Verfahren zur Herstellung von basischem Alaun. Die Erfindung bezieht sich auf ein tech nisches Verfahren zum Ausfällen eines aus basischem Alaun bestehenden Niederschlages aus einer Lösung von normalem Alaun. Unter einem basischen Alaun ist eine Alaun verbindung aus einem Alkali- oder Ammo- niumsulfat oder beiden und einem basischen Aluminiumsulfat und Wasser zu verstehen.
Es ist bekannt, dass eine Lösung von nor malem Alaun bei genügender Erhitzung einen basischen Alaun ausfällt, unter Bil dung einer Mutterflüssigkeit, welche die Schwefelsäure enthält, die bei der Reaktion entsteht und aus dem normalen Aluminium sulfat, das einen Bestandteil des normalen Alauns bildet, freigemacht wird, zusammen mit einem Teil des Alkalimetalls oder Am moniumsulfates des normalen Alauns, der für die Bildung des basischen Alauns nicht erforderlich ist.
Es ist gleichfalls bekannt, dass die vorstehend genannte Reaktion er leichtert wird, wenn die Lösung von nor- malem Alaun mit einer Lösung aus Alkali oder Ammoniumsulfat gemischt wird, dessen Menge vorzugsweise dem Gehalt an Alkali- oder Ammouiumsulfat des normalen Alauns äquivalent ist.
Obgleich die genannte Reak tion bekannt ist, hat sie, soweit festzustellen ist, keine praktische Verwendung erlangt, und zwar hauptsächlich aus dem Grunde, dass es kein zufriedenstellendes Verfahren gab, durch das die Reaktion in technischem Mass stabe hätte durchgeführt werden können. Zweck der Erfindung ist daher, ein solches technisches Herstellungsverfahren anzuge ben, mittelst dessen der basische Alaun schnell, wirksam und billig hergestellt wer den kann.
In einer andern Anmeldung der Anmelderin ist ein Verfahren beschrieben, bei dem eine Lösung von normalem Alaun in einem un unterbrochenen Strom einem geeigneten, in einer Hochdruckleitung liegenden Behälter zugeführt und während ihres Durchganges durch den Behälter erhitzt wird, indem unter hohem Druck stehender Wasserdampf in die durchströmende Alaunlösung eingeführt wird.
Das Verfahren gemäss der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass man in einem in einer Hochdruckleitung liegenden Behälter eine Masse von unter hohem Druck stehen dem Wasserdampf, die auf nahezu gleich bleibendem Druck und Volumen durch einen konstanten Zutritt von Dampf in den Be hälter gehalten wird, und eine ausgefällten basischen Alaun enthaltende Flüssigkeits masse aufrechterhält, die durch Regelung ihrer Ausflussgeschwindigkeit aus dem Be hälter auf einem nahezu gleichbleibenden Spiegel gehalten wird,
und dass in die unter hohem Druck stehende Dampfmasse Ströme einer Lösung eines. normalen Alauns derart eingeführt werden, @da die Temperatur der Alaunlösung durch Wärmeaufnahme aus dem Dampf während ihres Durchganges durch den Dampf mindestens auf 140' C erhöht wird.
Zum Ausführen dieses Verfahrens wird, zum Beispiel, in dem obern Teil eines Lei- tungsbehälters. eine unter hohem Druck stehende Wasserdampfmasse aufrechterhal ten, die durch einen gleichbleibenden Zu strom von unter hohem Druck stehendem Dampf auf der richtigen Reaktionstempe ratur (mindestens 140' C) gehalten wird und über einer Flüssigkeitsmasse liegt, die in dem untern Teil des Behälters aufrecht erhalten wird.
Die Flüssigkeitsmasse besteht dabei aus der Mutterflüssigkeit, aus welcher der basische Alaun ausgefällt wird, zu sammen mit mehr oder weniger unzerlegter Lösung von normalem Alaun und enthält in Suspension den aus basischem Alaun be stehenden Niederschlag. Der Ausfluss der Flüssigkeit aus dem Behälter wird geregelt, um ihre Menge und ihren Spiegel auf einem nahezu gleichbleibenden Wert zu halten.
Die Alaunlösung wird in den Behälter so ein gespritzt, dass sie in einer Reihe von Strömen dnroh die unter hohem Druck stehende Dampfmasse hindurchfällt und durch Auf- nahme einer genügenden Wärmemenge aus dem Dampf auf eine Temperatur erhitzt wird, bei welcher basischer Alaun gebildet wird.
Der Zufluss von Alaunlösung und Dampf wird derart geregelt, dass der Aus flu3 von Flüssigkeit aus dem Leitungsbehäl ter dem Zuflu3 von Lösung und von aus dem Dampf kondensiertem Wasser entspricht, so dass -das Volumen des unter hohem Druck stehenden Dampfes und der Spiegel der Flüssigkeit in dem Behälter nahezu konstant bleiben.
Die Temperatur, auf welche die Lösung erhitzt werden muss, muss für jede praktische Herstellung von basischem Alaun mindestens 140 C betragen, und es ist gefunden worden, .dass! zur Erzielung der besten Ergebnisse die Lösung auf eine Temperatur von etwa 185 bis 200,' C zu erhitzen ist. Die Ausfällung geht bei den vorzugsweise angewendeten Temperaturen ausserordentlich schnell vor sich.
Bei der Behandlung einer Lösung von normalem Alaun ohne Zusatz von über schüssigem Alkali- oder Ammoniumsülfat beträgt die Fällung etwa 85 % der enthal tenen Tonerde, und diese tritt unter Be- ,dingungen ein, bei denen die Lösung durch den Leitungsbehälter in 6 bis 10 Minuten hindurchgeht; eine Fällung von etwa 95 findet statt, wenn das überschüssige Alkali- oder Ammoniumsulfat mit der Alaunlösung vermischt wird.
Es ist gefunden worden, dass das vor stehend angegebene Verfahren ohne Neigung zu Unterbrechungen fortgesetzt werden kann und dass es geeignet ist, einen Niederschlag aus basischem Alaun mit ausserordentlich feiner Teilchengrösse zu liefern, was für be stimmte Handelszwecke, wie zum Beispiel bei .der Verwendung bei Farbstoffen oder Füll stoffen und zur schnellen Herbeiführung ge wisser chemischer Reaktionen des basischen Alauns mit festen oder flüssigen Körpern oft erwünscht ist. Die Grösse der Teilchen kann jedoch messbar geregelt werden, indem man .die Höhe der unter hohem Druck stehenden Dampfmasse reguliert, durch die hindurch man die Lösung fallen lässt.
Falls eine un- vollständige Ausfällung während des Durch ganges der Lösung durch den Dampf eintritt, kann die Ausfällung des basischen Alauns in der Flüssigkeitsmasse fortgesetzt werden. In diesem ;Fall sollte zusätzlicher Dampf unter hohem Druck in die Flüssigkeitsmasse eingeführt werden, um ihre Temperatur zu erhöhen und auf einem Wert zu halten, bei welchem die Ausfällung unter vorteilhaften Bedingungen erfolgt.
Wird das Verfahren gemäss der Erfindung unter den letztgenann ten Bedingungen durchgeführt, dann werden kleine Kristalle von basischem Alaun, der während des Durchgangs der Ströme der Lö sung durch den Dampf ausgefällt wird, ge bildet und durch den zusätzlichen, in der Flüs sigkeitsmasse ausgefällten basischen Alaun vergrössert.
Beim Arbeiten mit einem Leitungsbehäl ter, in welchem die Dampfmasse auf einer Höhe von etwa 3 m gehalten wurde, und bei der eine Lösung eines normalen Ammonium alauns, die mit einer Lösung aus Ammonium sulfat gemischt war, und zwar in äquivalen ter Menge zu dem in der Ammoniumalaun- lösung vorhandenen Ammoniumsulfat, in das obere Ende der Dampfmasse oder -säule in etwa 30 Strömen eingeführt wurde, die aus Löchern von etwa 2,4 mm Durchmesser kamen, betrug .der mittlere Durchmesser der Teilchen des gefällten basischen Ammonium alauns etwa ein Mikron, und die Reaktion war praktisch an dem Gleichgewichtspunkt.
Durch Verminderung der Höhe der Dampf masse und urch entsprechende Vergrösse rung der Höhe cler Flüssigkeit ist die Grösse der Teilchen des Niederschlages praktisch sehr erheblich zu erhöhen, da dann keine voll ständige Ausfällung des Durchganges der Lö sung durch den Dampf stattfindet, sondern in der unter dem Dampf liegenden Flüssig keitsmasse fortgesetzt wird, mit dem Erfolg, dass kleine Kristalle, die beidem Durchgang der Lösung durch den Dampf in dieser gebil det werden, durch eine weitere Ausfällung von basischem Alaun in der Flüssigkeits masse vergrössert werden.
Man kann das Verfahren nach der Er- findung derart durchführen, dass bei einem gemessenen Dampfdruck von etwa 14 kgjem2 (200 ?engl. Pfund) der Verbrauch an ge sättigtem Dampf etwa 1,9 kg (4,2 engl. Pfund) für je 454 gr (1 engl. Pfund) als basischer Alaun ausgefällte Tonerde beträgt, wenn die ursprüngliche Alaunlösung eine Konzentration von. <B>80%</B> Alaun besitzt und in den Leitungsbehälter bei einer Temperatur von<B>100'</B> C eingeführt wird.
Die Zuführung einer grösseren, Menge Dampf hat den Erfolg, .dass die Ausfällung des basischen Alauns be schleunigt und die Durchflussgeschwindig- keit der Lösung durch den Leitungsbehälter vergrössert wird. Die Verwendung einer klei neren Dampfmenge würde natürlich auf eine langsamere Ausfällung des basischen Alauns hinauslaufen und erfordern, dass zur Erzielung einer vollständigen Ausfällung der Durchfluss der Lösung durch den Leitungs behälter entsprechend verlangsamt wird.
Die Erfindung wird anhand der Zeich nung beispielsweise näher erläutert.
Fig. 1 ist ein senkrechter Schnitt durch einen Leitungsbehälter, .der zur Ausführung des Verfahrens nach der Erfindung verwen det werden kann; der Schnitt geht dabei durch die in den Behälter eintretenden Dampfrohre hindurch.
Fig. 2. ist ein Querschnitt nach der Linie 2-2 -der Fig. 1.
In den Figuren bezeichnet A den äussern Mantel des Behälters oder Autoklaven; er be steht vorzugsweise aus Stahl und besitzt eine genügende Stärke, um dem Druck zu wider stehen, welchem er ausgesetzt ist. A' bezeich net den obern und AZ den untern Deckel des Behälters. B ist ein Futter aus nicht reak tionsfähigem Metall, vorzugsweise Blei, und C eine innere Auskleidung aus einem nichtreak- tionsfäUigen, inerten und feuerfesten Stoff, wie zum Beispiel säurefesten Ziegeln.
D be deutet die Einlassleitung, durch welche die Alaunlösung ununterbrochen in den Behälter unter einem Druck eingepresst wird, der etwas oberhalb des in dem Behälter herr schenden Druckes liegt. Vorzugsweise schliesst sich diese Leitung in dem obern Ende des Behälters an ein .gelochtes Endstück D3 an. D' ist eine Pumpe, welche die Lösung in den Behälter drückt, und IP ist ein Ventil, das den Fluss der Lösung zum Behälter regelt.
E ist eine Auslassleitung, die vom Boden des Behälters ausgeht, und F ein Ventil zum Regeln,der Öffnung, durch welche die Flüs sigkeit aus dem Leitungsbehälter abgegeben wird. G bezeichnet einen Behälter, in wel chen die Lösung und der aus ihr gebildete Niederschlag aus der Auslassöffnung des Autoklaven einströmt und aus welchem Dampf unter vorzugsweise geregelten Be dingungen entweichen kann, um eine rasche Verminderung der Temperatur der Lösung herbeizuführen.
H ist ein Dampferhitzer, der mit einem Dampferzeuger verbunden ist; dabei ist der Druck des erzeugten Dampfes grösser als der in dem Autoklaven herr schende Dampfdruck. H' ist ein Dampfrohr, .das aus dem Erhitzer H in -den obern Teil des Behälters führt, das heisst in den Teil, der im Betrieb der Vorrichtung voll Dampf unter hohem Druck gehalten wird. HZ ist eine andere Dampfleitung, die aus dem Er hitzer H in den untern Teil des Leitungs behälters führt, das heisst in den Teil, der im Betrieb voll Flüssigkeit gehalten wird.
Diese untere Dampfleitung HZ ist zu einem Ring H3 gebogen, der im Innern des, Be hälters mit Auslassöffnungen, vorzugsweise in der Form von Düsen H4, versehen ist. Jede der Leitungen H' und H2 ist mit einem Regelventil J ausgestattet, während in der Zuführungsleitung nachdem Erhitzer H ein Druekregulierventil K vorgesehen ist.
M be zeichnet die im untern Teil des Leitungs behälters aufrecht erhaltene Flüssigkeits säule und N die unter hohem Druck stehende Dampfsäule, die in dem obern Teil des Be hälters aufrechterhalten wird.
Zum Inbetriebsetzen der Vorrichtung wird der Leitungsbehälter bis zu etwa einem Drittel seiner Länge mit Flüssigkeit be schickt, während indem obern Teil des Lei tungsbehälters Dampf unter einem Druck von etwa 17g6 kg/cm' (250 engl. Pfund) ein gebracht wird, wobei gleichzeitig auch in den mit Flüssigkeit gefüllten untern Teil des Be- h'älters Dampf zugelassen wird, um die Tem peratur der Flüssigkeit auf etwa 200' C zu bringen.
Darauf wird das Auslassventil ge öffnet, um eine Öffnung von einer derart geregelten Grösse zu schaffen, dass sie einen Ausfluss@ aus dem Leitungsbehälter bestehen lässt, der gleich dem Zustrom von Lösung und Wasser ist, das durch die Kondensation des erhitzten. Dampfes gebildet wird. Die Lösung von normalem Alaun wird dann. in den obern Teil des Behälters gepresst, wo sie durch den mit Dampf gefüllten Raum des Behälters in zahlreichen Strömen hindurchfällt; die Ströme werden beim Durchfallen durch den Dampfraum auf etwa 200' C erhitzt.
Die Ausfällung des basischen Alauns aus der Lösung von normalem Alaun erfolgt bei dieser Temperatur sehr rasch. Sie wird, falls die Gleichgewichtsbedingungen bei dem Durchgang .der Lösung durch den Dampf raum nicht erreicht worden sind, natürlich in der der im untern Teil des Leitungsbehäl ters. befindlichen Flüssigkeitssäule fortge setzt; dabei wird die Flüssigkeit durch Zu lassen von Dampf durch das Dampfrohr H2 auf der richtigen Reaktionstemperatur ge halten.
Durch Verminderung der in dem Dampf raum zugelassenen Dampfmenge und durch entsprechende Vergrösserung der Menge des in den untern, mit Flüssigkeit gefüllten Be hälterteil zugelassenen Dampfes wird prak tisch eine Vergrösserung der Niederschlag teilehen erzielt und diese Vergrösserung än dert sich mit der Reaktionsgeschwindigkeit, die sich bei der Bildung des Niederschlages ergibt.
Es. ist gefunden worden, dass in der Praxis unter den oben genannten Bedingun gen die Lösung auf die richtige Reaktions temperatur erhitzt wird, wenn ihr Durch gang durch den Leitungsbehälter derart ge regelt ist, dass er in 6 bis 10 Minuten erfolgt.
Die in der Zeichnung dargestellte Vor richtung ist für den Fall berechnet, dass ein Leitungsbehälter verwendet wird, der etwa 6 m Länge und einen innern Durchmesser von etwa. 125 cm aufweist. Das Verfahren kann natürlich auch mit zahlreichen andern Ausführungsformen der Vorrichtung durch geführt -werden.