Verfahren zur Herstellung von körnigem, wasserarmem Halksalpeter. Es sind verschiedene Verfahren zur Her stellung von körnigem, wasserarmem Kalk salpeter bekannt. So wurde z. B. vorgeschla gen, dass man Calciumnitratlösungen in Knet- werken. unter Bildung eines zähen, dicken Kristallbreies, auch Schmelze genannt, ein dampft und dann verfestigt, ferner dass man die genannten Lösungen in direktem Kontakt mit heissen Gasen mittels rotierender Schei ben entwässert oder dass man durch Mischen der konzentrierten Lösungen mit bereits ent wässertem Kalksalpeter ein festes Zwischen produkt herstellt,
das man dann durch Trocknen weiter entwässert und verfestigt. Schliesslich wurde auch vorgeschlagen, aus den konzentrierten Lösungen grobkörniges anhydrisches Calciumnitrat abzuscheiden und dasselbe durch Filtration von der Schmelze zu trennen. Bei der technischen und wirt schaftlichen Durchführung dieser Verfahren sind erhebliche Schwierigkeiten zu überwin den.
Diese liegen hauptsächlich darin, dass die Calciumnitratlösungen mit zunehmender Konzentration infolge des Ausscheidens von festem anhydrischem Calciumnitrat eine ganz erhebliche Zunahme der Viskosität aufweisen und bereits ab zirka 87 % eine hochviskose, breiigteigige Beschaffenheit annehmen, so dass sie schwerbewegliche, zähe Kristall massen bilden, die in den üblichen Eindampf apparaturen nicht bis zur gewünschten Hoch konzentration entwässert werden können. Man musste deshalb zu diesem Zweck ver teuernde Spezialapparaturen verwenden.
Es wurde nun gefunden, dass die Visko sität der Kalksalpeterschmelzen interessan ten Einflüssen unterliegen, und dass es -unter ganz bestimmten Verhältnissen möglich ist, auch bei hoher Konzentration Kalksalpeter- lösungen mit einer verhältnismässig niedrigen Viskosität zu erhalten.
Die Viskosität dieser Lösungen ist nämlich nicht nur von der Kon zentration und Temperatur derselben ab hängig, sondern auch, wie gefunden wurde, von der Kristallgrösse des ausgeschiedenen anhydrischen Calciumnitrats, und zwar steht die Viskosität im umgekehrten Verhältnis zur Grösse der ausgeschiedenen Kristalle, wie aus der nachstehenden Tabelle zu ersehen ist, der eine Verhältniszahl der Viskosität, bezo- gen auf hochviskoses Kompressöl von 25 Englergraden, bei 20 C gleich 1 gesetzt, zu grunde liegt.
EMI0002.0004
Verhältniszahlen <SEP> der <SEP> Viskosität <SEP> von <SEP> Kalksalpeterlösung
<tb> Korngrösse <SEP> bei <SEP> 130 <SEP> C <SEP> und <SEP> einer <SEP> Konzentration <SEP> von
<tb> 0 <SEP> in <SEP> mm <SEP> -- <SEP> <U>,</U>
<tb> <B><U>810/0</U></B> <SEP> 86 <SEP> % <SEP> 88 <SEP> /o <SEP> <B>90-/.</B>
<tb> <U>i</U>
<tb> I
<tb> 0,03 <SEP> 0,24 <SEP> 1,3 <SEP> - <SEP> 0,1 <SEP> 0,13 <SEP> 0,7 <SEP> 2,1 <SEP> 0.2 <SEP> 0,06 <SEP> 0,3 <SEP> 0,9 <SEP> 2,5 Es lässt sich also die Viskosität während des Eindampfungsprozesses dauernd verhält nismässig niedrig halten, wenn man dafür sorgt, dass die Kristallkörner beim Ein dampfen entsprechend gross ausfallen, näm lich tunlichst mit einer Korngrösse von min destens 0,
2 mm QJ. Voraussetzung hierfür ist bekanntlich eine möglichste Beschränkung der Kristall-Keimzahl.
Nur bei einem langsam verlaufenden Wasserentzug bilden sich jedoch verhältnis mässig wenig Kristallkeime und nur wenn diesen genügend Zeit gelassen wird, wachsen sie zu grösseren Körnern an. Man erhält dann einen grobkristallinen, verhältnismässig gut beweglichen Kristallbrei. Wird dagegen Wasserentzug zu rasch durchgeführt, so er folgt die Konzentration der Lösung durch die Bildung zahlreicher neuer Kristallkeime, die dauernd in feinkristalliner Form anfallen.
Der zu grosse bezw. rasche Wasserentzug ver hindert somit, dass die bereits vorhandenen Mikrokristalle zu grossen Körnern anwachsen. Durch die Bildung immer neuer Kristall keime erhält man aber hochviskose, pastige Lösungen bezw. einen zähen, schwerbeweg lichen Kristallbrei, der in Verdampfern und Kristallisierrührwerken nicht weiterkonzen triert werden kann.
Verdampfungsgeschwindigkeit und Vis kosität stehen also in enger Beziehung zuein ander. Der Umstand, dass die Wachstum- geschwindigkeit der Kristalle mit höheren Temperaturen zunimmt, lässt es ferner zweckmässig erscheinen, die Eindampfung der Lauge bei höherer Temperatur, beispiels weise bei 120-130 C durchzuführen. Die Eindampftemperatur ihrerseits hängt vom verwendeten Druck ab.
Das Wachstum der Kristalle und die Kristallgrösse lässt sich wohl wissenschaftlich mit dem 11likroskop verfolgen, kann jedoch nicht zur betriebstechnischen Kontrolle des Prozesses dienen. Es wurde nun weiter--ge- funden, dass die Messung der Viskosität eine geeignete Grundlage für die technische Durehführung des Verfahrens bietet. Die Messung der Viskosität inhomogener Ge mische, wie sie hochkonzentrierte Kalk salpeterlösungen darstellen, ist allerdings auch mit erheblichen Schwierigkeiten ver bunden, insbesondere wenn die Messungen bei höheren Temperaturen und für höchst konzentrierte Schmelzen durchgeführt wer den müssen.
Eingehende Versuche haben nun ergeben, dass zur Messung der Viskosität der vorliegenden Kalksalpeterschmelzen sich der Viskosimeter nach Kämpf als für die Technik am geeignetsten erwiesen hat (Eucken-Jakob: "Der Chemie-Ingenieur" Bd. I, 1. Teil, S. 67), bei welchem die Zähigkeit aus der Dreh geschwindigkeit, welche ein in die Flüssig keit tauchender, um eine feste Achse rotie render Drehkörper durch eine auf ihn wir kende konstante Kraft erhält, berechnet wird.
Misst man mit diesem Apparat die Visko sität verschieden konzentrierter Kalksalpeter- Lösungen, so ergibt sich, dass nur jene Kalk- salpeterlösungen die erforderliche Beweglich keit besitzen, um in den üblichen Eindampf- a.pparaturen und Kristallisierrührwerken ent wässert zu werden, welche bei 130 C und bei einer Konzentration von zirka 92 maximal eine relative Viskosität entsprechend der Vergleichszahl von zirka 5-6 aufweisen. Bei höheren Viskositäten lässt sich der Brei kaum noch bewegen bezw. umwälzen oder durchrühren.
Zudem ist der Wärmeübergang im Kristallisat dann so schlecht, dass ein wei teres Verdampfen unwirtschaftlich wäre. Eine genaue Bestimmung der Viskosität mit der verwendeten Apparatur ist allerdings nur bis zu Werten von zirka 3 möglich, denn oberhalb dieser Grenze wirkt sich, haupt sächlich bei solchen Aufschlämmungen, welche vorwiegend grobkörnige Kristalle ent halten, die Reibung des Drehkörpers an den Kristallen schon merklich aus.
Aus diesem Grunde ist es angebracht, Angaben über die verlangte Viskosität einer galksalpeterlösung nur auf solche Konzentrationen und Tempe raturen zu beziehen, bei welchen die Visko sität eine maximale Verhältniszahl von höch stens 3 aufweisen soll.
Auf Grund der vorstehend dargelegten Erkenntnisse besteht die vorliegende Erfin dung darin, dass man beim Eindampfen der Kalksalpeterlösung, z. B. in Verdampfern und/oder Kristallisierrührwerken, bis zu einer Konzentration von<B>992%</B> durch Rege lung von Druck und Temperatur die Ver- dampfungsgeschwindigkeit so niedrig und gleichmässig hält,
dass die entsprechend lang sam ansteigende Viskosität der Schmelze bei einer Konzentration von<B>90%</B> und einer Temperatur von 130 C höchstens die Ver hältniszahl 3 erreicht (hochviskoses Kom- pressöl von 25 Englergraden bei 20 C gleich 1 gesetzt) und die Schmelze während des ganzen Eindampfungsprozesses dauernd einem verhältnismässig gut rührbaren grobkristalli nen Kristallbrei bildet, und dass man dann die so erhaltene hochkonzentrierte, zirka 92%ige Kalksalpeterschmelze, z.
B. durch Verspritzen in Zentrifugen oder durch Pressen durch gelochte Platten zerteilt und unter Verfestigung im.die körnige Form über führt.
Mit einer solchen Verfahrensführung ist es möglich, die Konzentration der Kalk salpeterlösungen bis zur gewünschten End- konzentration von zirka<B>92%</B> in den bekann ten, üblichen Verdampfapparaturen und Kri- stallisierrührwerken vorzunehmen. Auf diese Art kann man die Herstellung von wasser armem Kalksalpeter in verhältnismässig ein facher und wirtschaftlicher Weise durch führen.
Der Eindampfprozess kann so durch geführt werden, dass man für die erste Phase des Verdampfens Hochleistungsverdampfer mit Umwälzpumpen verwendet und bis zu einer Konzentration von 86-88 % eindampft. Die zweite Phase des Eindampfprozesses, welche die Aufkonzentration der Lauge von 86-887o bis zu<B>92%</B> betrifft, wird dann in Kristallisierrührwerken durchgeführt.
Man kann aber auch den ganzen Eindampfprozess in Kristallisierrührwerken oder Hochleistungs- verdampfern mit Umwälzpumpen vornehmen. Massgebend für diese Eindampfprozesse ist, dass erfindungsgemäss das Eindampfen gleich mässig erfolgt und dass die Viskosität nur langsam ansteigt, so dass man unterhalb der. angegebenen maximalen Viskositätsgrenzen bleibt.
Die erfindiwgsgemäss erhaltenen hoch konzentrierten, zirka 92%igen Kalksalpeter schmelzen sind immer noch beweglich genug; um sie auch nach einer gewissen Abkühlung durch Verspritzen mittels einer Zentrifuge oder durch Pressen durch gelochte Platten zu zerteilen.
In Anbetracht der langsamen Erstar- rungsgeschwindigkeit des 92%igen Kristall breies ist es zweckmässig, das zerteilte, z. B. verspritzte Gut mit zerkleinertem, bereits verfestigtem Material zu vermischen. Vorteil hafterweise lässt man das verspritzte Gut auf eine bewegliche Unterlage, z. B. auf einen Vibrationsboden, auf welchem sich bereits abgekühltes, erhärtetes Material der gleichen Zusammensetzung befindet, fallen.
Da das zerteilte Korn beim Aufprallen auf die Un terlage noch plastischeist, verklebt es teil weise mit dem vorgelegten, bereits erhärteten Material und bildet teils mehr oder weniger grosse Agglomerate. Diese hängen jedoch nur verhältnismässig lose zusammen und können nach dem Abkühlen und nach vollständiger Verfestigung unter Verwendung geeigneter Zerkleinerungsvorrichtungen leicht auf die übliche Korngrösse gebracht werden.
Beispiel: In den mit Umwälzpumpen ausgestatte ten Verdampfern wird die Kalksalpeterlösung (die gegebenenfalls etwas llg0 enthalten kann) auf die Konzentration von zirka 88 Ca (NOG), gebracht. Das Eindampfen erfolgt bei zirka 140 C und 700 mm absol. Druck und wird möglichst gleichmässig durch geführt. Die Eindampfungsgeschwindigkeit wird so geregelt, dass die Viskosität der Lö sung nur langsam ansteigt.
So besitzt die Lösung, gemessen bei 130 C, eine Viskosität, ausgedrückt in Verhältniszahlen, von zirka 0,1 bei<B>78,5%,</B> von zirka 0,2 bei 85% und von zirka 0,9 bei 88 %. Nun lässt man die Lö sung in ein Kristallisierrührwerk fliessen, in welchem durch weiteres Eindampfen bei glei chem Druck und gleicher Temperatur die Konzentration des Kristallisates auf zirka 92 % Ca(N03)2 gebracht wird.
Die Ver- dampfungszeit beträgt in diskontinuierlichem Betrieb für die Konzentrierung von zirka 78 auf 92 % zirka 12 2 Stunden. Die Viskosität der Schmelze hat bei<B>90%</B> eine Verhältnis zahl von zirka 2,5, gemessen bei 130 C. Das erhaltene Kristallisat, welches zirka 68 a.nhydrisches, grobkristallines Ca(N0s)_. in fester Form in Suspension enthält, wird nun in ein Kaltrührwerk abgelassen und unter Abkühlenla.ssen auf die Temperatur von zirka 52 C gebracht. Das Kristallisat bildet als dann einen dicken, eben noch fliessenden Teig.
Die Zerteilung wird durchgeführt unter Durchpressen, in zweckmässiger Weise durch einen gelochten Boden, bei welcher Arbeits weise die kürzeste Verfestigungsgeschwindig- keit erzielt wird. Die sich bildenden, zirka 5 cm langen und zirka 2-3 mm dicken Stränge werden auf zerkleinertes, bereits ver festigtes Material der gleichen Zusammen setzung wie das Endprodukt, das sich auf einem Vibrationsboden befindet, fallen gelas sen. Der Raum, in welchem die Zerteilung vorgenommen wird, sowie die sich daran an schliessende Kühltrommel werden mit H20- konditionierter, gekühlter Luft durchblasen.
Hierdurch wird der anfänglich noch pla stische Kristallbrei verfestigt und auf eine Temperatur von zirka 20 C gebracht. Das so erhaltene Produkt wird hierauf in einem ge eigneten Brecher zerkleinert und auf die ge wünschte Korngrösse gebracht. Durch Aus siebung wird in bekannter Weise das Korn von Überkorn und Staub getrennt. Staub und eventuell ein Teil des Kornes werden wieder auf den Vibrationsboden zurückgeführt, während das Fertigprodukt unmittelbar nach der Aussiebung abgesaugt werden kann. Die Menge des zurückgeführten Staubes beträgt zweckmässig zirka. 3,5mal so viel wie das frische Material.
Man erhält nach dem Verfahren einen gut streu- und lagerfähigen, zirka 92 % igen bezw. zirka 15,5 % Stickstoff enthaltenden Kalk salpeter, welcher gegenüber dem wasser reicheren bezw. dem bekannten a.mmonitrat- haltigen Ka.lksa.lpeter des Handels eine er heblich bessere Lagerfähigkeit -und Streu fähigkeit aufweist.