohexylperoxydicarbonat, tert.-Butylperoctoat, tert.-Butylperoxy-2-ethyl-hexanoat, 2,5-Bis(2-ethylhexanoylperoxy)-2,5-dimethylhexan oder tert- Amylperoxy-2-etylhexan, sowie Azoverbindungen wie 252'-Azo-bis(isobutyronitril) oder 2,2'- Azobis(2-methylisobutyronitril) eingesetzt.The optionally microencapsulated monomer droplets optionally contain an initiator or mixtures of initiators to initiate the polymerization. For the preparation of the chelate exchanger to be used according to the invention, initiators, for example peroxy compounds such as dibenzoyl peroxide, are preferably used for the preparation of the bead polymers. Dilauryl peroxide, bis (p-chlorobenzoyl peroxide), dicyclohexyl peroxydicarbonate, tert-butyl peroctoate, tert-butyl peroxy-2-ethyl-hexanoate, 2,5-bis (2-ethylhexanoyl peroxy) -2,5-dimethylhexane or tert-amylperoxy-2- ethylhexane, and azo compounds such as 2 5 2'-azo-bis (isobutyronitrile) or 2,2'-azobis (2-methylisobutyronitrile) are used.
Die Initiatoren werden im allgemeinen in Mengen von 0,05 bis 2,5 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bisThe initiators are generally used in amounts of 0.05 to 2.5% by weight, preferably 0.1 to
1,5 Gew.-%, bezogen auf die Monomeren-Mischung, angewendet.1.5 wt .-%, based on the monomer mixture, applied.
Als weitere Zusätze in den gegebenenfalls mikroverkapselten Monomertröpfchen können gegebenenfalls Porogene verwendet werden, um kugelförmigen Perlpolymerisate (Edukt für die Herstellung des monodispersen Chelataustauschers) mit makroporöser Struktur zu erzeugen. Hierfür sind organische Lösungsmittel geeignet, die das entstandene Perlpolymerisat schlecht lösen bzw. quellen. Beispielhaft seien Hexan,- Octan, -Isooctan, Isododecan, Methylethylketon, Bufanol oder Octanol und deren Isomeren genannt.Porogens can optionally be used as further additives in the optionally microencapsulated monomer droplets in order to produce spherical bead polymers (starting material for the production of the monodisperse chelate exchanger) with a macroporous structure. Organic solvents that dissolve or swell the resulting bead polymer are poorly suited for this. Examples include hexane, octane, isooctane, isododecane, methyl ethyl ketone, bufanol or octanol and their isomers.
Die Begriffe mikroporös oder gelförmig bzw. makroporös sind in der Fachliteratur bereits eingehend beschrieben worden.The terms microporous or gel-like or macroporous have already been described in detail in the specialist literature.
Das gegebenenfalls mikroverkapselte Monomertröpfchen kann gegebenenfalls auch bis zuThe optionally microencapsulated monomer droplet can optionally be up to
30 Gew.-% (bezogen auf das Monomer) vernetztes oder unvemetztes Polymer enthalten. Bevorzugte Polymere leiten sich aus den vorgenannten Monomeren, besonders bevorzugt von Styrol, ab.Contain 30% by weight (based on the monomer) of crosslinked or uncrosslinked polymer. Preferred polymers are derived from the aforementioned monomers, particularly preferably from styrene.
Die mittlere Teilchengröße der für die Herstellung des Perlpolymerisats (Edukt für die Herstellung der monodispersen Chelataustauscher) notwendigen gegebenenfalls verkapseltenThe average particle size of the capsules necessary for the preparation of the bead polymer (starting material for the production of the monodisperse chelate exchangers), if appropriate, encapsulated
Monomertröpfchen beträgt 10-1000 μm, vorzugsweise 100-1000 μm.Monomer droplet is 10-1000 μm, preferably 100-1000 μm.
Die Funktionalisierung der Perlpolymerisate zum gewünschten, erfindungsgemäß einzusetzenden monodispersen Chelataustauscher kann über Haloalkylierung des vernetzten Polymers und anschließende Überführung in die gewünschte funktionelle Gruppe erfolgen. Die Methoden zur Haloalkylierung der Polymere sind aus US-A 4 444 961 bekannt. Ein bevorzugtesThe bead polymers can be functionalized to the desired monodisperse chelate exchanger to be used according to the invention by haloalkylation of the crosslinked polymer and subsequent conversion into the desired functional group. The methods for haloalkylating the polymers are known from US Pat. No. 4,444,961. A favorite
Haloalkylierungsmittel ist Chlormethylmethylether.Haloalkylating agent is chloromethyl methyl ether.
Der Chlormethylmethylether kann in ungereinigter Form eingesetzt werden, wobei er als Nebenkomponenten beispielsweise Mefhylal oder Methanol enthalten kann. Die Chlormethylierungsreaktion wird durch Zugabe von Lewissäuren katalysiert. Geeignete Katalysatoren sind z.B. Eisen(HI)chlorid, Zinkchlorid, Zinn(rV)chlorid oder Aluminiumchlorid.The chloromethyl methyl ether can be used in unpurified form, it may contain, for example, mefhylal or methanol as secondary components. The chloromethylation reaction is catalyzed by the addition of Lewis acids. Suitable catalysts are e.g. Iron (HI) chloride, zinc chloride, tin (rV) chloride or aluminum chloride.
Die allgemeine Herstellung von heterodispersen Ionenaustauscherharzen mit chelatisierenden Gruppen wird z.B. US-A 2 888 441 beschrieben, ist aber auf monodisperse Ionenaustauscher
übertragbar. Hierbei wird das haloalkylierte Perlpolymerisat a iniert und das aminierte Perlpolymerisat mit geeigneten carboxylhaltigen Verbindungen, z.B. Chloressigsäure, umgesetzt. Es ist aber auch möglich, das haloalkylierte Perlpolymerisat direkt mit geeigneten Aminosäuren wie z.B. Aminodiessigsäure, Glycin, 2-Picolylamin oder N-Methyl-2-picolylamin zur Reaktion zu bringen.The general production of heterodisperse ion exchange resins with chelating groups is described, for example, in US Pat. No. 2,888,441, but is based on monodisperse ion exchangers transferable. Here, the haloalkylated bead polymer is initiated and the aminated bead polymer is reacted with suitable carboxyl-containing compounds, for example chloroacetic acid. However, it is also possible to react the haloalkylated bead polymer directly with suitable amino acids such as, for example, aminodiacetic acid, glycine, 2-picolylamine or N-methyl-2-picolylamine.
In einer bevorzugten Form erfolgt die Funktionalisierung des Perlpolymerisats zum gewünschten monodispersen Chelataustauscher über die direkte Aminierung. Hierfür wird zunächst das Amidomethylierungsreagens hergestellt. Dazu wird beispielsweise Phthalimid oder ein Phthahmidderivat in einem Lösungsmittel gelöst und mit Formaldehyd oder Paraformaldehyd versetzt. Anschließend wird unter Wasserabspaltung hieraus ein Bis(Phthalimido)ether gebildet.In a preferred form, the bead polymer is functionalized to the desired monodisperse chelate exchanger via direct amination. The amidomethylation reagent is first prepared for this. For this purpose, for example, phthalimide or a phthahmid derivative is dissolved in a solvent and mixed with formaldehyde or paraformaldehyde. A bis (phthalimido) ether is then formed from this with elimination of water.
Anschließend wird das Perlpolymerisat mit Phthalimidderivaten kondensiert. Als Katalysator wird hierbei Oleum, Schwefelsäure oder Schwefeltrioxid eingesetzt.The bead polymer is then condensed with phthalimide derivatives. Oleum, sulfuric acid or sulfur trioxide is used as the catalyst.
Die Abspaltung des Phthalsäureesters und damit die Freilegung der Aminomethylgruppe erfolgt durch Behandlung des phthalimidomethylierten vernetzten Perlpolymerisates mit wässrigen oder alkoholischen Lösungen eines Alkalihydroxids, wie Natriumhyroxid oder Kaliumhydroxid beiThe phthalic acid ester is split off and the aminomethyl group is thus exposed by treating the phthalimidomethylated crosslinked bead polymer with aqueous or alcoholic solutions of an alkali metal hydroxide, such as sodium hydroxide or potassium hydroxide
Temperaturen zwischen 100 und 250°C, vorzugsweise 120-190°C. Die Konzentration der Natronlauge liegt im Bereich von 10 bis 50 Gew.-%; vorzugsweise 20 bis 40 Gew.-%. Dieses Verfahren ermöglicht die Herstellung aminoallqdgmppenhaltiger vemetzter Perlpolymerisate mit einer Substitution der aromatischen Kerne größer 1.Temperatures between 100 and 250 ° C, preferably 120-190 ° C. The concentration of the sodium hydroxide solution is in the range from 10 to 50% by weight ; preferably 20 to 40% by weight. This process enables the production of crosslinked bead polymers containing aminoall units, with a substitution of the aromatic nuclei greater than 1.
Nachfolgend erfolgt die Herstellung der erfmdungsgemäß einzusetztenden Ionenaustauscher durchThe ion exchangers to be used according to the invention are subsequently produced by
Umsetzung des animierten monodispersen, vernetzten, vinylaromatischen Grundpolymerisates in Suspension mit Verbindungen, die schließlich als funktionelles Ainin chelatisierende Eigenschaften entwickeln.Implementation of the animated monodisperse, cross-linked, vinyl aromatic base polymer in suspension with compounds that eventually develop chelating properties as functional Ainin.
Als bevorzugte Reagenzien werden Chloressigsäure und ihre Derivate, Formaldehyd in Kombination mit P-H aciden (nach modifizierter Marmich Reaktion) Verbindungen wie phosphorige Säure, Monoalkylphosphorigsäureester oder Dialkylphosphorigsäureester eingesetzt.The preferred reagents used are chloroacetic acid and its derivatives, formaldehyde in combination with P-H acidic (after modified Marmich reaction) compounds such as phosphorous acid, monoalkylphosphoric acid ester or dialkylphosphoric acid ester.
Besonders bevorzugt werden Chloressigsäure oder Formaldehyd in Kombination mit P-H aciden Verbindungen wie phosphorige Säure eingesetzt.Chloroacetic acid or formaldehyde are particularly preferably used in combination with P-H acidic compounds such as phosphorous acid.
Die erfindungsgemäß einzusetzenden monodispersen Chelataustauscher weisen bevorzugt eine makroporöse Struktur auf.
BeispieleThe monodisperse chelate exchangers to be used according to the invention preferably have a macroporous structure. Examples
Beispiel 1example 1
la) Herstellung des monodispersen, makroporösen Perlpolymerisates auf der Basis von Styrol , Divinylbenzol und Ethylstyrolla) Preparation of the monodisperse, macroporous bead polymer based on styrene, divinylbenzene and ethylstyrene
In einem 10 1 Glasreaktor werden 3000 g vollentsalztes Wasser vorgelegt und eine Lösung aus 10 g3000 g of fully demineralized water are placed in a 10 1 glass reactor and a solution of 10 g
Gelatine, 16 g di-Natriumhydrogenphosphatdodekahydrat und 0,73 g Resorcin in 320 g entionisiertem Wasser hinzugefüllt und durchmischt. Die Mischung wird auf 25 °C temperiert. Unter Rühren wird anschließend eine Mischung aus 3200 g von mikroverkapselten Monomertröpfchen mit enger Teilchengrössenverteilung aus 3,6 Gew.-% Divinylbenzol und 0,9 Gew.-% Ethylstyrol (eingesetzt als handelsübliches Isomerengemisch aus Divinylbenzol undGelatin, 16 g of di-sodium hydrogen phosphate dodecahydrate and 0.73 g of resorcinol in 320 g of deionized water are added and mixed. The mixture is heated to 25 ° C. A mixture of 3200 g of microencapsulated monomer droplets with a narrow particle size distribution of 3.6% by weight of divinylbenzene and 0.9% by weight of ethylstyrene (used as a commercially available mixture of isomers of divinylbenzene and
Ethylstyi-ol roit 80 %. Divinylbenzol), 0,5 Gew.-% Dibenzoylperoxid, 56,2 Gew.-% Styrol und 38,8 Gew.-% Isododekan (technisches Isomerengemisch mit hohem Anteil an Pentamethylheptan) gegeben, wobei die Mikrokapsel aus einem mit Formaldehyd gehärteten Komplexkoazervat'aus Gelatine und einem Copolymer aus Acrylamid und Acrylsäure besteht, und 3200 g wässriger Phase mit einem pH-Wert von 12 zugesetzt. Die mittlere Teilchengröße der Monomertröpfchen beträgt 460 μm.Ethylstyi-ol roit 80%. Divinylbenzene), 0.5 wt .-% of dibenzoyl peroxide, 56.2 wt .-% styrene and 38.8 wt .-% isododecane (technical isomeric mixture given with a high proportion of pentamethylheptane), the microcapsule of a formaldehyde-cured complex ' consists of gelatin and a copolymer of acrylamide and acrylic acid, and 3200 g of aqueous phase with a pH of 12 are added. The average particle size of the monomer droplets is 460 μm.
Der Ansatz wird unter Rühren durch Temperaturerhöhung nach einem Temperaturprogramm bei 25°C beginnend und bei 95°C endend auspolymerisiert. Der Ansatz wird abgekühlt, über ein 32 μm-Sieb gewaschen und anschließend im Vakuum bei 80°C getrocknet. Man erhält 1893 g eines kugelförmigen Polymerisates mit einer mittleren Teilchengröße von 440 μm, engerThe batch is polymerized with stirring by increasing the temperature according to a temperature program at 25 ° C. and ending at 95 ° C. The mixture is cooled, washed over a 32 μm sieve and then dried in vacuo at 80 ° C. 1893 g of a spherical polymer having an average particle size of 440 μm, narrower, are obtained
Teilchengrößenverteilung und glatter Oberfläche.Particle size distribution and smooth surface.
Das Polymerisat ist in der Aufsicht kreidig weiß und weist eine Schüttdichte von ca. 370 g/1 auf.The polymer is chalky white when viewed from above and has a bulk density of approx. 370 g / l.
lb) Herstellung des amidomethylierten Perlpolymerisateslb) Preparation of the amidomethylated bead polymer
Bei Raumtemperatur werden 1149 g Dichlorethan, 341 g Phthalimid und 238 g einer 29,8 gew.%igen Formaldehydlösung vorgelegt. Der pH- Wert der Suspension wird mit Natronlauge auf 5,5 bis 6 eingestellt. Anschließend wird das Wasser destillativ entfernt. Dann werden 24,8 g Schwefelsäure zudosiert. Das entstehende Wasser wird destillativ entfernt. Der Ansatz wird abgekühlt. Bei 30°C werden 91 g 65 gew.%iges Oleum und anschließend 424,8 g monodisperses Perlpolymerisat, hergestellt nach Verfahrensschritt la) eindosiert. Die Suspension wird auf 70°C erhitzt und weitere 6 Stunden bei dieser Temperatur gerührt. Die flüssige Phase wird abgezogen, vollentsalztes Wasser wird hinzudosiert und Restmengen an Dichlorethan werden destillativ entfernt.
Ausbeute an amidomethyliertem Perlpolymerisat: 1480 ml1149 g of dichloroethane, 341 g of phthalimide and 238 g of a 29.8% by weight formaldehyde solution are initially introduced at room temperature. The pH of the suspension is adjusted to 5.5 to 6 with sodium hydroxide solution. The water is then removed by distillation. Then 24.8 g of sulfuric acid are added. The resulting water is removed by distillation. The batch is cooled. 91 g of 65% by weight oleum and then 424.8 g of monodisperse bead polymer, prepared by process step la), are metered in at 30 ° C. The suspension is heated to 70 ° C. and stirred at this temperature for a further 6 hours. The liquid phase is drawn off, demineralized water is metered in and residual amounts of dichloroethane are removed by distillation. Yield of amidomethylated bead polymer: 1480 ml
Elementaranalytische Zusammensetzung:Elemental analysis composition:
Kohlenstoff: 80,7 Gew. %;Carbon: 80.7% by weight;
Wasserstoff: 5,6 Gew. %;Hydrogen: 5.6% by weight;
Stickstoff: 3,9 Gew. %;Nitrogen: 3.9% by weight;
Rest: Sauerstoff.Rest: oxygen.
lc) Herstellung des aminomethylierten Perlpolymerisateslc) Preparation of the aminomethylated bead polymer
Zu 1460 ml amidomethyliertem Perlpolymerisat werden 492-~g"5C gew.-%ige Natronlauge und 1006 ml vollentsalztes Wasser bei Raumtemperatur zudosiert. Die Suspension wird auf 180°C erhitzt und 8 Stunden bei dieser Temperatur gerührt.To 1460 ml of amidomethylated polymer beads, 492 ~ g "5C% by weight sodium hydroxide solution and 1006 ml of fully demineralized water are metered in at room temperature. The suspension is heated to 180 ° C. and stirred at this temperature for 8 hours.
Das erhaltene Perlpolymerisat wird mit vollentsalztem Wasser gewaschen.The bead polymer obtained is washed with deionized water.
Als Gesamtausbeute ergibt sich 1399 mlThe total yield is 1399 ml
Elementaranalytische Zusammensetzung: Stickstoff 5,8 Gew. %Elemental analytical composition: nitrogen 5.8% by weight
1 d) Herstellung des Ionenaustauschers mit Aminomethylphosphonsäuregruppen1 d) Preparation of the ion exchanger with aminomethylphosphonic acid groups
540 ml des wasserfeuchten aminomethylierten Perlpolymerisates aus 1 c) werden in einem540 ml of the water-moist aminomethylated bead polymer from 1 c) are in one
Rundkolben vorgelegt und mit 281 ml vollentsalztem Wasser versetzt. Unter Rühren werden 209 g 99 gew.-%iges Dimethylphosphit innerhalb von 15 min zugetropft und anschließend 30 min nachgerührt. Danach werden innerhalb von vier Stunden gleichmäßig 648 g 98 %ige Schwefelsäure zudosiert. Nach dieser Zeit wird auf 100°C aufgeheizt, bei dieser Temperatur innerhalb einer Stunde 291 g einer 29,8 gew.%igen Formaldehydlösung zudosiert und weitere sechs Stunden bei Rückflußtemperatur gerührt.Put the round bottom flask and mixed with 281 ml of completely deionized water. 209 g of 99% strength by weight dimethylphosphite are added dropwise with stirring over the course of 15 minutes and the mixture is then stirred for a further 30 minutes. Then 648 g of 98% sulfuric acid are metered in uniformly within four hours. After this time, the mixture is heated to 100 ° C., 291 g of a 29.8% strength by weight formaldehyde solution are metered in at this temperature and the mixture is stirred at the reflux temperature for a further six hours.
Die Reaktionsmischung wird abgeldihlt, auf ein Sieb gegeben und so lange mit vollentsalztem Wasser gewaschen, bis der Ablauf neutral bleibt. Anschließend wird das Harz in eine Glassäule mit Glasfrittenboden überführt und mit 3 Bettvolumen 4 gew.%iger Natronlauge, welche von oben in die Ionenaustauscherschüttung eingetragen wird, in die Natrium-Form überführt. Danach wird der Ionenaustauscher mit 5 Bettvolumen vollentsalztem Wasser gewaschen. Man erhält 1060 ml eines wasserfeuchten IonenaustauschersThe reaction mixture is cooled, placed on a sieve and washed with deionized water until the process remains neutral. The resin is then transferred to a glass column with a glass frit base and, with 3 bed volumes, 4% by weight sodium hydroxide solution, which is introduced from above into the ion exchange bed, into the sodium form. The ion exchanger is then washed with 5 bed volumes of deionized water. 1060 ml of a water-moist ion exchanger are obtained
Elementaranalytische Zusammensetzung:
Stickstoff: 3,2 Gew.%Elemental analysis composition: Nitrogen: 3.2% by weight
Phosphor: 10,0 Gew.%Phosphorus: 10.0% by weight
Vor dem bestimmungsgemäßen Einsatz wird der Ionenaustauscher erneut in die Glassäule überführt und mit 2 Bettvolumen 10 gew.%iger Schwefelsäure, welche von oben in die lonenaustauscherschüttung eingetragen wird, in die Wasserstoff-Form überführt. Danach wird derBefore the intended use, the ion exchanger is transferred again into the glass column and converted into the hydrogen form with 2 bed volumes of 10% strength by weight sulfuric acid, which is introduced into the ion exchange bed from above. Then the
Ionenaustauscher mit 5 Bettvolumen vollentsalztem Wasser gewaschen und erneut aus der Glassäule ausgetragen.Ion exchanger washed with 5 bed volumes of demineralized water and discharged again from the glass column.
1 e) Herstellen einer beispielhaft zu reinigenden Schwefelsäurezusammensetzung1 e) Preparation of an example sulfuric acid composition to be cleaned
In einem 5-1 Becherglas werden 3 1 vollentsalztes Wasser vorgelegt, 1000 g -98 %ige Schwefel- säure hinzugefügt und unter Rühren 3,28 g Antimon(IH)chlorid und 517,5 g Kupfer(II)sulfat- pentfihydrat gelöst. Anschließend wird. der Ansatz mit vollentsalztem Wasser auf 5000 g aufgefüllt und auf Raumtemperatur abgekühlt.3 l of fully demineralized water are placed in a 5-1 beaker, 1000 g of 98% sulfuric acid are added and 3.28 g of antimony (IH) chloride and 517.5 g of copper (II) sulfate pentifihydrate are dissolved with stirring. Then will. the batch was made up to 5000 g with deionized water and cooled to room temperature.
Man erhält eine bestimmungsgemäße Schwefelsäure mit 30 g/1 Kupfer und 0,4 g/1 Antimon.An intended sulfuric acid with 30 g / 1 copper and 0.4 g / 1 antimony is obtained.
1 f) Erfindungsgemäße Reinigung der Schwefelsäurezusammensetzung aus le)1 f) cleaning of the sulfuric acid composition according to the invention from le)
100 ml des monodispersen Ionenauschers aus 1 d) werden in eine Glassäule mit Glasfrittenboden100 ml of the monodisperse ion exchanger from 1 d) are placed in a glass column with a glass frit bottom
(Innendurchmesser = 22 mm) überführt. Über diese Glassäule wird mit einem Volumenstrom von 500 ml/h die Schwefelsäure aus 1 e) in einer solchen Weise eingetragen, daß über der lonenaustauscherschüttung stets ein kleines Volumen Schwefelsäure von konstanter Menge verbleibt.(Inner diameter = 22 mm) transferred. The sulfuric acid from 1 e) is introduced into this glass column at a volume flow of 500 ml / h in such a way that a small volume of constant amount of sulfuric acid always remains above the ion exchange bed.
Die aus der Glassäule austretende Schwefelsäure wird analysiert und mit der zulaufendenThe sulfuric acid emerging from the glass column is analyzed and with the incoming
Schwefelsäure aus 1 e) verglichen.Comparing sulfuric acid from 1 e).
Zulaufende SchwefelsäureIncoming sulfuric acid
Konzentration Antimon: 0,4 g/1Antimony concentration: 0.4 g / 1
Ablaufende Schwefelsäure nach 10 BVExpiring sulfuric acid after 10 BV
Konzentration Antimon: 0,02 g/1Antimony concentration: 0.02 g / 1
Die Reduktion des Gehalts an Antimon in der zu reinigenden Schwefelsäure mittels eines monodispersen Chelataustauschers ist überraschenderweise deutlich besser als bei Verwendung der oben genannten, aus dem Stand der Technik bekannten heterodispersen Ionenaustauscher.
The reduction of the antimony content in the sulfuric acid to be purified by means of a monodisperse chelate exchanger is surprisingly significantly better than when using the above-mentioned heterodisperse ion exchangers known from the prior art.