184492. lajstromszámú szabadalom • Folytonos eljárás alumínium-szulfát kristályosítására
1 184 492 2 A találmány tárgya folytonos eljárás kristályos állapotú alumínium-szulfát-hidrát előállítására alumínium-szulfát víztartalmú olvadékából, illetve oldatából. A kristályos alumínium-szulfát a szervetlen vegyipar egyik legfontosabb terméke. A papíripar, a vízkezelés és a textilszínezés az alumínium-szulfát legjelentősebb fogyasztói. A felhasználók nemcsak a termék összetételével, tisztaságával (például vastartalom, oldhatóság, szabad savtartalom, pH stb.) szemben támasztanak szigorú követelményeket, hanem az anyag kezelhetőségével, a készítmény stabilitásával kapcsolatban is. Az irodalom az alumínium-szulfátnak 13-féle összetételű kristályhidrátját írja le (J. L. Henry, G. B. King: J. Amer. Chem. Soc. 72, 1282 [1950]). Meg kell azonban jegyezni, hogy bizonyos hidrátok tényleges létezését ugyanakkor más szerzők kétségbe vonják (lásd például Kirk-Othmer: Encyclopedia of Chemical Technology, 3. kiadás, 2. kötet, Wiley-Interscience Publication, 1978, 245. oldal). A kristályos alumínium-szulfátot az irodalmi adatok szerint általában szakaszos műveletekkel állítják elő (lásd például Ullmanns Encyklopüdie der technischen Chemie, 4. kiadás, 7. kötet, 334. oldal (Verlag Chemie, Weinheim, 1974) vagy Kirk- Othmer id. mű 249. oldala). Az utóbbi irodalmi helyen még az a megállapítás is olvasható, hogy az alumínium-szulfát-hidrát kristályosán nehezen megoldható a lágy, mikroszkopikus kristály-pép keletkezése miatt, és még nem létezik megfelelő, nagyiparilag alkalmazott kristályosító technológia. A kristályos alumínium-szulfát folytonos előállítására útmutatást nyújt a 162 367 sz. magyar szabadalmi leírás. A kérdéses eljárás kivitelezésénél azonban a következő nehézségekbe ütköztünk:- az iparilag szokásos összetételű, 17,2 tömeg % Al2G3-tartaImú alumínium-szulfát racionális képlete: AI2(S04)3 ■ 14H20. Ennek a hidráinak az olvadáspontja az irodalmi adatok (N. O. Smith, P. N. Walsh: J. Amer. Chem. Soc. 76 , 2054 [1954]) és saját differenciái-mikrokalometriás méréseink szerint 110°C, az azonos összetételű olvadék forráspontja pedig 120 °C, tehát a folyékony fázis létezési tartománya egy igen szűk hőmérséklet-közre korlátozódik.- Az említett hőmérséklet-közben az olvadék viszkozitása igen nagy, porlasztása csak nehézségekkel lehetséges.- Az olvadék hőmérsékletét viszont nem lehet növelni, mert a forrás következtében jelentős vízvesztés áll elő, a termék összetétele a megkívánttól erősen eltérő lesz. A kérdések mélyebb megismerésére támaszkodva az olvadék-kristályosításban korábban nyert tapasztalatainkra (lásd például: Sztatisz J., Gál. S., Pungor E. : DSC investigations on solid-liquid transformations; Proc. Ist European Symp. Thermal Anal., ed. D. Dollimore Heyden, London, 1976, 205. oldal; Sztatisz J., Gál S., Fodor L. és Pungor E. : Thermal investigations on the crystallization of sorbitol, Journal of T hermal Analysis 12, 351 — 360 [1977]) — részletes vizsgálatokat végeztünk. Zárt arany mintatartóval kivitelezett differenciál mikrokalorimetriás (DSC) mérések útján tisztázni kívántuk, hogy különböző alumíniumszulfát-hidrátokat megolvasztva, majd programozottan visszahütve hogyan alakul a kristályosodás folyamata. A felvett DSC görbesorozatból megállapítottuk, hogy a kisebb víztartalmú olvadék kristályosodása nagyobb mértékű túlhűtés után indul meg, és a kristályosodás folyamata lassúbb. A továbbiakban olvadéknak nevezzük azt a folyékony fázist, amely a kristályosodás hőmérsékletén (amelyet mi állítunk be) vele azonos összetételű szilárd fázissá alakul, míg oldatnak nevezzük azt a folyékony fázist, amellyel a kristályosodás hőmérsékletén egy nála kisebb víztartalmú szilárd fázis tart egyensúlyt. Találmányunk alapja az. a felismerés, hogy a kristályosításra szánt, folyékony fázisú alumíniumszulfát összetételét úgy állítjuk be, hogy a végső termékként megkívánt összetételnél nagyobb legyen a víztartalma, és így az oldat (illetve olvadék) hűtése során a kívánt összetételű termék olvadáspontjánál alacsonyabb hőmérséleten tudunk beoltókristályokat juttatni a folyékony fázisba, amely belejuttalás - a nagyobb víztartalom biztosította kisebb viszkozitás folytán - nem gátolt, és ez esetben a bejuttatott gócokon szinte pillanatszerüen megtörténik a kristályosodás. Ugyanakkor a kisebb viszkozitású kiindulási folyékony fázis jól disz.pergálható (porlasztható), a kristályosodás szinte pillanatszerü folyamata alatt felszabaduló kristályosodási hő hozzásegíti a rendszert ahhoz, hogy a felületéről a kívánt termékösszetételhez képest fölösleges vizel leadja, anélkül, hogy az említett folyamat okozta hülés a kristálynövekedést befagyasztaná. A találmány tárgya tehát folytonos eljárás Al2- (S04)3 • yH20 általános képletű, kristályos állapotú alumínium-szulfát-hidrát előállítására alumínium-szulfát A12(S04)3 ■ xH20 általános képletű víztartalom olvadékából vagy oldatából — a felsorolt általános képletekben x 16 és 22 közötti számot jelent, és y 12,5 és 14,5 közötti számot jelent — , oly módon, hogy az. alumínium-szulfát víztartalmú olvadékát a kívánt összetételű terméknél nagyobb víztartalmú oldattá hígítjuk, vagy eleve a kívánt összetételű terméknél nagyobb víztartalmú oldatból indulunk ki, mimellett a kiindulási anyag 1 mól alumínium-szulfátra vonatkoztatva legföljebb 22 mól vizet tartalmazhat, az oldatot saját hidrosztatikus nyomása vagy iners segédgáz nyomása segítségével önmagában ismert módon cseppekké porlasztjuk, a cseppeket 80—120 °C-on iners gázáramban a kívánt összetételű alumínium-szulfát-hidrátéval azonos vagy ahhoz közelálló összetételű, A12(S04)3 • yH20 általános képletű beoltóanyag — ahol y jelentése a fenti — szilárd részecskéivel önmagában ismert módon ütköztetjük, majd a terméket kinyerjük. Az ütköztetés közegéül felhasznált iners gázáram relatív nedvességtartalmát a gázáram hőmérsékletének változtatásával célszerűen előre meghatáro-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 eo 65 2
