DE562819C

DE562819C - Herstellung von Tonerde, Natriumkarbonat und Chlorwasserstoff

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Publication number: DE562819C
Application number: DEG73644D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1928-06-21
Filing date: 1928-06-21
Publication date: 1932-11-01

Description

Herstellung von Tonerde, Natriumkarbonat und Chlorwasserstoff Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Tonerde, Natriumkarbonat und Chlorwasserstoff aus tonerdehaltigen Rohstoffen und bezweckt, das Herstellungsverfahren dahingehend weiter auszubilden, daß seine Durchführung erleichtert, die Ausbeute erhöht und eine größere Reinheit der Erzeugnisse erzielt wird als bisher. Bei einem bekannten Verfahren werden vorher calcinierte tonerdehaltige Rohstoffe mittels schwefelhaltiger Gase iin Schachtofen zunächst in Aluminiumsulfat umgewandelt. Das erhaltene Aluminiumsulfat wird mittels Natriumchlorid und Kohle und durch Erhitzen in Gegenwart von Dampf unter Austreibung von Chlorwasserstoffsäure in Natriumsulfat übergeführt. Schließlich wird die durch Auslaugen erhaltene Aluminiumsulfatlösung mit Kohlendioxvd behandelt und dadurch in Aluminiumhvdroxvd und Natriumkarbonat verwandelt.
Nach der Erfindung wird dieses bekannte Verfahren durch mehrere zusätzliche Maßnahmen vervollständigt, welche als Vorbereitung für die Gewinnung und Weiterverarbeitung des Aluminiumsulfats dienen, und den späteren Verlauf des Verfahrens, insbesondere hinsichtlich der Ausbeute und Reinheit der Erzeugnisse, günstig beeinflussen. Die Erfindung besteht darin, daß die calcinierten Ausgangsstoffe brikettiert und während der Einwirkung der Schwefeldioxydgase und anderer Verbrennungsprodukte, insbesondere Stickoxydgase, mit kaltem Wasser berieselt werden, das gebildete Aluminiumsulfat durch Auslaugen mit heißem Wasser und Schwefelsäure angereichert und diese Lösung vor der weiteren Verarbeitung durch thermische Zersetzung in poröses Aluminiumsulfit übergeführt wird.
Das Brikettieren der calcinierten Ausgangsstoffe hat den Vorteil, daß in dem Schachtofen ein ungehinderter Durchzug der Gase und Dämpfe durch die Rohstoffe gewährleistet wird, so daß die Rohstoffe überall gleichmäßig der Einwirkung dieser Gase ausgesetzt werden, während bei der bisher üblichen Verwendung nicht brikettierter Rohstoffe die Beschickung des Schachtofens praktisch für die Gase beinahe undurchlässig ist. Diese Maßnahme des Brikettierens der Rohstoffe hat im Zusammenhang mit der Berieselung mit kaltem Wasser eine wesentlich schnellere und stärkere Anreicherung der Rohstoffe mit Aluminiumsulfat und Kieselsäure zur Folge, als sie bei dem bekannten Verfahren erzielt werden kann. Soweit im unteren Teil des Schachtofens die Schwefeldioxyd- und Stickoxydgase noch nicht verbraucht sind; werden sie durch die Berieselung mit kaltem `Wasser im oberen Teil des Schachtofens restlos absorbiert, so daß sich eine Säurelösung ergibt, welche dem Rohstoff in gleichmäßiger Verteilung zugeführt wird.
Das Auslaugen der aus dem Schachtofen entnommenen Brikette in heißem Wasser mit Schwefelsäure bewirkt die Auflösung der etwa vorhandenen deshydrierten oder basischen Aluminiumsulfate und hat außerdem zur Folge, daß ein höherer Prozentsatz von Aluminiumsulfat extrahiert wird, als wenn in der üblichen Weise die neutrale Lösung des Aluminiumsulfats den Rohstoffen entzogen wird.
Die thermische Zersetzung des Aluminiumsulfats wird in einem besonderen Ofen bei einer Temperatur von etwa 500' C vorgenommen. Das sich ergebende Aluminiumsulfit (A1203 . S 03) ist eine trockene, poröse, bröckelige imd etwas hygroskopische Masse, welche leicht zerkleinert und für die weitere Verarbeitung brikettiert werden kann und auch bei erheblicher Hitzebeanspruchung ihre Brikettform beibehält. Ein weiterer Vorteil der thermischen Zersetzung besteht darin, daß hierbei Dampf und Schwefeltrioxyd erzeugt werden, welche in den Schachtofen eingeführt werden. Auf diese Weise werden zwei Drittel des in dem Schachtofen erforderlichen Schwefels ohne eine besondere Anlage im Kreislauf gewonnen. Zugleich hat die Maßnahme der thermischen Zersetzung den Erfolg, daß das erhaltene Aluminiumsulfit leichter in Natriumaluminat umgesetzt werden kann als das Aluminiumsulfat, und die Endprodukte in bedeutend reinerem Zustand erhalten werden als bisher.
Im nachfolgenden ist in einem praktischen Beispiel das Verfahren nach der Erfindung näher erläutert, und zwar an Hand der Zeichnung, welche die für die neuen Maßnahmen wesentlichen Bestandteile der Anlage wiedergibt.
Abb. i der Zeichnung zeigt den Schachtofen und den zur thermischen Zersetzung des Aluminiumsulfats dienenden Ofen teilweise in Ansicht, teilweise in senkrechtem Schnitt.
Abb. 2 ist ein Schnitt nach der Linie 2-a der Abb. i.
Als Rohstoff möge ein Ton von folgender Zusammensetzung verwendet werden 53,4 Gewichtsteile Si 02, 30,84 Gewichtsteile A1203, 3,oo Gewichtsteile unlösliche Bestandteile, i3,oo Gewichtsteile Wasser.
Dieser Rohstoff wird zunächst brikettiert und getrocknet, danach wird er in bekannter Weise allmählich bis zu beginnender Rotglut calciniert, um das darin enthaltene Wasser möglichst restlos zu entfernen. Hierbei muß jedoch darauf geachtet werden, daß die Brikette eine genügende Härte behalten, damit sie in dem Schachtofen unter der Last der Beschickung nicht zerdrückt werden. Die fertigen Brikette sind äußerst porös, so daß sie Wasser und Säure in großen Mengen aufnehmen können.
Die Brikette werden in den Schachtofen io gebracht. Dieser ist mit einer oberen Öffnung ii versehen, durch welche er in regelmäßigen Zeitabständen beschickt werden kann. Die fertig behandelten Brikette werden aus dem unteren Teil des Schachtofens entnommen. In der Nähe des oberen Endes ist in dem Schachtofen eine Traufe 9 angeordnet, mittels welcher die Beschickung des Schachtofens mit kaltem Wasser berieselt wird. Durch einen seitlichen Rost 12 im unteren Teil des Schachtofens werden ununterbrochen heißer Dampf, Luft, Schwefeltrioxyd, Schwefeldioxyd, Stickoxyd mit noch mehr oder weniger anderen Verbrennungsprodukten aus dem Ofen 13 im Gemisch zugeführt. Dieses Gasgemisch wird durch einen an den oberen Teil des Schachtofens angeschlossenen Exhaustor 14 durch die Beschickung des Schachtofens hindurchgesaugt. Die Gase müssen natürlich in einer zur Bildung überschüssiger Schwefelsäure für die Sulfatisierung des Rohstoffes ausreichenden Mengen zugeführt werden. Die Schwefel- und Stickoxyde werden von den calcinierten Rohstoffen absorbiert, während der größte Teil des Kohlendioxyds und des Stickstoffes durch den Exhaustor abgeführt wird. Im oberen Teil des Schachtofens werden durch das aus der Traufe g kommende kalte Wasser praktisch alle von den calcinierten Rohstoffen nicht aufgenommenen Schwefel- und Stickoxyde absorbiert. Die sich so ergebende Säurelösung wird dann an die calcinierten Rohstoffe abgegeben und nach Maßgabe der Abwärtsbewegung der Beschickung zunehmend konzentriert und erhitzt. Die Schwefelsäure wirkt auf die tonerdehaltigen Rohstoffe, während die Stickoxyde für die weitere Behandlung freigegeben werden. Der aufwärts steigende Dampf wird im oberen Teil des Schachtofens kondensiert. Die zunehmende Erhitzung bewirkt, daß die stets im Überschuß zusammen mit Dampf vorhandene Schwefelsäure die tonerdehaltigen Rohstoffe in ausgedehntem Maße zersetzt. Im unteren Teil des Schachtofens wird durch die Hitze sowie durch das freie Schwefeltrioxyd und die überschüssige Schwefelsäure die Kieselerde abgeschieden. Die Erhitzung wird hierbei so geregelt, daß diese Wirkungen stattfinden, ohne daß das gebildete Aluminiumsulfat zersetzt wird. Schließlich werden die mit Sulfaten und Kieselsäure stark angereicherten Brikette aus dem Schachtofen entfernt. Der Verlauf der verschiedenen Reaktionen in dem Schachtofen kann durch Regelung der die Gase entwickelnden Feuerung, der Wasserberieselung, der Wirkung des Exhaustors und der Beschickung nach Belieben beeinflußt werden.
Die Behandlungsdauer der Brikette in dem Schachtofen beträgt etwa drei bis vier Tage. Nach dem Herausnehmen aus dem Schachtofen werden die Brikette mit heißem Wasser und Schwefelsäure ausgelaugt, wodurch die Auflösung der etwa vorhandenen deshydrierten oder basischen Aluminiumsulfate gewährleistet wird. Diese Lösung wird dann mittels einer Reihe von nicht dargestellten Auslaßtanks konzentriert, wobei in dem letzten Tank immer frische Brikette gehalten werden, während das freie säurehaltige heiße Wasser ständig in dem die ausgelaugten Rückstände enthaltenen Tank verwendet wird. Während dieser wiederholten Konzentration mittels der überschüssigen Wärme der verschiedenen Öfen wird aus der Lösung ein großer Teil des etwa entstandenen Calciumsulfats entfernt. Es wird somit eine hochkonzentrierte Lösung von Aluminiumsulfat dauernd erhalten, welche je nach dem verwendeten Rohstoff mehr oder weniger Sulfate von Eisen und Magnesia enthält.
Bezogen auf ioo kg des calcinierten Rohstoffes ergeben sich durch die oben beschriebenen Maßnahmen etwa 116 kg Aluminiumsulfat, wobei etwa ioo kg Schwefelsäure verbraucht wurden.
Aus diesen 116 kg Aluminiumsulfat werden in der folgenden Weise etwa 51 kg Aluminiumsulfit und 66,6 kg Schwefelsäure für die Wiederverwendung im Schachtofen gewonnen. Die hochkonzentrierte Lösung wird unmittelbar über dem Ofen 13 in einem Behälter gesammelt und aus diesem Behälter in ununterbrochenem feinem Strom in den Ofen geleitet, wo das Aluminiumsulfat nach der Formel Ale (SO4)s = A1203 ' S03 "--;- 2 S03 in Aluminiumsulfit und Schwefeltrioxyd thermisch zersetzt wird. Hierbei entsteht als Nebenprodukt Wasserdampf, welcher zusammen mit dem Schwefeltrioxvd und den Verbrennungsprodukten des Ofens 13 in den Schachtofen io geleitet und so dauernd im Kreislauf gehalten wird. Auf diese `reise werden zwei Drittel des erforderlichen Schwefels ohne besondere Anlage bequem und einfach gewonnen. Die thermische Zersetzung des Aluminiumsulfats in dem Ofen 13 ist bei beginnender Rotglut, d. h. bei einer Temperatur von etwa 3oo bis 500' C, beendet. Das gewonnene Aluminiumsulfit ist eine trokkene, poröse, bröckelige und etwas hygroskopische Masse, die leicht zermahlen und für die `'Weiterbehandlung brikettiert werden kann.
Die etwa vorhandenen Calcium- und Magnesiumsulfate bleiben während der thermischen Zersetzung des Aluminiumsulfats unverändert, jedoch wird das Eisensulfat der gleichen Umsetzung unterworfen nie das Aluminiumsulfat.
Das gewonnene Aluminiumsulfit wird in der gleichen «'eise weiterverarbeitet wie bei dem bekannten Verfahren das Aluminiumsulfat. Bezogen auf ioo kg des calcinierten Ausgangsproduktes bzw. 51 kg Aluminiumsulfit ergeben sich zahlenmäßig bei der Durchführung der weiteren Verfahrensmaßnahmen folgende Verhältnisse Die gewonnenen 51 kg Aluminiumsulfit werden mit 38,5 kg Natriumchlorid und 8,05 kg Kohlenstoff und einer genügenden Menge Wasser brikettiert. Die Brikette werden in geschlossenen Behältern zunächst auf eine Temperatur von etwa 300' C erhitzt, wodurch nach der Formel A1203 SO; NaC1 H20 = Na2S04 -E- 2 H Cl -}- Ale 03 34,5 kg Aluminiumoxyd, 48 kg Natriumsulfat und 24,5 kg Chlorwasserstoffsäure in Gasform gebildet werden. Letztere wird abgeleitet und kondensiert. Die verbleibenden Brikette enthalten außer den genannten Bestandteilen noch Kohle, ferner geringe Mengen Fe203 und andere Verunreinigungen. Die Brikette werden nunmehr in einen Drehofen gebracht und auf Rotglut, d. h. auf etwa 8oo ° C, erhitzt. Hiernach ergeben sich 34,5 kg Aluminiumoxyd, 26,2 kg Natriumsulfid und 3o kg Kohlendioxyd nach der Le Blancschen Reaktion: Na, S04 ,'- 2 C = Na, S -T 2 C02.
Das Fe. 0, wird zu Fe -E- CQ und das etwa vorhandene Ca S 0, zu . Ca S. reduziert. Eine Reduktion des Magnesiumsulfats findet nicht in nennenswertem Umfange statt. Das Kohlendioxyd wird abgeführt und durch den Ofen 13 in den Schachtofen io geleitet. Hiernach werden die Brikette in dem Drehofen auf i2oo ° C erhitzt, wobei nach der Formel A12,03 ± Na2S -[- H2,0 =A1203 -Na, 0 -@ H, S etwa 6o,5 kg Natriumaluminat und 11,3 kg Schwefelwasserstoff gebildet werden. Die 11,3 kg Schwefelwasserstoff werden für die Verwendung im Schachtofen zu S02 und H20 verbrannt.
Die .erhaltenen 6o,5 kg Natriumaluminat werden in Wasser aufgelöst und dann gefiltert. Hiernach werden 3o kg Kohlendioxyd von der vorhergehenden Reaktion zu der Natriumaluminatlösung hinzugefügt, wodurch gemäß der Reaktion Al203 - Na20 -F- C02 --E- 3 H20 = 2 Al (0H)3 -f- Na2C03 53 kg Aluminiumhydroxyd und 35,5 kg Natriumkarbonat in Lösung gewonnen werden. Die Tonerde wird durch Dekantieren gewaschen und ist dann fertig für die Reduktion zu Metall. Die Natriumkarbonatlösung wird in der üblichen Weise konzentriert und weiterverarbeitet.

Claims

PATENTANSPRUCH: Herstellung von Tonerde, Natriumkarbonat und Chlorwasserstoff durch Umwandlung vorher calcinierter tonerdehaltiger Rohstoffe in Aluminiumsulfat mittels Schwefeldioxyd und Stickoxyden im Schachtofen, Überführen des erhaltenen Aluminiumsulfats in Natriumaluminat mittels Natriumchlorid und Kohle bei "höherer Temperatur in Gegenwart von Wasserdampf und Behandlung der nach Auslaugen erhaltenen Aluminatlösung mit Kohlendioxyd, dadurch gekennzeichnet, daß die cälcinierten Ausgangsstoffe brikettiert und während der Einwirkung der Schwefeldioxyd- und Stickoxydgase mit kaltem Wasser berieselt werden, dann das gebildete Aluminiumsulfat durch Auslaugen mit heißem Wasser und Schwefelsäure angereichert und diese Lösung vor der weiteren Verarbeitung durch thermische Zersetzung in poröses Aluminiumsulfit übergeführt wird.