SE466849B - Kontinuerligt foerfarande foer framstaellning av kaliumklorat - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 466 849 2 blandningarna mellan strömmarna från kretsarna för framställning av natriumklorat och kaliumklorat ound- vikligt närvarande föroreningarna skulle ha en skadlig inverkan på kvaliteten på de erhållna produkterna (natriumklorat å ena sidan och kaliumklorat å andra sidan).

Det erinras om att anordningar för kontinuerlig framställning av natriumklorat genom elektrolys om- fattar följande steg: l - Framställning av saltlake genom upplösning av NaCl. 2 - Rening av NaCl-saltlaken och justering av elektro- lyten. 3 - Elektrolys och reaktioner som omvandlar NaCl till NaClO3 via NaClO. 4 - Mellanlagring, där mognad åstadkommes, vilket är slutet på reaktionen för omvandling av C10-- -joner till C103--joner. 5 - Kristallisation av NaClO . 3 Naturligtvis är det endast lösningar som passerar från ett steg till nästa och moderlutarna från kristal- lisationen återföres till reningssteget 2.

Man skall dessutom notera att: - Framställningen av saltlaken 1 genom upplösning av NaCl kan genomföras antingen i anordníngen eller utanför själva den aktuella anordníngen; i det senare fallet matas anordníngen med en på lämpligt sätt erhål- len saltlake.

- Mellanlagringen 4 är inte ett oundgängligt steg; det räcker att anordníngen omfattar lämpliga medel för att hindra hypokloriten som produceras under elektrolysen från att skapa problem för de efterföljande anordningarna.

- NaClO3-kristallisationssteget 5 kan saknas i vissa anordningar, men uppfinningen används företrä- desvis - och av orsaker som förklaras nedan - för fallet med anordningar som omfattar ett sådant steg för kristallisation av NaClO3_ 10 15 20 25 30 35 466 849 3 Man utesluter detta kristallisationssteg i de fall där man direkt kan använda NaClO3-lösningen.

Förfarandet enligt uppfinningen kännetecknas av att man kontinuerligt, efter elektrolyssteget och en tillräcklig omvandling av klorid till klorat i anordningen för framställning av natriumklorat, avlägsnar vätska som cirkulerar i anordningen (en del av denna vätska), till denna vätska sätter en koncentrerad lösning av kaliumklorid och säkerställer en utfällning och isolering av kaliumkloratet och därefter återcir- kulerar moderlutarna från kristallisationen av kalium- klorat, under eller före reningssteget 2, i anordningen för framställning av natriumklorat.

Med "koncentrerad lösning" av kaliumklorid förstår man en mättad lösning eller en lösning som är nära mättnad.

Man skall notera att avlägsnandet av vätska som cirkulerar efter steg 4 kan åstadkommas antingen vid mellanlagringssteget eller efter denna lagring, eller även efter kristallisationssteget 5.

Det är klart att: - efter steg 4 är sammansättningen av vätskan som cirkulerar i allmänhet 100-120 g/l NaCl och 530-600 g/l NaClO3 i industriella anordningar, - efter NaC1O3-kristallisationssteget är sammansätt- ningen vanligen 120-150 g/l NaCl och 450-560 g/l NaClO Det har visats att dessa båda kompositioner inne- 3. håller tillräckliga mängder av C103--joner för att erhålla en dubbelsönderdelning i närvaro av en till- räcklig mängd KCl, dvs för att åstadkomma utfällning och möjlighet till utvinning av kaliumkloratet under industriellt acceptabla betingelser.

Mängderna kaliumklorid som skall användas är sådana att flödena av å ena sidan lösningen som (sär- skilt) innehåller kloratjoner som kommer från anord- ningen för syntes av natriumklorat och av å andra sidan den koncentrerade lösningen av kaliumklorid är 10 15 20 25 30 35 466 849 4 i förhållandet 1-3 och närmare bestämt 1,2-2,5.

För att åstadkomma detta är det tillräckligt att bringa flödet av kloratlösningen under kontroll av flödet av KCl-saltlaken enligt ett visst flödes- förhållande R för att definiera driftsbetingelserna för elektrolys-, NaClO -kristallisations- och KC1O - 3 3 -kristallisationsanordningarna som en helhet: _ flödet av kloratvätska R _ flödet av Kcl-saltlake Detta flödesförhållande R väljs inom ett område av l < R < 3 och företrädesvis 1,2 < R < l,9 i fallet med en elektrolyt med följande koncentration: - NaCl inom området 100-120 g/1 och t ex lika med 110 g/1, - NaClO3 inom området 530-600 g/1 och t ex lika med 560 g/1, och en KC1-saltlake (koncentrerad), t ex med en kon- centration av 340 g/1; 1,3 < T < 2,5 i fallet med moderlutarna från NaClO3- -kristallisationen med följande koncentration: - NaCl inom området 120-150 g/l och t ex lika med 140 g/l, - NaClO3 inom området 450-560 g/1 och t ex lika med 520 g/l, och en KCl-saltlake (koncentrerad) med exempelvis en koncentration av 340 g/1.

För att framkalla utfällning av kaliumkloratet ur lösningen kan man använda vilket kända förfarande som helst, såsom koncentration av lösningen genom indunstning under vakuum, eller kylning med hjälp av en saltlösning eller en kylvätska, eller en kombi- nation av båda dessa förfaranden.

Slutligen kan det påpekas att man kan höja för- farandets flexibilitet genom att anordna en lagrings- tank på väggen för återcirkulering av moderlutarna som lämnar kristallisationen och isolering av kaliumklo- ratet. 10 15 20 25 30 35 466 849 5 Det har för övrigt konstaterats att detta förfa- rande för framställning av kaliumklorat genom dubbel sönderdelning, sammankopplat med en anordning för framställning av natriumklorid genom elektrolys, leder till en god kvalitet på de båda kloraten om man respek- terar två villkor. ~ - Det första villkoret är att förhindra ackumule- ring av föroreningar som införs med kaliumkloriden.

Dessa medbringade föroreningar är normalt inte till- räckliga för att förorena det utfällda kaliumkloratet med den mycket rena lösningen av klorat som kommer från elektrolyten, men det är lämpligt att undvika ackumulering och det är på grund härav som återcirku- leringen av moderlutarna från kristallisationen av kaliumklorat görs uppströms från natriumkloridrenings- steget 2.

- Det andra villkoret är att förhindra att kon- centrationen av K+-joner när ett värde, vid vilket kaliumklorat skulle falla ut tillsammans med natrium- kloratet.

I själva verket beror halten av K+-joner i natriumklo- ratslingan huvudsakligen på framställningsförhållandet för de två kloraten P(KClO3)/P(NaClO3), eftersom flödet av moderlutarna från kaliumkloratet är en direkt funk- tion därav, medan koncentrationen av kalium i samma moderlutar varierar föga.

Detta skenbart enkla förhållande kan inte illust- reras med exakta numeriska värden, eftersom halten av K+-joner också beror på kristallisationstemperaturerna för vart och ett av de båda kloraten, vilka i sin tur beror på godtyckliga val.

Detta förfarande för framställning av kalium- klorat genom dubbel sönderdelning och sammankoppling med en anordning för kontinuerlig framställning av natriumklorat genom elektrolys har flera fördelar: (1) Moderlutarna från kristallisationen av KCIO 3 återvinnes. De innehåller fortfarande klorat och kalium, 10 15 20 25 30 35 466 849 6 som är dyrbara produkter, vilkas återvinning utgör en god ekonomisk process. Dessutom undviker man föro- rening genom bortkastande av moderlutarna, vilket ofta inträffade förut. (2) Återvinningen av moderlutarna medger samti- digt den direkta återanvändningen, utan kristallisa- tion, av all natriumklorid som producerats genom reak- tionen såväl som det som införts tillsammans med kalium- kloriden, vilket är en vanlig förorening i detta salt och sålunda inte utgör någon nackdel hos detta för- farande. (3) Detta gör det möjligt att använda KCl-malmer med relativt hög NaCl-halt.

Det är tillräckligt att avlägsna de olösliga ämnena under framställningen av saltlaken och om de lösliga föroreningarna inte är på en nivå som kan förorena det nyutfällda KCIO3 avlägsnas de genom renings- infrastrukturen som anordnats för NaCl-saltlaken som kommer in i NaClO3-framställningsslingan. (4) På samma sätt som NaCl som finns i KCl används, âtervinnes och används även KCl som finns i NaCl.

I en anordning för produktion av enbart NaClO3 inställde sig förr koncentrationen av K+ på ett sådant värde att allt kalium som kom in med NaCl kom ut med NaClO3.

I det nya förfarandet kan detta kalium betraktas som en sekundär källa som kompletterar huvudkällan. (5) Framställningen av KClO3 blir ett kontinuer- ligt förfarande. Detta var långt ifrån alltid fallet med tidigare metoder. Här underlättas förhållandena av det kontinuerliga avlägsnandet av kloratelektrolyt. (6) Förfarandena för framställning av kalium- klorat blir ytterst enkla.

För den nödvändiga tidsmässiga kapaciteten X kg/h väljer operatören ett flöde av kaliumsaltlaken som är direkt proportionellt mot mängden X av KClO3 som skall tillverkas; det direkta valet av flödet av KCl- 10 15 20 25 30 35 7 -saltlake med konstant och reglerad koncentration gör det möjligt att stökiometriskt kontrollera till- förseln av K+-joner som är nödvändig för den erford- rade framställningen. (7) Förfarandet ger energibesparingar.

Särskilt är det inte längre nödvändigt att för- kristallisera det NaClO3 som används för den dubbla sönderdelningsreaktionen för att få en hög renhet.

Vidare kan elektrolyten avlägsnas vid den punkt där dess temperatur är den lämpligaste.

I de tidigare förfarandena utvann en anordning för kristallisation av NaCl i värme biprodukten från den dubbla sönderdelningen. Denna kristallisations- anordning, som fungerade vid temperaturer av över 80°C (företrädesvis över 90°C) var en betydande för- brukare av energi i form av ånga och anordningen var dyrbar genom användning av antikorrosiva material, lämpliga för mycket varma saltlakar.

Det följande ej begränsande exemplet tjänar till att illustrera uppfinningen; detta exempel refererar till ett av de flödesscheman som visas i den enda figuren.

Slingan för framställning av natriumklorat om- fattar: - vid l, en anordning, i vilken man åstadkommer en mättad lösning av natriumklorid; - vid 2-2' och 3, ett system i vilket man genom kemisk behandling åstadkommer en rening av lösningen som kommer från 1; härigenom avlägsnas särskilt kal- ciumjoner, magnesiumjoner och sulfatjoner; slingan kompletteras om så är nödvändigt med en jonisk behand- ling; - vid 4, en elektrolysanordning som huvudsakligen omvandlar Cl--joner till C103--joner; denna anordning utgörs företrädesvis av en eller flera grupper som omfattar elektrolysceller, anslutna till en reaktor, vilka grupper är monterade i serie eller parallellt 10 15 20 25 30 35 466 849 ur vätskeflödessynpunkt; - vid 5, en lagringstank; - vid 6, en kristallisationsanordning, i vilken man framkallar kristallisation av NaC1O3 med kända medel; från denna kristallisationsanordning extraheras följande: vid 7, det fasta kristalliserade NaC1O3; vid 8, moderlutar, vilka återcirkuleras till renings- systemet 2-2'-3 efter passage genom en lagringstank 21; och vid 9, vatten, vilket sugs upp av pumpen 20, kondenseras vid 10 och återcirkuleras till mättningsan- ordningen 1 (detta vatten kommer från indunstningen under vakuum av lösningen som behandlats vid 6).

Till denna slinga kopplar man enligt uppfinningen slingan för produktion av KClO3; denna slinga omfattar: - en punkt för avlägsnande av lösning som cirkule- rar i natriumkloratslingan, vilken punkt kan vara belägen antingen vid A mellan tanken 5 och kristalli- sationsanordningen 6 eller vid B på rörledningen 8 för moderlutarna som lämnar kristallisationsanordningen; i figuren visas denna uttagningspunkt vid A; - en tank ll för blandning-kristallisation av KClO3; denna tank matas å ena sidan med lösningen som uttas vid A eller B genom rörledningen 12 och å andra sidan med en koncentrerad lösning av KCl som framställts i tanken 13; från denna tank ll uttas å ena sidan, via rörledningen 14, vatten, som sugs upp av pumpen 20, kondenseras vid 10 och återcirku- leras till 13 (när kristallisationen av KC1O3 i tanken ll åstadkommes genom koncentration av lösningen under vakuum) och å andra sidan, genom rörledningen 15, en suspension av KC1O3-kristaller, vilken matas till en separator 16; - en separator 16, eventuellt indirekt kyld av en vätska, vari man fullbordar kristallisationen av KC1O3 och vari man genomför separationen (filtrering, centrifugering etc) av KCIO3; från filtret 16 avlägsnar man vid 18, kristalliserat KClO3 och vid 17 moderlutarna 10 9 från kristallisationen, vilka efter eventuell passage genom en lagringstank 19 matas till reningssystemet 2-2'-3.

Man skall notera att blandnings/kristallisations/- filtreringsprocesserna kan genomföras i en enda appa- rat. Kristallisationen/separationen av KC1O3 åstad- kommes vid en temperatur av mellan -l0°C och +15°C och företrädesvis mellan 0 och 5°C; under dessa betingel- ser kristalliserar den största delen av KCIO3 som kan bildas, under betraktande av de närvarande jonerna, och in i 2-2'-3 återcirkuleras endast en lösning som är fattig på ClO3_- och K+-joner.

Claims (5)

466 849 10 15 20 25 30 10 PATENTKRAV

1. l. Kontinuerligt förfarande för framställning av kaliumklorat genom sammankoppling med en enhet för framställning av natriumklorat genom elektrolys, vilken enhet successivt omfattar, från uppströms till nedströms, en källa för NaCl-lösning (l), en slinga för rening av nämnda lösning (2-2', 3), en elektrolys- anordning (4), eventuellt en lagringstank (5) och en kristallisationsanordning (6), i vilken man före- trädesvis genomför kristallisationen och separationen av NaC1O3-kristaller, vilket förfarande k ä n n e - t e c k n a s av att man nedströms från elektrolys- anordningen (4) avlägsnar cirkulerande vätska, till denna vätska sätter en koncentrerad lösning av kalium- klorid, framkallar utfällning (ll) av kaliumklorat med vilka kända medel som helst, genomför separation av nämnda kaliumklorat och återcirkulerar moderlutarna från kristallisationen av nämnda kaliumklorat till reningsslingan (2-2', 3) i natriumkloratframställnings- enheten.

2. Förfarande enligt krav l, k ä n n e t e c k - n a t av att förhållandet R mellan flödet av vätske- strömmen som uttas nedströms elektrolysanordningen och flödet av vätskeströmmen av den koncentrerade lösningen av kaliumklorid ligger inom området 1-3.

3. Förfarande enligt krav 2, k ä n n e t e c k - n a t av att avlägsnandet som åstadkommes nedströms från elektrolysanordningen (4) motsvarar en vätska innehållande 100-120 g/l NaCl och 530-600 g/l NaClO3 och att förhållandet R mellan flödet av nämnda vätska och flödet av koncentrerad kaliumkloridsaltlake väljs inom området 1,2-1,9.

4. Förfarande enligt krav 2, k ä n n e t e c k - n a t av att avlägsnandet genomförs nedströms från en kristallisationsanordning (6) som finns i nämnda mg 466 849 ll enhet och motsvarar en vätska innehållande 120-150 g/1 NaCl och 450-560 g/1 NaClO3 och att förhållandet R mellan flödet av nämnda vätska och flödet av koncent- rerad kaliumkloridsaltlake väljs inom området 1,3-2,5.

5. Förfarande enligt något av de föregående kraven, k ä n n e t e c k n a t av att utfällningen och sepa- rationen av kaliumklorat åstadkommes vid en tempera- tur av mellan -l0°C och +l5°C och företrädesvis mellan 0 och 5°C.