Verfahren zur Herstellung von basischem Alaun. Die Erfindung bezieht sich auf die He.-r- stellung von basischem Alaun mit Hilfe eines an sich bekannten Prozesses, bei dem eine wässerige Löµung aus einem normalen Alaun bei einem entsprechenden Druck einer Tem peratur von über 140 C unterworfen wird, um einen basisehenAlaun, insbesondere in fein verteiltem Zustand, zu bilden und auszufäl len, wobei man eine Lösung aus Schwefel säure und Alkali- oder Ammoniumsulfat oder beiden erhält, die aus dem normalen Alaun freigemacht worden sind.
Unter basischem Alaun ist eine hydra- tische Verbindung aus einem Alkali- oder Ammoniumsulfa.toder beiden und basischem Aluminiumsulfat zu verstehen.
Der Prozess wird vorteilhaft bei einer Temperatur von etwa 200 C durchgeführt; bei Temperaturen unter 140 C kann .er prak tisch nicht mit Vorteil angewendet werden. Es ist auch bekannt, dass wenn die behandelten Lösungen nur aus einer Lösung von nor malem Alaun bestehen, nur etwa 80 % der in dem normalen Alaun vorhandenen Tonerde in dem aus basischem Alaun bestehenden Niederschlag zu finden sind, und dass, wenn .der Lösung A.lkalisulfat in einer Menge zu gesetzt wird, die gleich der in dem nor malen Alaun vorhandenen blenge an Alkali sulfat ist,
ein basischer Alaun gebildet wer den kann, ,der etwa 9815 der in der nor malen Alaunlösung vorhandenen Tonerde enthält. Soweit festgestellt werden kann, hat der vorstehend genannte Prozess keine Be deutung für die technische Herstellung eines basischen Alauns erlangt, wahrscheinlich aus dem Grund, dass kein technisches Verfahren vorgeschlagen war, um den Prozess in der Praxis anzuwenden.
Wegen des hohen Drucks, der in Verbindung mit der hohen Temperatur angewendet wird, auf welche die Lösung gebracht werden soll, ist es na türlich notwendig, dass der Behälter, in dem die Alaunlösung behandelt wird, derartigen Drücken standhalten kann, und wegen des Vorhandenseins der Schwefelsäure, die in dem Prozess freigemacht wird und in ,der Mutterlauge enthalten ist, aus welcher der basisehe Alaun ausgefällt wird, ist es not wendig, dass der Behälter solcher Art ist, dass er von,
der ,Säure nicht angegriffen wird. Das würde praktisch ergeben"dass ein Stahlbehäl ter verwendet wird, der mit einem Stoff aus gekleidet ist, der mit der iSäure in der Lösung nicht in Reaktion tritt.
Es hat sich ergeben, daZ die beste praktische Ausführungsform eines solchen Behälters :diejenige ist, bei -der ein. äusserer Stahlkörper mit Blei ausgekleidet ist; dabei ist aber auch gefunden worden, .dass, wenn der Behälter von aussen her erhitzt wird, ein Teildes aus .der Lösung ausgefäll ten basischen Alauns die Neigung hat, an !der Auskleidung hängen zu bleiben, und zwar in Form einer fest anhaftenden Kruste, welche ,die Leitfähigkeit der Behälterwand beträch(;
- lich herabsetzt. Hierdurch kann die TerilIie- ratur so weit erhöht werden, dass sogar der Schmelzpunkt erreicht wird. Die Leitfähig keit des zusammengesetzten Behälters ist selbst unter normalen Bedingungen gering und würde durch den zusätzlichen Wider stand, der von der abgesetzten Kruste hervor gerufen wird, noch viel niedriger werden; un ter diesen Umständer wird natürlich die rich tige Erhitzung der Lösung bi;einträchtigt und ausserdem eine Erhöhung der Temperatur -des stählernen Aussenteils des Behälters herbei geführt, die .gefährlich werdet kann.
Zweck der Erfindung ist, ein Verfahren anzugeben, bei dem die Alaunlösung schnell auf die für eine rasche und wirksame Aus fällung des basischen Alauns erforderliche Temperatur erhitzt und die Erhitzung der Lösung derart geregelt wird, dass die Aus fällung des basischen Alauns. mit einer ge wünschten Teilchengrösse erfolgt.
Zwech- mässigerweise findet die Erhitzung der Alaunlösung in einem ununterbrochenen Pro zess statt, durch den der basische Alaun aus ,der Lösung ausgefällt wird, während diese in einem ununterbrochenenStrom durch den Be hälter hindurchgeht Die Erfindung besteht nun darin, dass die in einem Hochdruckbehälter eingeschlossene Alaunlösungdadurch rasch auf eine Tem peratur über 140' C gebracht wird,
dass in die im Behälter befindliche Lösung unter hohem Druck stehender Wasserdampf in einer Menge eingeführt wird, die genügt, um eine solche rasche Temperaturerhöhung her beizuführen. Es ist gefunden worden, dass es unter .diesen Umständen möglich ist, die Tem peratur der Lösung auf den notwendigen oder gewünschten Wert zu erhöhen, mit .dem Er gebnis, dass der basische Alaun, ohne ein schädliches Haften an den Wänden des Be hälters zu zeigen, aus der Lösung ausgefällt wird, obgleich bei der gemäss der Erfindung erfolgenden Erhitzung der Lösung, die durch .die Einführung von unter hohem Druck stehendem Dampf herbeigeführt wird, eine anhaftende Kruste von geringer Dicke nicht schädlich sein würde.
Eine solche Kruste könnte sogar von einem gewissen Vorteil sein, indem sie den Wert .der Wärmeleitung durch .die Behälterwände hindurch herabsetzen würde und durch Regelung der Erhitzung der Lösung mit Hilfe eines geregelten Dampf zutritts es möglich ist, die Grösse der Teilchen innerhalb gewisser Grenzen zu beherrschen. Allgemein gesprochen wird die Grösse der Teilchen des Niederschlages umso grösser sein, je allmählicher die Temperatur der Lö sung erhöht wird, während es mit einer schnelleren Erhitzung möglich und praktisch ist, den basischen Alaun in der Form eines ausserordentlich feinen Niederschlags her zustellen.
Während das Verfahren gemäss 4er Er findung so ausgeführt werden kann, :dass die zu behandelnde Lösung als einzelne Teil menge in den Behälter zugelassen und darin gehalten wird, wobei der Behälter ab wechselnd gefüllt und entleert wird, ist ge funden worden, dass es sehr vorteilhaft ist, das Verfahren mit einem Behälter auszu führen, dessen Länge mehrmals grösser als sein Durchmesser ist;
dabei wird die Alaun lösung in den Behälter an dem einen Ende eingeführt und bei ihrem Durchgang durch den Behälter auf den gewünschten Grad er hitzt, während dann die erzeugte Mutter- lauge-, welche den basischen Alaunnied-er- s -hla(r in Suspension enthält, aus dem andern Ende des Behälters entnommen wird.
Wird dass Verfahren nach der Erfindung in dieser Weise ausgeführt, dann ist es sehr erwünscht und wichtig, dass der Dampf so zugeführt wird, dass er mit der strömenden Lösung an verschiedenen .Stellen längs des Behälters in Berührung kommt. Vorzugsweise sind zwei oder mehrere Dampfeinlässe vorgesehen, die in den Lösungsstrom an verschiedenen Punk ten seiner Länge einmünden. Es ist vor zuziehen, den Dampf erst in einigem Abstand von dem obersten Teil des Flüssigkeits stromes einzuführen, so dass der Teil .des Stromes, der vor dem Dampfeinlass liegt, unter Bildung kleiner Kristalle aus basischem Alaun eine allmähliche Erhitzung erfährt.
Die Grösse dieser kleinen Kristalle wächst, da die Wärme des ,Stromes bei der Annähe rung an den Dampfeinlass und beim Vorbei- strömen an' diesem ansteigt. Wenn 6kleine Teilchen gewünscht werden, ist es ratsam, .dass der Dampf näher nach dem obern Teil des fliessenden Stromes hin zugelassen wird, so dass mehr Kristalle von geringerer Grösse gebildet werden.
Die Verwendung einer Mehrzahl von in Zwischenräumen angeord neten Dampfeinlässen ist wichtig, weil die Bildurig des basischen Alauns durch eine en.do- thermische Reaktion erfolgt und :die not wendige hohe Temperatur auf die beschrie bene Weise in der ganzen fliessenden Masse der Lösung schnell erreicht und auf ihrem Wert gehalten wird.
Beim Arbeiten mit dem als vorteilhaft be schriebenen ununterbrochenen Prozess ist ge funden worden, dass, wenn der Leitungsbehäl- ter, durch welchen die Lösung hindurch strömt, vollkommen mit der Lösung angefüllt ist, Stockungen in der Stetigkeit des Lösungs flusses auftreten können, die soweit festge stellt werden konnte, ihre Ursache in .der Bil dung von grossen Dampfblasen haben, welche nicht zur Kondensation kommen.
Diese Schwierigkeit ist dadurch überwunden wor den, dass in dem obern Teil des I.eitungs- behälters, und zwar oberhalb,des Spiegels der Säule -der eingeschlossenen Lösung, eine Masse von inertem Gas, vorzugsweise Luft, aufrechterhalten wird, deren Anwesenheit wirksam die Stockungen verhindert, welche, wie bereits erwähnt, auftreten können, wenn in .dem Behälter eine solche Gasmasse nicht vorhanden ist.
In der Zeichnung ist eine besonders wirk same Ausführungsform einer Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens beispiels weise dargestellt.
Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch die Mitte des Behälters, und zwar in einer Ebene, in welcher -die den Dampf zulassenden Rohre liegen.
Fig. 2 ist ein Querschnitt nach der Linie 2 #2 der Fig.1.
A bezeichnet,die Aussenhülle des Behälters oder Autoklaven, die vorzugsweise aus .Stahl besteht und eine genügende Stärke besitzt, um dem Druck zu widerstehen, .dem sie aus gesetzt wird.
A' ist der obere und AZ der untere Deckel des Autoklaven. B bezeichnet eine Auskleidung aus nicht reaktionsfähigem Metall, vorzugsweise Blei, und C ein Innen futter aus nicht reaktionsfähigem, inertem und feuerfestem Stoff, wie zum Beispiel säurefesten Ziegeln.<B>D</B> bedeutet die Einlass- leitung, durch welche die Alaunlösung un unterbrochen in den Behälter gedrückt wird, und zwar unter einem Druck .der etwas. .grösser als der in dem Autoklaven herrschende Druck ist.
D' bezeichnet eine Pumpe, durch welche die Lösung in den Behälter gedrückt wird, und Dz ein Ventil zur Regelung des Lösungs flusses nach dem Behälter. E ist eine Auslass leitung, die vom Boden des Autoklaven ab geht, und F ein Ventil zur Regelung der Öffnung, durch welche die Flüssigkeit aus dem Leitungsbehälter abgegeben wird.
G be zeichnet einen Behälter, in welchem die Lö sung und der aus ihr gebildete Niederschlag aus .der Auslassöffnung des Autoklaven ein strömt und aus welchem Dampf unter vor zugsweise geregelten Bedingungen entwei- elfen kann, um eine rasche Verminderung der Temperatur der Lösung herbeizuführen.
H ist ein Dampferhitzer, der mit einem Dampferzeuger verbunden ist;,der Druckdes erzeugten Dampfes ist ,dabei grösser als der in dem Autoklaven herrschende Druck. H1, H2, H3, H4 bezeichnen Abzweigrohre, die von dem Erhitzer H abgehen und im Innern des Lei tungsbehälters vorzugsweise zu Ringen HL gebogen sind. Diese Ringe weisen nach unten gehende Offnungen auf, die vorzugsweise mit kurzen Röhrchen H versehen sind.
Jedes der Rohre H1, H2, H3, H4 ist mit einem Regel ventil J ausgestattet, während in der nach dem Erhitzer führenden Leitung ein Druck regelventil K vorgesehen ist. L bezeichnet ein Ventil am Boden des Erhitzers, das vorge sehen ist, um das in dem Erhitzer konden sierte Wasser abzulassen. M ist ein Kom pressor, von,dem ein Rohr 1111 in den obern Teil des Leitungsbehälter führt das mit einem Ventil M2 ausgerüstet ist.
N bedeutet .die Flüssigkeitssäule, die in .dem Behälter aufrechterhalten wird, und 0 die Masse von inertem. Gas, vorzugsweise Luft, :die in dem obern Teil des Behälters aufrechterhalten wird. Der dargestellte Leitungsbehälter hat eine Höhe von etwa 6 m und einen innern Durchmesser von etwa 120 cm.
Beim Inbetriebsetzen der Vorrichtung wird sowohl das Auslassventil F, als auch die Dampfzuführungsleitung geschlossen. Der Leitungsbehälter wird dann mit Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser, bis etwa an die Ein lassleitung D für die Lösung gefüllt. Darauf wird Luft in den obern Teil des Behälters gedrückt, bis der Druck einen Wert von<B>11,3</B> bis 12,7 kg/om2 (160 bis 180 engl. Pfund) erreicht.
Dann wird durch die Rohre H', H2, H3, H4 Dampf zugelassen, bis die Tempera tur der in dem Behälter eingeschlossenen Flüssigkeit an ihrem' obern Spiegel<B>130'</B> bis 170 C beträgt.
Darauf werden das Aus lassventil F und das Lösung:seinlassventil D=
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<B>..oft.</B> <SEP> , <SEP> <B>i</B> <SEP> ,. <SEP> <B>n <SEP> i <SEP> n..nn</B> selben Mass erfolgt, wie der Zufluss der in den Behälter gedrückten Lösung, vermehrt um ,den Betrag des Wassers, das aus,dem Dampf kondensiert wird, welcher zur Erhitzung,der Lösung bei- ihrem Durchgang durch den Leitungsbehälter dient.
Die Dampfzufuhr wird derart geregelt,,dass .die dureh den Lei tungsbehälter strömende Lösung auf die .ge- wünsohte, Temperatur .gebracht und auf dieser Temperatur gehalten wird. Dabei muss diese Temperatur für alle praktischen Fälle 140' C überschreiten, und es ist gefunden worden, dass zum Erzielen der besten: Ergeb nisse die Temperatur auf etwa<B>185,'</B> bis 200,' C zu halten ist.
Beim Arbeiten mit dem zuletzt genannten Temperaturwerten sollte ,die Geschwindigkeit des Flüssigkeitsstromes durch den Leitungsbehälter derart sein, dass .die Lösung und ihre Produkte während eines Zeitraumes von S bis 10 Minuten indem Be hälter gehalten werden.
Bei diesen Tempera turen wird aus einer Lösung eines normalen Kaliumalauns ein fein: verteilter basischer galiumalaunniederschlag ausgefällt, welcher nahezu 80 bis 85/o der in dem normalen Alaun vorhandenen Tonerde und etwa 28 des in dem normalen Alaun vorhandenen Kaliumsulfats enthält, während die Schwefel säurekomponente des basischen Alauns un gefähr 38.% derjenigen des.
normalen Alauns beträgt. Die Mutterlauge enthält in Lösung Schwefelsäure und Kaliumsulfat, zusammen mit dem zurückbleibenden normalen. Alaun, der während der Reaktion eingeführt wird.
Es ist zu verstehen, dass eine höhere Aus beute an basischem Alaun und eine nahezu vollständige Austreibung des Tonerdegehalts des normalen Alauns erhalten werden kann, wenn man zu der Lösung Kaliumsulfat zu fügt, und zwar in einer Menge, .die der in dem normalen Alaun vorhandenen Menge an Kaliumsulfat äquivalent ist.
Das Verfahren nach der Erfindung kann natürlich in irgend einem Leitungsbehälter
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Vorteile mit einer nicht kontinuierlichen Be handlung einer normalen Lösung eines nor malen Alauns erhalten werden können, um aus der Lösung einen basischen Alaun aus zufällen, wobei die Hitze unter hohem Druck stehendem Dampf entnommen. wird, der in die in einem druckbestä-ndigen Behälter be- findliehe Lösung eingeführt wird.
Es ist ausserdem zu beachten, dass bei der kontinuierlichen Arbeitsweise die Einfüh rung von Dampf in die durch den Leitungs behälter strömende Lösung in verschiedenen Höhen oder an verschiedenen Stellen auf dem Wege der Lösung höchst vorteilhaft ist, da dies dazu beiträgt, die notwendige endo- thermische Reaktionswärme auf der ganzen Länge des Behälters bestehen zu lassen.
Es ist gefunden worden, dass es in der Praxis vorteilhaft ist, die Hitze des. obern Teils der Flüssigkeitsmasse auf etwa 130 C zu halten und die Dampfzufuhr derart zu regeln, dass eine Temperatur von etwa 198 C an einer Stelle, die etwa 60 cm un terhalb des Spiegels der Flüssigkeitsmasse liegt, erhalten wird. Unter .diesen Bedingun gen weist der Niederschlag eine derartige Teilchengrösse auf, dass 99.% des Nieder schlages durch -ein 300-Maschensieb (engl.) hindurchgehen. Eine raschere Erhitzung der Lösung lässt eine geringere Teilchengrösse in dem Niederschlag entstehen, während eine allmähliche Erhitzung zur Bildung grösserer Teilchen in dem Niederschlag führt.
Das bezüglich der Teilchengrösse und Tempera turen Gesagte gilt insbesondere für die Be handlung von Kalium- und Natriumalaun. Im Fall eines Ammoniumalauns werden die Teilchen unter denselben Bedingungen grösser sein.
Es ist zu bemerken, dass das Verfahren von der Nutzbarmachung der latenten Wärme des Hochdruckdampfes abhängig ist, der zum Erhitzen der Alaunlösung verwendet wird, und dass bei einem gemessenen Druck. von 14 kg/em2 (200 engl. Pfund) die Dampf menge, welche zur Ausfällung von 454 gr (1 engl. Pfund) Tonerde aus einer 80 , ö igen Alaunlösung bei einer Anfangstemperatur von<B>100'</B> C erfordert wird, 1,9 kg (4,2 engl. Pfund) beträgt.