DE2414182A1 - Verfahren zur kontinuierlichen herstellung von gips aus abfallschwefelsaeure - Google Patents
Verfahren zur kontinuierlichen herstellung von gips aus abfallschwefelsaeureInfo
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Description
1A-625 23. März 1974
ISHIHiRA SA]JGYO KAISHA LTD., Osaka, Japan
Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Gips aus
Abfallschwefelsäure
Die Erfindung "betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung
von Gips aus A"bfallschwef elsäure durch neutralisation
mit einer CalciumverMndung.
Bei verschiedenen industriellen Verfahren fällt Schwefelsäure im Abwasser an und diese führthäufig zu Umweltverschmutzungen.
Während der Herstellung von Titandioxyd nach dem Sulfatverfahren wird z. B. Abfallschwefelsäure gebildet. Ferner enthält
auch die Abfallbeizsäure verschiedener Stahlreinigungsverfahren Schwefelsäure. Es ist daher erforderlich, diese schwefelsäurehaltigen
Abwässer vor dem Entlassen in Öffentliche Gewässer von der Schwefelsäure zu befreien. Ein herkömmliches
Verfahren zur Vermeidung von Umweltverschmutzung durch Schwefelsäure besteht darin, die Schwefelsäure mit einer Calciumverbindung
zu neutralisieren und dabei den Sehwefelsäuregehalt des Abwassers in Form von Gips (Calciumsulfat) zurückzugewinnen.
Dieses Verfahren hat verschiedenste Vorteile. Calciumverbindungen sind leicht zugänglich und wirtschaftlich und außerdem'
ist der gebildete Gips äußerst wertvoll für die Anwendung auf verschiedensten industriellen Gebieten.
Es ist allerdings im allgemeinen erforderlich, daß der gebildete Gips aus groben rechteckigen säulenförmigen Kristallen
besteht. Eine solche Kristallform erleichtert die Dehydrati-
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sierung und Filtration, und vereinfach die Klärung.
Es ist bereits ein Semihydrat-Dihydrat-Verfahren zur Herstellung
von Gips in Form grober rechteckiger säulenförmiger Kristalle bekannt. Dieses Verfahren hat jedoch wirtschaftliche
Nachteile, da hierbei die Reaktionsmischung erhitzt werden muß, was zu einem hohen Energieverbrauch führt.
Es ist ferner bekannt, daß der Anteil an groben rechteckigen säulenförmigen Kristallen im gebildeten Gips erhöht werden
kann, indem man die Bildung neuer Kristallkeime senkt oder den Grad der Übersättigung des gelösten Calciumsulfate in der
Reaktionsmischung verringert. Dies wurde verwirktlicht, indem man eine niedrige Konzentration der Säure wählte, sowie eine
geringe Einleitungsgeschwindigkeit und indem man in Gegenwart von Gipskristall-keimen arbeitete und für eine genügende Verweilzeit
sorgte, damit die Gipskristalle wachsen konnten.
Bei diesem Verfahren ist jedoch die Produktionskapazität der Apparatur sehr gering wenn Gips hoher Qualität erzeugt werden
soll, da erhebliche Mengen überschüssigen Wassers für die Verdünnung der Säure erforderlich sind..
Daher besteht nach wie vor ein Bedürfnis nach einem Verfahren der genannten Art mit dem große grobe rechteckige säulenförmige
Gipskristalle ohne eine übergroße Menge Wasser erhalten werden' können.
Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein leistungsfähiges
und wirtschaftliches kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von Gips hoher Qualität in Form grober Kristalle
unter Verwendung von Abfallschwefelsäure zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man eine Calciumverbindung mit einer Aufschlämmung von Gipskristallkeimen
im Gewichtsverhältnis von 0,1 - 0,01, gemessen
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als CaO "bzw. als CaSO, · 2H2O, mischt und daß man
(b) diese Mischungsaufschlämmung und Abfallschwefelsäure durch
zwei voneinander getrennte Einlasse in mindestens einen Reaktionstank einleitet und dabei den Tankinhalt in im wesentlichen
horizontaler Richtung derart rührt, daß in vertikaler Richtung nur eine geringe Mischung zustandekommt und daß
am Boden des Tanks und an der Oberfläche der Flüssigkeit eine geringe Rührwirkung eintritt,
wobei die Aufschlämmungsmischung einerseits und die Abfallschwefelsäure
andererseits mit Reaktionsmedium verdünnt werden bevor sie sich gegenseitig kontaktieren und wobei ein relativ
großer Unterschied zwischen dem Calciumgehalt in der Reaktionsmischung und dem Schwefelsäuregehalt in der Reaktionsmischung besteht und daß man
(c) den Überlauf der Reaktlonsmischung an einem Auslass
entnimmt, welcher vom Einlass der Abfallschwefelsäure soweit entfernt ist, daß die Verweilzeit 0,3-3 Stunden beträgt,
wobei eine geringe Reaktionsgeschwindigkeit und ein Initiieren der Reaktion in der Nähe der Gipskristallkeime gewährleistet
sind, so daß grobe Gipskristalle gebildet werden.
Vorzugsweise sind die Einlasse für die Schwefelsäure und
die Gipsaufschlämmung vertikal voneinander getrennt. Die Reaktion
findet vorzugsweise in der Mitte des Reaktionstanks statt, d. h. unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche und oberhalb des ·
Bodens des Tanks. Ein Teil der gebildeten Gipsaufschlämmung wird im Kreislauf zurückgeführt und dient als Kristallkeim- .- '
aufschlämmung.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann ausgezeichnet kontinuierlich durchgeführt werden. Man erhält Gips hoher Qualität.
Eine Umweltverschmutzung durch Schwefelsäure kann vollständig unterbunden werden. Das Verfahren ist sehr leistungsfähig und
wirtschaftlich. Die Gipskristalle sind grob und zeigen rechteckige
Säulenform. Eine Verdünnung, Konzentrierung oder Aufheizung ist nicht erforderlich. Es können große Mengen Abfallschwefelsäure
in einer relativ kompakten wirtschaftlichen und
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leistungsfähigen Apparatur verarbeitet werden. Die Arbeitsweise ist einfach, und erfordert lediglich eine spezifische
Mischtechnik. Die Mischungsaufschlämmung wird durch einen Einlass nahe dem Boden des Tanks eingeleitet und die Abfallschwefelsäure
wird durch einen Einlass nahe der Oberfläche der Reaktionsmischung eingeleitet, so daß ein direkter Kontakt
der beiden eii^Leiteten Flüssigkeiten vermieden wird. Das
Rühren muß lediglich so stark sein, daß ein Absetzen der Peststoffteilchen der Mischung verhindert wird. Die Reaktion
der ealeiumhaltigen Komponente mit der Abfallschwefelsäure wird derart geleitet, daß ein Konzentrationsgradient zwischen
dem Einlass der Aufschlämmungsmischung und dem Einlass der Abfallschwefelsäure aufgebaut wird und eine durchschnittliche
Verweilzeit der Reaktionsmischung im Reaktionstank von etwa 0,3 - 3 h aufrechterhalten wird. Unter diesen Bedingungen erhält
man die gewünschten groben Gipskristalle.
Man kann verschiedene Abfallschwefelsäurelösungen einsetzen. Insbesondere eignen sich solche mit einem Eisengehalt, welche
bei verschiedenen industriellen Verfahren, wie z. B. beim Stahlreinigen, anfallen. Eine andere geeignete Schwefelsäure
wird bei der Herstellung von Titandioxyd nach dem Sulfatverfahren gewonnen. Eine solche Abfallschwefelsäure enthält etwa
50 - 400 g/l freie H2SO. und etwa 5-50 g/l Pe und zusätzliche
geringe Mengen anderer Metallkomponenten. Perner kann man Abfallbeizsäuren verwenden, welche etwa 10 - 300 g/l
freie Schwefelsäure und etwa 10 - 300 g/l Pe enthalten. Perner eignen sich auch verdünnte Abfallschwefelsäure oder
andere Abfallschwefelsäuren ähnlicher Zusammensetzung, welche
mehr als die Hälfte der Gesamtschwefelsäurekomponenten in Porm freier Schwefelsäure enthalten, und zwar in Mengen von
mehr als 10 g/l der Lösung. Wenn jedoch die freie Schwefelsäure in einer Menge von mehr als 160 g/l vorhanden ist, so
kann eine Verdünnung erforderlich sein.
Als Calciumverbindungen kommen Calciumcarbonat, Calciumhydroxyd,
Calciumoxyd oder dgl. in Präge und insbesondere
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Kalkstein, gelöschter Kalk, Ätzkalk, Carbidschlamm oder
Zementofenstau"b, welche in Form von wässrigen Aufs chi ämmungen
oder von feinen Pulvern eingesetzt werden. Bevorzugt ist eine Aufschlämmung mit etwa 50 - 150 g/l der KalkverMndung, 'berechnet
als GaO.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Reaktionstank
verwendet, welcher mit einem Mischrührer ausgerüstet ist.
Dieser Tank wird mit einer Reaktionsmischung bei MOrmaltemperatür
und Normaldruck gefüllt. Die Ausgangsmaterialien bestehen aus Abfallschwefelsäure und aus einer Mischung der
Caleiumkomponente und Gripskristallkeimen und werden in Einlassöffnungen
eingeleitet, welche in vertikaler Richtung voneinander getrennt sind. Die Einleitung erfolgt kontinuierlich.
Eine entsprechende Menge umgesetzter Reaktionsmischung wird aus dem Reaktionsgefäß entlassen. Die entlassene Reaktionsmischung
wird in eine überstehende Flüssigkeit und eine konzentrierte Aufschlämmung getrennt. Dies geschieht
unter Verwendung einer Eindickvorrichtung oder unter Verwendung eines Hydrocyclone.
Ein Teil der konzentrierten Aufschlämmung wird als Kristallkeimaufs
chlämmung zurückgeführt. Man kann eine Anlage mit einem einzigen Reaktionsgefäß verwenden. Bevorzugt ist jedoch
eine Anlage mit einer Reihe von mindestens drei Reaktionstanks im industriellen Verfahren. Dabei werden die Abfallschwefelsäure
und die Calciumkomponente in jeden Tank eingeleitet und die G-ipskristallkeimaufschlämmung wird in
den ersten Tank eingeleitet, worauf die Reaktionsmischung des ersten Tanks in den zweiten Tank und in ähnlicher Weise
in nachfolgende Tanks als Kristallkeimaufschlämmung eingeleitet
wird.
Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht in einer neuartigen und äußerst wirkungsvollen Mischtechnik im Reaktionstank. Dabei wird z. B. (1) die Calciumkomponente mit
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der Gipskristallkeimaufschlämmung unter Bildung einer gemischten Aufschlämmung vermischt, bevor diese in den Reaktionstank
eingeleitet wird. (2) Die gemischte Aufschlämmung und die Abfallschwefelsäure werden getrennt in die Reaktionsmischung
eingeleitet, und zwar durch verschiedene vertikal voneinander getrennte Einlassöffnungen, so daß eine direkte
Durchmischung vor Verdünnung mit der Reaktionsmischung vermieden wird. (3) Die Reaktionsmischung wird relativ langsam
gerührt. Die Rührleistung muß gerade ausreichen, um ein Absetzen der Feststoffteilchen zu verhindern.
Der Rührer wird etwa im Mittelbereich des Tanks angeordnet und rührt im wesentlichen in horizontaler Ebene, so daß die
Reaktionsmischung nahe der Oberfläche und die Reaktionsmiselrang
nahe dem Boden des Tanks nur sehr schwach gerührt werden. Die gemischte Aufschlämmung wird durch einen Einlass
nahe des Bodens des Tanks eingeleitet und die Abfallschwefelsäure wird durch einen Einlass nahe der Oberfläche der Reaktionsmischung
eingeleitet. Auf diese Weise kommt es zunächst zu einer Verdünnung der eingeleiteten gemischten Aufschlämmung
und der eingeleiteten Abfallschwefelsäure bevor diese die Reaktionszone im mittleren Bereich des Tanks erreichen, wo der
Kontakt stattfindet und gerührt wird. Es wird ein Differentialgradient zwischen der Calciumkomponente und der Abfallschwefelsäure
aufrecht erhalten, und zwar im wesentlichen im Mittelbereich des Tanks im diffundierten oder verdünnten Zustand.
Die Bewegungsgesehwindigkeit der Mischung beträgt 1-10 m/sec im Mittelbereich und 0,5 - 30 cm/sec und vorzugsweise
1-10 cm/sec nahe der Oberfläche und nahe dem Boden des Tanks, so daß der pH-Unterschied zwischen dem Oberflächenbereich und
dem Bodenbereich des Tankinhalts mehr als 1,0 beträgt. Darüber hinaus können weitere Reaktionsbedingungen dadurch eingestellt
werden, daß man die Tankform, die Rührbedingungen und die Strömungsgeschwindigkeit der Reaktionsmischung richtig
auswählt.
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Das Mischen der CaIciumverbindung mit der Gipskristallkeimaufschlämmung
kann in einer "beliebigen Stufe vor Einleitung der Aufschlämmungsmischung in den Tank erfolgen. Die Calciumverbindung
liegt gewöhnlich in Form einer Aufschlämmung vor,
so daß eine gleichförmige Durchmischung leicht erfolgen kann, ohne daß ein Yormischungstank erforderlich ist. Das Durchmischen
kann leicht durch direktes Einleiten der Aufschlämmung
der Calciumverbindung in die Rohrleitung erfolgen, in der
die Kris tallkeiinauf schlämmung dem Reakti ons tank zugeführt wird. Die gemischte Aufschlämmung wird direkt durch diese
Rohrleitung in den Reaktionstank eingeleitet.
Die Einleitung der Reaktionsmischung erfolgt durch eine Einlassöffnung
in der Nahe des Tankbodens, welche eine große Entfernung vom oberen Einlass für die Abfallschwefelsäure hat,
so daß die Einleitung der beiden Flüssigkeit in den Tank gemäß den Erfordernissen des Verfahrens erfolgt. Im praktischen Betrieb,
wird die Lage der Einlassöffnungen derart gewählt, daß ein unmittelbarer Kontakt der Aufschlämmungsmischung und der'
Abfallschwefelsäure vor der notwendigen spezifischen Diffusion im Reaktionsmedium vermieden wird. Die Diffusion in das Reaktionsmedium
wird durch die Form des Tanks sowie durch die Rührbedingungen und die Strömungen der Lösungen im Tank beeinflusst.
Ein langgestreckter Tank mit einem Verhältnis von Höhe zu Durchmesser von mehr als 1 und vorzugsweise 1-3 und speziell
1-2 ist optimal.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird ein langgestreckter
Reaktionstank verwendet, welcher mit einem Rührer ausgerüstet ist, der in vertikaler Richtung eine geringstmögliche
Rührleistung zeigt. Die Aufschlämmungsmischung wird durch einen Einlass nahe des Bodens dieses Tanks eingeleitet;, während
die Abfallschwefelsäure durch einen Einlass nahe der Oberfläche oder kurz unterhalb der Oberfläche der Reaktionsmischung eingeleitet wird. Nachfolgend wird die Reaktionsmischung
durch einen überlauf entnommen. Dieser Auslass ist an einer Stelle angeordnet, welche vom Einlass der Abfall-
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schwefelsäure entfernt ist.
Beim Betriet) kommt.es zu einer Diffusion der Aufschlämmungsmisehung,
welche eine hohe Viskosität hat und eine hohe spezifische Dichte in die Reaktionsmischung, und zwar in einem
Aufwärtsstrom, während die Abfallschwefelsäure, welche leicht
diffundiert, abwärts in die Reaktionszone diffundiert, so daß es hierbei zu einer Reaktion mit der Calciumverbindung unter
optimalen Mischbedingungen kommt. Der Rührer soll so gewählt werden, daß in horizontaler Ebene ein maximaler Rühreffekt
gewährleistet wird, und zwar etwa im Mittelbereich des Tanks, während in vertikaler Richtung eine minimale Rührleistung
zustandekommt. Durch diese Maßnahme wird eine geringstmögliche Rührung der Reaktionsmischung am Boden des Tanks oder nahe der
Oberfläche der Reaktionsmischung gewährleistet.
TJm die Aufs chi ämmungsmischung in den Tank einzuleiten, und zwar
unterhalb der Oberfläche der Reaktionsmischung und insbesondere an oder nahe dem Boden des Tanks, ist es erforderlich, die
Aufschlämmungsmischung durch ein vertikales Rohr mit großem Durchmesser einzuleiten, welches an einer geeigneten Stelle
des Tanks ausmündet, wobei man sich den Effekt des Druckun-■fecschieds
durch die JFlüssigkeitshöhe zunutze macht. Eine solche Verfahrensweise ist im Vergleich zum Einleiten mittels
eines Pumpensystems günstig.
Im obigen Reaktionssystem ist die Reaktionsgeschwindigkeit
der Calciumverbindung mit der Schwefelsäure sehr groß. Bei einer solchen großen Reaktionsgeschwindigkeit war es bisher
unmöglich, eine vollständige Durchmischung im kontinuierlichen Verfahren und insbesondere in einem Reaktionsgefäß im industriellen
Maßstab zu bewirken.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das obige bekannte Prinzip in umgekehrter Weise ausgenützt, wobei ein Konzentrationsgradient
zwischen der Calciumverbindung und der Abfallschwefelsäure im Reaktionstank aufgebaut wird, wobei die
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Calciumkomponente mit der Abfallschwefelsäure im Zustand der Verdünnung mit der Reaktionsmischung reagiert. Auf diese Weise
wird eine lokale Übersättigung mit Calciumsulfat verhindert.
Palis solche Bedingungen -nicht einge'halten werden, steigt die
Konzentration der Calciumkomponente und der Schwefelsäure örtlich an und die Reaktion unter Bildung von CaSO. läuft mit
hoher Geschwindigkeit an dieser Stelle ab, wodurch eine übermäßige
Übersättigung mit CaSO. auftritt. Hierdurch kommt es zu einer Bildung einer großen Menge von Kristallkeimen, so daß
die ungewünschten feinen Gipskristalle erhalten werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zeigen die Konzentration der Calciumkomponente und die Konzentration der Abfallschwefelsäure
Gegenstromkonzentrationsgradienten, so daß die Reaktionsgeschwindigkeit innerhalb der gesamten Reaktionsmischung
gleichförmig ist.
Die Calciumkomponente wird wie bereits ausgeführt zuvor mit den Gipskristallkeimen vermischt, so daß sich die Kristallkeime
in der Fähe der Calciumkomponente befinden, wobei es zu einer erwünschten Kristallisation unter Ausbildung großer Kristalle
kommt. Demgemäß kann das Gesamtvolumen des Reaktionstanks
für die Reaktion und die nachfolgende Kristallisation ausgenützt werden.
Man kann die Mischbedingungen und die erfindungsgemäßen Reaktionsbedingungen
auch bei einem Reaktionstank von industriel-' len Abmessungen verwirklichen, so daß es möglich ist, grobe
Kristalle im industriellen Maßstab zu erhalten, obgleich doch die durchschnittliche Verweilzeit θ extrem kurz ist. Hierbei
wird eine erhöhte Menge an Abfallschwefelsäure pro Volumeneinn.ieit
des Reakt ions tanks umgesetzt.
Gesamtvolumen,des Reak-
θ (Stunden·) =
Strömungsgeschwindigkeit der Reak tionsmischung am Auslaß '(^/)
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Bei- herkömmlichen Verfahren ist eine durchschnittliche Verweilzeit
von mehr als 3 h erforderlich. Bei dem erfindungs-•gemäßen
Verfahren genügt jedoch eine Verweilzeit von 8 = 0,3 - 3 h.
Die Menge an gebildetem Gips pro Volumeneinheit des Reaktionstanks hängt ab von der durchschnittlichen Verweilzeit und
-von der Konzentration der Abfallschwefelsäure.
Selbst wenn die Konzentration der Abfallschwefelsäure die gleiche ist wie bei einem herkömmlichen Verfahren, so wird
doch die Menge an gebildetem Gips wesentlich erhöht, und zwar je nach Senkung der durchschnittlichen Verweilzeit. Die Geschwindigkeit
der Zugabe von Kristallkeimen und die Konzentration des Gipses können je nach Wunsch in einem weiten Bereich
eingestellt werden.
Wenn die Aufschlämmung im Kreislauf geführt wird, und als Quelle für die Kristallkeime dient, oder wenn die AufseELämmung
der Reaktionsmischung aus dem vorhergehenden Tank als Kristallkeimquelle für die nachfolgenden Tanks in einem Mehrtanksystem
verwendet wird, so genügt· in der Real das Ver- ' hältnis (f) der Menge der. Calciumkomponente zur Menge der
Kristallkeime in jedem Tank der Beziehung
„ _ /Menge der Calciumverbindung (CaO kg/h) j
\ Menge der Kristallkeime (CaSO-'2H2O) / .
(kg/h)
Ein Verhältnis von 0,1 - 0,01 gemäß dieser Formel genügt. Ferner genügt eine Konzentration des Gipses (CaSO.·2Ηρ0) im
•Reaktionstank von 100 - 250 g/l.
Aufgrund der speziellen Mischbedingungen bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren kommt es nicht im wesentlichen Maße zu einem Ausfließen von nicht umgesetzten Komponenten, falls die Ver-
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weilzeit mehr als 0,3 h beträgt und man erhält hochwertige Gipskristalle in Form grober Teilchen. Die Menge an Gips,
welche pro Stunde und pro Volumeneinheit des Reaktionstanks
gebildet wird genügt der nachstehenden Formel: ·
/Menge an hergestelltem Gips (CaSO.-2H2O) (kg)
J — ■
/, / 3_\ \ Reaktionstankvolumen (m )
und beträgt weniger als 0,3 der Konzentration der Gipssuspension (kg/m )
Menge der Gipssuspension im Reaktionstank
(CaSO.·2Η20) (kg)
Volumen des Reaktionstanks (m )
Es ist möglich, eine im Kreislauf geführte Aufschlämmung von Gipskristallkeimen in einer Reihe von 3 bis 4 Reaktionstanks
in den ersten Reaktionstank einzuleiten und die Calciumkomponente
und die Abfallschwefelsäure getrennt in jeden Tank einzuleiten, wobei das neu gebildete Gipsreaktionsprodukt pro
Stunde etwa 0,3 der zuvor im Tank enthaltenen Gipssuspension beträgt. Man kann z. B. eine Gipsausbeute von 10-15 t/h
bei Verwendung eines Reaktionstanks mit einem Gesamtvolumen von 200 m erzielen.
Die Temperatur des Reaktionstanks kann bei Umgebungstemperatur
liegen, so daß ein Aufheizen oder Kühlen des Tanks nicht erforderlich ist.
Es ist bevorzugt, den pH im Bereich von 3,5 - 8,5 einzustellen, je nach dem Verhältnis von Gips und der Konzentration der Verunreinigungen
und der Säuren in der Abfallschwefelsäure, so daß Fluktuationen des pH vermieden werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden grobe Gipskristalle
erzielt, obgleich die Abfallschwefelsäure Eisenverbindungen enthält. -
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Obgleich der größte Teil der Eisenkomponente ausfällt, wenn der pH auf mehr als 4 steigt, so kann doch eine Abtrennung
des Gipses vom ausgefällten Eisenoxyd leicht erfolgen. Wenn jedoch weißer Gips mit einer hohen Reinheit erforderlich ist, oder wenn Abfallschwefelsäure mit einem relativ hohen Eisengehalt verwendet wird, so ist es möglich, die Neutralisation bei einem relativ niedrigen pH durchzuführen und dann zunächst den Gips abzutrennen und nachfolgend die Restlösung fertig
zu neutralisieren. Wenn es erforderlich ist, die Eisenkomponente möglichst vollständig auszufällen, um die Lösung davon zu befreien, so kann man die Eisenkomponente durch Einleiten von Luft zur Zeit der Neutralisation oxydieren. Die Reaktionsmischung, welche aus dem Tank ausfließt, liegt in Form einer Gipsaufschlämmung vor.
des Gipses vom ausgefällten Eisenoxyd leicht erfolgen. Wenn jedoch weißer Gips mit einer hohen Reinheit erforderlich ist, oder wenn Abfallschwefelsäure mit einem relativ hohen Eisengehalt verwendet wird, so ist es möglich, die Neutralisation bei einem relativ niedrigen pH durchzuführen und dann zunächst den Gips abzutrennen und nachfolgend die Restlösung fertig
zu neutralisieren. Wenn es erforderlich ist, die Eisenkomponente möglichst vollständig auszufällen, um die Lösung davon zu befreien, so kann man die Eisenkomponente durch Einleiten von Luft zur Zeit der Neutralisation oxydieren. Die Reaktionsmischung, welche aus dem Tank ausfließt, liegt in Form einer Gipsaufschlämmung vor.
Falls erforderlich, kann die Gipsaufschlämmung in einem besonderen
Tank gealtert werden und in eine konzentrierte Aufschlämmung und eine überstehende Lösung getrennt werden.
Hierzu kann ein Eindickapparat verwendet werden oder ein
Hydrocyclon.
Hierzu kann ein Eindickapparat verwendet werden oder ein
Hydrocyclon.
Ein Teil der konzentrierten Aufschlämmung wird in den Reaktionstank
zurückgeführt und dient als Kristallkeimaufschlämmung
und der Rest wird durch Filtrieren vom Wasser befreit
und wird zu CaSO.·2HpO dehydratisiert. Man erhält auf diese Weise Gips in Form rechteckiger säulenförmiger Kristalle mit einer Länge von etwa 100 ju. und mehr und mit einer großen
Breite undD Dicke. Solehe Kristalle können leicht auf weniger als 15 i° Wassergehalt dehydratisiert werden. Das erhaltene
Gipsprodukt kann ohne weiteres allen bekannten Gipsanwendungen zugeführt werden. Eine Gipstafel aus dem so hergestellten
Gips zeigt eine genügende Festigkeit. Daher kann ein solcher Gips sehr gut zur Herstellung von Tafeln, Zement, Stukkaturen oder dgl. verwendet werden.
und wird zu CaSO.·2HpO dehydratisiert. Man erhält auf diese Weise Gips in Form rechteckiger säulenförmiger Kristalle mit einer Länge von etwa 100 ju. und mehr und mit einer großen
Breite undD Dicke. Solehe Kristalle können leicht auf weniger als 15 i° Wassergehalt dehydratisiert werden. Das erhaltene
Gipsprodukt kann ohne weiteres allen bekannten Gipsanwendungen zugeführt werden. Eine Gipstafel aus dem so hergestellten
Gips zeigt eine genügende Festigkeit. Daher kann ein solcher Gips sehr gut zur Herstellung von Tafeln, Zement, Stukkaturen oder dgl. verwendet werden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Abfallschwefelsäure mit einem Gehalt von freier HpSO. in
einer Menge von 80 g/l und von FeSO. in einer Menge von
30,6 g/l wird beim Sulfatverfahren zur Herstellung von Titanoxyd erhalten und zur Herstellung von Gips verwendet. Eine Aufschlämmung
(100 g/l "berechnet als GaO), welche durch Zermahlen
von Kalkstein mit einem CaO-Gehalt von 54,8 Gew.-^ unter nassen
Bedingungen erhalten wurde (genügend kleine Teilchen, so daß sie durch ein Sieb mit 325 Maschen/2,5 cm gehen) wird als
Galciumkomponente eingesetzt.
Es werden vier Reaktionstanks mit einem Durchmesser von 4 m und
mit unterschiedlichen Höhen verwendet. Diese Tanks haben Volumen von 72,5 m5; 70 nr5; 67,5 m5 und 65 m5. Jeder Tank ist
in folgender Weise ausgerüstet:
1) Eine abwärts gerichtete Rohrleitung, welche vertikal an der
Wandung des Tanks abwärts verläuft und in der Nähe des Tankbodens in das Innere des Tanks ausmündet;
2) ein Einlassrohr zum Einleiten von Abfallschwefelsäure, welches nahe der Oberfläche der Lösung und etwa in der Mitte
des Tanks ausmündet;
3) eine Überlauföffnung, welche von der Schwefelsäureeinleitungsstelle
genügend weit entfernt ist und
4) ein Rührer mit zwei Gruppen von je drei Propellerblättern mit einer Drehgeschwindigkeit von 50 Umdrehungen pro Minute.
Die Reaktionsmischung, welche aus dem vierten Tank überläuft, wird in einen Eindicker überführt und hier in eine konzentrierte
Aufschlämmung von 350 g/l ieststoffkomponente und eine dünne Aufschlämmung mit 11 g/l !Feststoffkomponente
getrennt.
Unter den üblichen Bedingungen wird die Calciumverbindungsaufschlämmung·
in einer Geschwindigkeit von 12,1 m /h zusammen mit der Gipskristallkeimaufschlämmung durch das abwärts führende
Rohr eingeleitet, und die Abfallschwefelsäure wird mit
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■ζ
einer -Geschwindigkeit von 23 m /h durch das Schwef elsäureeinleitungsrohr
eingeleitet.
Die eingedickte konzentrierte Aufschlämmung wird in den ersten Tank in einer Geschwindigkeit von 57 m /h als Gipskristall-*
keimaufschlämmung eingeleitet. Der Überlauf der Reaktionsmischung wird in den nachfolgenden Tank eingeleitet und dient
hier als Gipskristallkeimaufse hlämmung. Die Menge an Abfallschwefelsäure,
welche eingeleitet wird, wird derart eingestellt, daß der pH der Reaktionsmischung im Bereich von
4,5 - 5,4 gehalten wird. Die Gesamtmenge an Abfallschwefelsäure, welche in den vier Tanks neutralisiert wird, "beträgt
92 m3/h.
Die verbleibende konzentrierte Aufschlämmung nach Abtrennen des als Kristallkeimaufschlämmung zurückgeführten Anteils
wird in einer Zentrifugaltrennvorrichtung von. Wasser befreit,
wobei Gips in einer Menge von 14 t/h erhalten wird.
Tabelle 1 zeigt das Verhältnis (f) der Calciumkomponente zu
den Kristallkeimen und die Menge an gebildetem Gips (^) und
die durchschnittliche Verweilzeit ( θ ). Die Strömungsgeschwindigkeit der Mischung in Tank Kr. 1 beträgt normalerweise
1 - -fO cm/sec an der Oberfläche. Der pH der Mischung beträgt 4,8 an der Oberfläche Und 5,9 am Boden (in einiger Entfernung
von den-Einlassöffnungen).
Der gebildete Gips besteht aus groben rechteckigen säulenförmigen Kristallen mit einer Länge von mehr als 100 u und
mit einer geeigneten Dicke und Breite. Die Tabellen 2 und3 zeigen die physikalischen Eigenschaften des getrockneten
Gipses. Dieser Gips eignet sich ausgezeichnet zur Herstellung von Gipstafeln.
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Tank
) θ (Stunden pro Tank)
Nr. | 1 | 0,0644 | 51,7 |
Nr. | 2 | 0,0542 | 53,6 |
Nr. | 3 | 0,0468 | 55,6 |
Nr. | 4 | 0,0412 | 57,7 |
0,78 0,55 0,41 0,33
(trocken)
Komponente | CaO | 5 | SO | ,06 | Pe | 2°3 | CaCO5 | Kris tallisations- was s er |
Gehalt (#) | 31,1 | 44 | 0 | ,62 | 1,73 | 19,64 | ||
Tabelle 3 Physikalische Eigenschaften des gebildeten Gipses
nicht getrocknetes Produkt
Wasser pH
Schüttgewicht des trockenen Materials
caleinierter Gips
pH S-chütt- Wasser- Pestigk. gewicht gehalt im feuchre) ten Zustaif.
(kg/cm2)
12,7
7,70
0,937
7,40 0,906 85,9
10,3
Beispiel 2 Vergleichsbeispiel
Pall A: Das Beispiel 1 wird wiederholt, wobei
die gleiche Apparatur verwendet wird und wobei die gleichen Ausgangsmaterialien eingesetzt werden. Es wird jedoch die Abfallschwefelsäure
zusammen mit den Gipskristallkeimen durch das Abwärtseinleitungsrohr eingeleitet und die Aufschlämmung
der Calciumverbindung wird zur Oberfläche der Reaktionsmischung geführt. Dabei findet eine Reaktion der Abfallschwefelsäure
mit der Calciumverbindung statt.
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Der erhaltene Gips besteht aus feinen Kristallen mit rechteckiger
Gestalt und mit einem Teilchendurchmesser von weniger als 50 u. Die physikalischen Eigenschaften sind denjenigen
des Beispiels 1 wesentlich unterlagen.
gall B: Die Zahl der Reaktionstanks wird
erhöht, so daß die Belastung pro Tank gesenkt wird, wobei die Gesamtverweilzeit erhöht wird und gröbere Kristalle gebildet
werden. Der erhaltene Gips zeigt aber dennoch nicht die erwünschten Eigenschaften.
Fall G: Die verwendeten vier Reaktionstanks
gemäß Beispiel 1 werden mit fünf weiteren Reaktionstanks
verbunden, deren jeder den gleichen Durchmesser hat, jedoch
3
ein Volumen, welches um 2,5 m geringer ist als die Volumina der anderen Tanks. Die Abfallschwefelsäure und die Gipskristallkeimaufschlämmung werden durch das abwärts führende Einleitungsrohr in jeden Tank eingeleitet und die Calciumkomponente wird an drei verschiedenen Stellen eingeleitet, d. h. 1) nahe der Oberfläche oder 2) im mittleren Bereich oder 3) am Boden durch ein abwärts führendes Einleitungsrohr, und zwar jeweils in jeden Tank. Die Abfallschwefelsäure wird in einer Menge von 60 m /h eingeleitet und die Menge der Aufschlämmung der Calciumverbindung beträgt 31,5 m /h, während die Menge an gebildetem Gips 8,9 t/h beträgt. Im Vergleich zu dem Verfahren gemäß Beispiel 1 ist die Belastung eines jeden Tanks wesentlich herabgesetzt und die Verweilzeit ist wesentlich verlängert.
ein Volumen, welches um 2,5 m geringer ist als die Volumina der anderen Tanks. Die Abfallschwefelsäure und die Gipskristallkeimaufschlämmung werden durch das abwärts führende Einleitungsrohr in jeden Tank eingeleitet und die Calciumkomponente wird an drei verschiedenen Stellen eingeleitet, d. h. 1) nahe der Oberfläche oder 2) im mittleren Bereich oder 3) am Boden durch ein abwärts führendes Einleitungsrohr, und zwar jeweils in jeden Tank. Die Abfallschwefelsäure wird in einer Menge von 60 m /h eingeleitet und die Menge der Aufschlämmung der Calciumverbindung beträgt 31,5 m /h, während die Menge an gebildetem Gips 8,9 t/h beträgt. Im Vergleich zu dem Verfahren gemäß Beispiel 1 ist die Belastung eines jeden Tanks wesentlich herabgesetzt und die Verweilzeit ist wesentlich verlängert.
Dennoch ist die Produktionsleistung wesentlich geringer und der erhaltene Gips liegt in Form feiner Kristalle vor und zeigt
wesentlich schlechtere physikalische Eigenschaften. Die Belastungen der Tanks, die Zusammensetzung des getrockneten Produkts
und die physikalischen Eigenschaften des Produkts sind in den Tabellen 4-6 angegeben.
409840/0849
24U182
1 9 |
Tabelle 4 | Belastung eines | jeden Tanks | (H) | |
Tank | f | γ(kg/m5, h) | θ in jedem Tank | ||
Er. Hr. |
o. | 13, 20, |
1,2 0,51 |
||
,8 ,0 |
|||||
,013 ,0095 |
(getrocknet)
Komponente | CaO | SO3 | F | e2°3 | C | ,32 | Kristallwas s er |
Gehalt ($) | 30,35 | 44,74 | 0 | ,41 | 1 | 21,07 | |
Tabelle 6 Physikalische Eigenschaften des erhaltenen Gipses
nicht-getrocknetes Produkt
Wasser- pH gehalt
Schüttgewicht des getrockneten Materials
calcinierter Gips
pH Schutt- Wasser- Nassfestiggewi cht gehalt keit 0
{%) (kg/cin )
19,50 3,95
0,610
4,0 0,625 132,5 2,0
Eine Abfallsehwefelsäure mit einem Gehalt an freier Schwefelsäure Ton 29,5 g/l und mit einem Gehalt an Gesamt-Fe "von
6,8 g/l und mit einem Gehalt an Festkomponenten von 23,9 g/l und mit einem spezifischen Gewicht von 1,09 (erhalten beim
Verfahren zur Herstellung von Titanoxyd nach der Sulfatmethode) wird mit einer GaIciumhydroxydaufsehlämmung, welche
Ca(OH)2 in einer Menge von 100 g/l enthält neutralisiert,
wobei Gips erhalten wird. Es werden drei Reaktionstanks verwendet, deren jeder einen Durchmesser von 4 m hat. Sie haben
•jedoch verschiedene Höhen, und die Volumina betragen 52,5 m ,
3 3
50 m und 47,5 m . In jeden Tank wird Luft in. einer Menge von 4N m /min eingeleitet,, um die Eisenkomponente zu oxydieren.
50 m und 47,5 m . In jeden Tank wird Luft in. einer Menge von 4N m /min eingeleitet,, um die Eisenkomponente zu oxydieren.
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.-18- 24U182
Die- Tanks sind ebenso wie bei Beispiel 1 mit einem abwärts
führenden Rohr zum Einleiten der Aufschlämmungsmischung ausgerüstet,
sowie mit einem Rohr zum Einleiten der Abfallschwefelsäure
und mit einer Überlauföffnung und mit einem Rührer.
An den dritten Tank schließt sich eine Eindickapparatur an und ein Hydroeyclon, so daß die Reaktionsmischung konzentriert
werden kann. Man erhält eine Peststoffkomponente in einer
Menge von 207 g/l. Ein Teil der konzentrierten Aufschlämmung wird in den ersten Tank als G-ipskris tallke imauf schlämmung
zurückgeführt und der Rest wird nach vorherigem Entfernen von hydratisiertem Eisenoxyd und feinen Feststoffkomponenten
mittels des Hydroeyclons dehydratisiert, wobei Gips erhalten wird.
Unter Normalbedingungen werden die Gipskristallkeime im Gleichstrom
mit der Galciumhydroxydaufschlämmung in einer Geschwindigkeit
von 4 m /h durch das abwärts führende Rohr eingeleitet. Die Abfallschwefelsäure wird durch das dafür vorgesehene Einleitungsrohr
eingeleitet, und zwar derart, daß der pH der Reaktionsmischung auf 7-8,4- gehalten wird. Die Abfallschwefelsäure
wird in die drei Reaktionstanks in gleichen Mengen eingeleitet und die Gesamtmenge der in die drei Tanks
eingeleiteten Schwefelsäure beträgt 55 m /h. In den ersten Tank wird die eingedickte konzentrierte Aufschlämmung in einer Menge
von 40 m /h als Gipskristallkeimaufschlämmung eingeleitet.
In den zweiten und den dritten Tank wird die ablaufende Reaktionsmischung des vorhergehenden Tanks eingeleitet. Die
konzentrierte Aufschlämmung des dritten Tanks wird filtriert (nach Entfernen des Eisenoxyds und der feinen Feststoffkomponenten
mit einem Hydroeyclon). Der erhaltene Gips zeigt einen Wassergehalt von 13 $. Man erhält ihn in einer Menge von
2,2 t/h. Die Gipskristalle zeigen eine rechteckige Säulenform mit einer Länge von mehr als 100 ρ und mit genügender Breite
und Dicke. Der Gips wird granuliert und dient zur Herstellung von Zement.
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Die Belastung der verschiedenen Tanks war folgende:" Tabelle 7 Belastung der einzelnen Tanks
Tank f g" θ
1. 0,033 17,8 0,90
2. 0,029 18,7 0,65
3. ' 0,027 19,6- 0,50
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Claims (5)
1. V£rfaL:'f-Ii :πι· kontinuierlichen Herstellung von Gipfc
fx>.?j Alia · 1 5chr--^-folsäure iurcii neutralisation mit einer
->.Iciüinveroindung, dadurch gekennzeichnet, da-έ sar.
:.ai c ie CaleiuirverbiH-riimg mit einer Gipskrjctalllreiinauf-
KOi'-l'in::r-.rr% in ciroir Mengenverhältnis von 0,1 - 0,01,
berechnet als CaC cs'v. als CaSO. ·2Η?ϋ veriaiseht, und
ic) di'i f-r~-]7:izch±e Au-iGeiilämmung einerseits und die Abfall—
sohv/efeisäurr andererseits durch im Anstand voneinander
einmündende Einleitungsrohre in mindestens einen Reaktjonsteii>
einleitet, inden: in im wesentlichen horicoijtaj^r
Dichtung der ext gerührt wird, daß in vertikaler
Richtung nur ein geringer Imhreffekt zustande
kommt und da.? air .eoden und an der Oberfläche des Tankinhalts
im wesentlichen kein Rühr-effekt eintritt, wobei
die ;xc:i:ischte Aufschlämmung und die Abfallschwefelsäure
rrit der Reaktionen;!sehung verdünnt v/erden, bevor sie
einander kontaktieren, so daß in der Reaktionsmischung eine Konsentrationsdifferens zwischen dem Caieiuiögehalt
und dem Schv/efelsäuregehalt besteht, ur.d dai3 man
(c) die Reaktionsmischung an einer- vom Schv/efelsäureeinlass
derart entfernten Stelle entnimmt, so da£ die Verweilzeit
0,3 - 3 h beträgt, so da/i die Reaktionsgeschwindigkeit gering ist und die Reaktion in Haehbarschaft
zu den Gipskristallkeimen unter Bildung grober Gipskrjstalle erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
eine Vielzahl hintereinander geschalteter Beaktionstanks
verwendet -„vorder: und dau die GipskrJstallaufscMämmung aus dem
letzten Heaktiont'tank in den ernten Reaktionstank als Eristallkeimaufsehl&nmung
zui'üekgeführt wird und daß die GipskriGtallaufücliiämmung
des vorherigen Reaktionstanks zusammen mit dex·
CrsJ ciiiii.verbindung ^ev/^ΙΙε in den nächtten Zieakticnstank eingeleitet
wird.
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3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, da.3 als Öalciumverbindung Calciumcarbonat,
Calciumhydroxyd odex' Caleiumo^d eingesetzt v/.ird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine eisenhaltige Abfallschwefelsäure
eingesetzt; wird, welche bei der Herstellung von Titanoxyd
nach dem Sulfatverfahren anfällt oder eine Abfallbeizsäure oder eine verdünnte Abfallschwefelsäure mit 10 - 400 g/l
freier H2SO. und 5 - 300 g/l Fe.
eingesetzt; wird, welche bei der Herstellung von Titanoxyd
nach dem Sulfatverfahren anfällt oder eine Abfallbeizsäure oder eine verdünnte Abfallschwefelsäure mit 10 - 400 g/l
freier H2SO. und 5 - 300 g/l Fe.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der pH des ReaktionGmedlums im Bereich
von 3,5 - 3,5 gehalten wird.
4 ϋ 9 Η - h f G B 4 :J
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3259973A JPS5146679B2 (de) | 1973-03-23 | 1973-03-23 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2414182A1 true DE2414182A1 (de) | 1974-10-03 |
DE2414182B2 DE2414182B2 (de) | 1981-04-23 |
DE2414182C3 DE2414182C3 (de) | 1982-03-25 |
Family
ID=12363312
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19742414182 Expired DE2414182C3 (de) | 1973-03-23 | 1974-03-23 | Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Gips aus Abfallschwefelsäure |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
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AU (1) | AU475152B2 (de) |
DE (1) | DE2414182C3 (de) |
GB (1) | GB1420558A (de) |
IT (1) | IT1005698B (de) |
Cited By (3)
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AU475152B2 (en) | 1976-08-12 |
AU6692874A (en) | 1975-09-25 |
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GB1420558A (en) | 1976-01-07 |
JPS49121796A (de) | 1974-11-21 |
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