DE2437290C3 - Verfahren zur Hochkonzentrierung von Alkalilaugen - Google Patents

Verfahren zur Hochkonzentrierung von Alkalilaugen

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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
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    • B01D3/34—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping with one or more auxiliary substances
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01D—COMPOUNDS OF ALKALI METALS, i.e. LITHIUM, SODIUM, POTASSIUM, RUBIDIUM, CAESIUM, OR FRANCIUM
    • C01D1/00—Oxides or hydroxides of sodium, potassium or alkali metals in general
    • C01D1/04—Hydroxides
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Hochkonzentrierung von Alkalilaugen durch direkte Beheizung mittels durch Verbrennung von Wasserstoff erzeugten Verbrennungsgasen. Unter Hochkonzentrierung soll dabei das Eindampfen von Alkalilaugen mit Anfangsgehalten von etwa 30 — 60% Wasser, bis auf Restwassergehalte von weniger als 1% bei Natronlaugen und weniger als 10% bei Kalilaugen verstanden werden.
An die Verfahren zur Hochkonzentrierung von Alkalilaugen werden die Forderungen gestellt, auf wirtschaftlichste Weise möglichst wasserarme Alkalihydroxide herzustellen, wobei gleichzeitig eine Verunreinigung durch den Hochkonzentrierprozeß möglichst gering gehalten werden soll.
Die zur Zeit am meisten angewandten Verfahren arbeiten mit indirekter Beheizung mittels organischen oder anorganischen Wärmeträgern. Als Werkstoff für die Apparate wird, soweit er mit den eindampfenden Laugen in Berührung kommt, fast ausschließlich Nickel verwendet.
Die weitaus überwiegende Menge der Alkalilaugen wird heute durch Elektrolyse wäßriger Alkalichloridlösungen erzeugt. Diese Laugen enthalten stets geringe Mengen von Chloraten und greifen bei der Hochkonzentrierung auch Nickel erheblich an. Es ist bekannt, den chlorathaligen Laugen zwecks Verminderung des Werkstoffangriffs, reduzierend wirkende organische Substanzen wie Stärke, Zellulose oder vorzugsweise Zucker zuzusetzen.
Natronlaugen mit einem Zusatz von etwa 0,1% Zucker, bezogen auf das Natriumhydroxid, können dann auf einen Restwassergehalt von 1,0 — 0,5% hochkonzentriert werden.
Die Endprodukte enthalten 1—3 ppm Nickel. Durch den Zuckerzusatz wird ihr Gehalt an NajCCh gegenüber dem ohne Zuckerzusatz um etwa 0,4%, bezogen auf das Natriumhydroxid, erhöht. Kalilaugen greifen unter den bei der Hochkonzentrierung herrschenden Bedingungen Nickel viel stärker an als Natronlaugen. Mit einem Zusatz von 0,3-0,5% Zucker, bezogen auf das Kaliumhydroxid, können Endprodukte mit etwa 3 ppm Nickel bei einem Restwassergehalt um 10% erhalten werden.
Der Zuckerzusatz erhöht den K2CO3-Gehalt der Endprodukte um etwa 1,5 — 2,4%, bezogen auf das Kaliumhydroxid.
Es ist bekannt, den Restwassergehalt bis auf etwa 7% zu senken, doch muß dann Silber als Werkstoff
verwendet werden.
Die Nachteile der mit indirekter Beheizung arbeitenden Hochkonzentrierverfahren sind der große apparative Aufwand, der große Platzbedarf und der unbefriedigende thermische Wirkungsgrad.
Neben den Hochkonzentrierverfahren mit indirekter Beheizung sind auch Verfahren bekannt, bei denen die Alkalilaugen durch direkte Einwirkung von trockenen Gasen oder durch direkte Beheizung mittels durch Verbrennung von Wasserstoff erzeugten Verbrennungsgasen eingedampft werden.
So ist es bekannt (DE-AS 17 92 232), feuchte Alkalihydroxide mit bis zu 1% Wassergehalt mit trockenem Wasserstoff in Berührung zu bringen und sie auf diese Weise weiter zu trocknen. Für die Hochkonzentrierung von Alkalilaugen ist dieses Verfahren jedoch wenig geeignet, da dabei der Heizwert des Wasserstoffs nicht genuizt wird.
Es ist auch bekannt, die für die direkte Beheizung notwendigen Heizgase durch Verbrennung von Wasserstoff mittels eines Tauchbrenners zu erzeugen und auf die Laugen einwirken zu lassen (DE-OS 22 55 034).
Der Wasserstoff dient bei diesen Verfahren ausschließlich als Heizgas. Besondere Maßnahmen für die Verbrennung werden nicht offenbart. Es muß daraus geschlossen werden, daß die Verbrennung des Wasserstoffs zwecks optimaler Ausnutzung des Heizwertes mit Luftüberschuß oder zumindest mit der stöchiometrischen Luftmenge erfolgen soll. Dies aber hat, wie in eigener. Versuchen festgestellt wurde, bei der Hochkonzentrierung von Alkalilaugen eine erhebliche Korrosion des Werkstoffs zur Folge. Entsprechende Versuchsergebnisse werden in den Beispielen 1 und 4 mitgeteilt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, den Werkstoff angriff bei den Verfahren mit direkter Beheizung durch die Verbrennungsgase von Wasserstoff zu vermindern.
Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß diese Aufgabe dadurch gelöst werden kann, daß die Verbrennung des Wasserstoffs so durchgeführt wird, daß ein Restgehalt an Wasserstoff im Verbrennungsgas verbleibt und man dieses auf die Lauge einwirken läßt.
Vorzugsweise wird die Verbrennung so durchgeführt, daß 90 — 97% des Wasserstoffs verbrannt werden.
Diese Arbeitsweise hat den Vorzug, daß bei weitestgehender Ausnutzung des Heizwertes des Wasserstoffs ein hinreichend hoher Korrosionsschutz erzielt wird. Der Werstoffangriff ist gleich gering, wie bei den Verfahren mit indirekter Beheizung, wenn auf
so gleiche Restwassergehalte eingedampft wird.
Es hat sich darübe·· hinaus überraschend gezeigt, daß unter den in Beispiel 4 dargelegten Bedingungen Kalilaugen mit einem geringeren Zusatz von Reduktionsmittel auf einen niedrigeren Restwassergehalt als mit den bekannten Verfahren eingedampft werden können.
Die Erfindung wird anhand der F i g. 1 und 2 und den Beispielen 1 - 5 näher erläutert.
Es veranschaulichen F i g. 1 eine einstufige, F i g. 2 eine zweistufige Eindampfungsapparatur in der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorzugsweise vorgeschlagenen Ausführungsart.
Beispiel I
Für die Hochkonzentrierung von Natronlaugen wird die in F i g. 1 schematisch dargestellte Tauchbrennerapparatur benutzt. Sie besteht im wesentlichen aus dem Kessel 1 und dem Tauchbrenner 2. Alle Teile der
Apparatur, die mit den eindampfenden Laugen in In Berührung kommen können, bestehen aus Nickel. Auch das in die eindampfenden Laugen eintauchende Rohr, durch das die Verbrennungsgase eingeleitet werden, besteht aus Nickel. Die Laugen werden mit 0,1% Zucker, bezogen auf Natriumhydroxid, versetzt und kontinuierlich in den Kessel 1 eingespeist Im Tauchbrenner 2 wird Wasserstoff unterstöchiometrisch mit Luft so verbrannt daß der Anteil des nicht verbrannten Wasserstoffs 3-5% beträgt
Die Schmelzen fließen durch einen Oberlauf kontinuierlich aus dem Kessel ab.
Die Endprodukte enthalten weniger als 0,5% Restwasser und weniger als 1 ppm Nickel.
Wird die Verbrennung mit der stöchiometrischen Luftmenge durchgeführt, so werden bei sonst gleicher Arbeitsweise Endprodukte erhalten, die bereits bei 5% Restwasser etwa 6 ppm Nickel enthalten.
Beispiel 2
Jn der in Beispiel 1 beschriebenen Apparatur werden Kalilaugen hochkonzentriert Die Laugen werden mit 0,5% Zucker, bezogen auf Kaiiumhydroxid, versetzt Im Tauchbrenner wird Wasserstoff unterstöchiometrisch so mit Luft verbrannt, daß der Anteil des nichtverbrannten Wasserstoffs 5-10% beträgt Die Endprodukte enthalten bei 10% Restwasser etwa 5 ppm Nickel.
Beispiel 3
Es wird die in Beispiel 1 beschriebene Tauchbrennerapparatur benutzt, jedoch wird das aus Nickel bestehende Einleitungsrohr für die Verbrennungsgase gegen ein aus Silber bestehendes ausgetauscht. Werden in dieser Apparatur Kalilaugen bei gleicher Arbeitsweise wie in Beispiel 2 beschrieben eingedampft, so werden Endprodukte erhalten, die bei 10% Rest wasser 2 —3 ppm Nickel und weniger als 0,5 ppm Silber enthalten.
Beispiel 4
Es wird eine Tauchbrennerapparatur benutzt, die der in Beispiel 1 beschriebenen entspricht, jedoch bestehen alle Teile, die mit den eindampfenden Laugen in Berührung kommen können, aus Silber. Werden in dieser Apparatur Kalilaugen mit G,3 —0,5% Zuckerzusatz bei unterstöchiometrischer Verbrennung des Wasserstoffs, wie in Beispiel 2 beschrieben, eingedampft so werden Endprodukte erhalten, die bei 2—3% Restwasser weniger als 1 ppm Silber enthalten. Wird der Zusatz von Zucker, bei im übrigen gleicher Arbeitsweise, auf 0,15% reduziert so enthalten die Endprodukte bei 3% Restwasser etv/a 2 ppm Silber.
Der Zuckerzusatz verursacht eine Erhöhung des
ίο K2CO3-Gehalts um etwa 0,7%, gegenüber 1J5 - 2,4% bei Anwendung von 03—0,5% Zucker.
Wird dagegen die Verbrennung des Wasserstoffs mit der stöchiometrischen Luftmenge durchgeführt so enthalfen die aus Laugen mit 0,5% Zuckerzusatz gewonnenen Endprodukte bereits bei 12% Restwasser etwa 20 ppm, bei 5% Restwasser schon etwa 40 ppm Silber.
Beispiel 5
Sollen Kalilaugen auf Restwassergehalte von weniger als 10% hochkonzentriert werden, so kann dies nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auch in 2 Stufen durchgeführt werden. Es werden, wie in F i g. 2 schematisch dargestellt 2 Tauchbrennerapparaturen in der Weise hintereinander geschaltet, daß die in Kessel 1 vorkonzentrierten Laugen durch den Überlauf in den Kessel 3 fließen. Die hochkonzentrierten Endprodukte verlassen dun Kessel 3 ebenfalls durch einen Überlauf. Die Ausführung der Vorkonzentrierstufe entspricht der in Beispiel 1, die der Endstufe der in Beispiel 4 beschriebenen.
Die beiden Apparaturen sind, den unterschiedlichen Wasserverdampfungsleistungen entsprechend, verschieden dimensioniert Beispielsweise hat Kessel 3 nur etwa 20% des Volumens von Kessel 1, wenn die Anfangskonzentration der Laugen 50% beträgt In den Kessel 1 werden Kalilaugen mit 0,3 — 0,5% Zuckerzusatz eingespeist Die Verbrennung des Wasserstoffs wird so durchgeführt daß in Brenner 2 3 — 5%, in Brenner 4 5-10% unverbrannt bleiben. Im Kessel 1 werden die Laugen bis auf Restwassergehalte von 17 — 15% vorkonzentriert Die in Kessel 3 gewonnenen Endprodukte enthalten bei 2 — 3% Restwasser weniger als 3 ppm Nickel und weniger als 1 ppm Silber.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Hochkonzentrierung von Alkalilaugen durch direkte Beheizung mittels durch Verbrennung von Wasserstoff erzeugten Verbrennungsgasen, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennung des Wasserstoffs so durchgeführt wird, daß ein Restgehalt an Wasserstoff im Verbrennungsgas verbleibt und man dieses auf die Länge einwirken läßt
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der unterstöchiometrischen Verbrennung 90—97% des Wasserstoffs verbrannt werden.
DE19742437290 1974-08-02 1974-08-02 Verfahren zur Hochkonzentrierung von Alkalilaugen Expired DE2437290C3 (de)

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