DE102011050288A1

DE102011050288A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Abtrennung von Kristallen aus einer Lösung

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Publication number: DE102011050288A1
Application number: DE201110050288
Authority: DE
Inventors: Dr. Offermann Martin; Sascha Dyschy; Magnus Rastelbauer; Georg van Linn; Recep Öcalan; Andreas Steinhoff; Alexander Bekurdts; Reimund Schulz
Original assignee: Crenox GmbH
Current assignee: Sachtleben Pigment GmbH
Priority date: 2011-05-11
Filing date: 2011-05-11
Publication date: 2012-11-15
Also published as: EP2707330A1; WO2012152682A1

Abstract

Bei einem Verfahren zur Fest-Flüssig-Trennung von durch Kristallisation (19) aus einer Lösung erhaltenen Kristallen von einer sie enthaltenden Flüssigphase, wobei eine die erhaltenen Kristalle enthaltende Flüssigphase einer ersten, eine Schubzentrifuge (21c) umfassenden Fest-Flüssig-Trennvorrichtung (21) zugeführt, soll eine Lösung geschaffen werden, mit der sich bei einem einen Kristallisationsvorgang umfassenden Herstellverfahren nach einer ersten Kristallisationsstufe eine verbesserte Abtrennung der an den erhaltenen Kristallen noch anhaftenden Lösung oder Flüssigphase erreichen lässt, insbesondere sich in einer Flüssigphase ein Kristallfeststoffanteil in einer für einen wirtschaftlichen Betrieb einer Schubzentrifuge ausreichenden Menge sicher bereitstellen lässt. Dies wird dadurch erreicht, dass die auskristallisierte Kristalle enthaltende Flüssigphase vor Eintritt in die Schubzentrifuge (21c) zunächst einer Siebschneckenzentrifuge (21b), einer Dekantierzentrifuge oder einem Siebdekanter zugeführt und darin von einem Teil der Flüssigphase getrennt wird.

Description

Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur Fest-Flüssig-Trennung von durch Kristallisation aus einer Lösung erhaltenen Kristallen von einer sie enthaltenden Flüssigphase, wobei eine die erhaltenen Kristalle enthaltende Flüssigphase einer ersten, eine Schubzentrifuge umfassenden Fest-Flüssig-Trennvorrichtung zugeführt wird.
Weiterhin richtet sich die Erfindung auf eine Vorrichtung, die insbesondere Bestandteil einer Anlage zur Herstellung von Titandioxid nach dem Sulfatverfahren ist und eine Kristallisationsstufe umfasst, die mindestens einen ersten Kristallisator mit mindestens einer nachgeschalteten, eine Schubzentrifuge umfassenden ersten Fest-Flüssig-Trennvorrichtung, insbesondere einer Kristallabtrennvorrichtung, aufweist.
Schließlich richtet sich die Erfindung auch auf die Verwendung einer solchen Vorrichtung bei einer mindestens zweistufig kontinuierlich betriebenen Kristallisation einer titanhaltigen Aufschlusslösung oder Aufschlusslösungsmischung.
Bei einer Kristallisation aus einer Lösung oder Suspension ausgeschiedene Kristalle führen auf Grund ihrer Kristallform häufig auch nach einer Absiebung oder dem Durchlaufen einer Fest-Flüssig-Trennung noch in unerwünscht hohem Maße anhaftende Mengen von der Lösung oder Suspension mit sich, aus der sie durch Kristallisation ausgeschieden wurden. Insbesondere in solchen Fällen, in denen die anhaftende Lösung oder Suspension das eigentlich wünschenswerte, zu erzeugende Produkt darstellt, ist es wünschenswert, die Kristalle möglichst vollständig von der anhaftenden Flüssigkeit zu befreien. Dies gestaltet sich aufgrund der Kristallform aber häufig schwierig und problematisch, da diese eine ausreichende Trennung der Kristalle von der anhaftenden Flüssigkeit erschwert. Beispielsweise kommt es bei Kristallisationsbedingungen, bei denen die Kristalle unregelmäßig wachsen, dazu, dass zwischen den sich bildenden Kristallen die zu entfernende oder abzutrennende Flüssigkeit eingeschlossen wird. Solche sogenannten „Nester” oder Flüssigkeit haltende Hohlräume entstehen beispielsweise, wenn sich Kristalle in schneller und unregelmäßiger Abfolge bilden, auflösen und wieder neu bilden. Auch eine plättchenförmige Kristallstruktur der Kristalle führt dazu, dass die zu entwässernde Lösung oder Suspension durch Kapillarkräfte zwischen den einzelnen Kristallen gehalten wird und somit eine „Entwässerung” beispielsweise durch Absiebung oder mittels sonstiger Fest-Flüssig-Trennvorrichtungen nur zu unzureichenden Ergebnissen führt.
In besonderem Maße tritt diese Problematik bei der Herstellung von Titandioxid dann auf, wenn das Herstellverfahren einen Kristallisationsvorgang umfasst.
Titandioxid ist als Pigment mit sehr guten Eigenschaften bekannt, die es für den Einsatz in z. B. Anstrichmitteln, Beschichtungsmassen und Kunststoffmaterialien geeignet machen. Titandioxid wird heute fast ausschließlich nach zwei Verfahren, dem Sulfatverfahren und dem Chloridverfahren, kontinuierlich oder diskontinuierlich hergestellt.
Bei dem Sulfatverfahren wird ein titanhaltiger Rohstoff, insbesondere titanhaltiges Erz wie Ilmenit (FeTiO₃) oder Titanschlacke oder ein anderes titanhaltiges Material, mit konzentrierter Schwefelsäure (Frischsäure, Oleum und/oder rezyklierte Schwefelsäure) aufgeschlossen. Diese „Aufschluss” genannte Reaktion verläuft sehr heftig und ist stark exotherm. Der Aufschluss kann sowohl kontinuierlich als auch diskontinuierlich durchgeführt werden. Der hierbei entstehende feste Aufschlusskuchen wird danach mehrere Stunden bei Temperaturen zwischen 100°C und 200°C gereift und anschließend mit Wasser oder verdünnter Schwefelsäure gelöst. Die erhaltene Aufschlusslösung kann je nach eingesetztem Rohstoff verschiedene Salze in gelöster Form enthalten.
Beim Einsatz von Ilmeniten oder anderen Titanerzen enthält die Aufschlusslösung im wesentlichen Titanoxidsulfat (Titanylsulfat; TiOSO₄) und Eisen(III)sulfat (Fe₂(SO₄)₃) in gelöster Form. Beim Einsatz von Titanschlacken, die zum Beispiel durch Reduktion von Ilmenit mit Koks bei 1200°C entstehen und etwa 80–87% Titandioxid enthalten, enthält die Aufschlusslösung Titanylsulfat, Titan(III)sulfat (Ti₂(SO₄)₃) und Eisen(II)sulfat (FeSO₄). Die Titanschlacken können mit konzentrierter Schwefelsäure bei 100–180°C aufgeschlossen werden, wobei der Aufschluss im Sauren geschehen muss, da sonst TiO₂ ausfallen würde. Des Weiteren enthalten die Aufschlusslösungen aus Titanerzen und/oder Titanschlacken verschiedene andere Metallsulfate aus den zum Aufschluss eingesetzten Materialien (Erz, Säure, u. a.), wie zum Beispiel Aluminiumsulfat, Magnesiumsulfat, Chrom(III)sulfat etc. in gelöster Form sowie feste, nicht aufgeschlossene Gangart.
Für den weiteren Herstellungsprozess, d. h. die Hydrolyse des Titanylsulfats, ist es wesentlich, dass das in der Aufschlusslösung enthaltene Fe(III) in Fe(II) überführt wird, da Fe(III) als Fe(OH)₃ in der Hydrolyse ebenfalls gefällt würde, was zu einer unerwünschten Verunreinigung des Titandioxids und damit auch zu einer Verschlechterung der optischen Eigenschaften der Titandioxid-Pigmentteilchen führen würde. Zweiwertiges Eisen kann dagegen durch Kristallisation, beispielsweise Kühlkristallisation, in Form von Grünsalz (FeSO₄·7H₂O) aus titandioxidhaltigen, schwefelsauren Aufschlusslösungen abgetrennt werden.
Das Grünsalz kann für die Abwasserreinigung, d. h. zur Fällung der im Abwasser enthaltenen Phosphate in Form von schwerlöslichem Eisenphosphat, für die Düngerherstellung oder für die Herstellung von Eisenoxidpigmenten verwendet werden. Alternativ kann es auch dehydratisiert und thermisch zu Eisen(III)oxid und Schwefeldioxid zersetzt werden.
Wird die Aufschlusslösung aus einer Titanschlacke erhalten, sind in der Regel keine weiteren Maßnahmen zur Reduktion erforderlich. Hinsichtlich einer Aufschlusslösung aus Titanerzen, z. B. aus Ilmeniten muss jedoch eine Reduktion des Fe(III) zu Fe(II) erfolgen. Diese Reduktion wird im Allgemeinen durch Zugabe von metallischem Eisen beim Lösen des Aufschlusskuchens im Aufschlussbehälter bzw. nach dem Lösen des Aufschlusskuchens durch Reduktion der Aufschlusslösung in Reduktionstürmen mit metallischem Eisen durchgeführt. Alternativ können andere Reduktionsmittel wie sulfidische Erze, sulfidische Eisenverbindungen oder Ti(III)-haltige Lösungen zum Aufschluss des Titanerzes zugesetzt werden.
Im Anschluss an die Verfahrensstufen des Aufschlusses und der Reduktion, wird die erhaltene Eisen- und Titansulfatlösung durch Auskristallisieren von Eisen(II)sulfatheptahydrat befreit. Die resultierende Titanylsulfat-Lösung wird dann im Folgenden bei erhöhter Temperatur zu Titandioxidhydrat hydrolysiert. Dieses kann dann in einem Ofen kalziniert werden, um das Hydratwasser abzutrennen und wasserfreies Titandioxidpigment zu erhalten.
Üblicherweise wird zur Entfernung des Grünsalzes aus titanhaltiger Aufschlusslösung, wobei Aufschlusslösungen aus Titanschlacken etwa 5–6 Gew.-% und Aufschlusslösungen aus Ilmenit nach der Reduktion von Fe³⁺ etwa 16–20 Gew.-% Eisen(II)sulfat enthalten, ein Vakuumkristallisationsverfahren eingesetzt. Dieses kann als Batch oder kontinuierliches Verfahren durchgeführt werden. Gängige Verfahren sind die Batch-Kristallisation durch Verdampfungskristallisation oder Oberflächenkühlkristallisation in gerührten/ungerührten Kristallisatoren mit oder ohne nachgeschaltete Aufkonzentrierstufe oder die kontinuierliche Kristallisation durch Verdampfungs- oder Oberflächenkühlkristallisation in Wiegekristallisatoren, zwangsdurchströmten liegenden Kristallisatoren oder gerührten/ungerührten Rührreaktorkaskaden.
Ein zweistufiges Vakuumkristallisationsverfahren ist aus der DE 10 2007 032 418 A1 bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren werden Titandioxid-Pigmente auf Basis des Sulfatverfahrens hergestellt, wobei zunächst titandioxidhaltige Erze (Ilmenit) sowie andere aufbereitete Erze, sogenannte Titanschlacke, getrennt mit konzentrierte Schwefelsäure aufgeschlossen und dadurch die in dem jeweiligen titanhaltigen Rohstoff (Erz) enthaltenen Metalloxide weitgehend als Sulfate in Lösung gebracht werden. Durch gezielte Abmischung von Fe(III)-haltiger Ilmenitaufschlusslösung mit Titan(III)-haltiger Schlackelösung sowie durch Sedimentations- bzw. Filtrationsverfahren wird dann eine nahezu feststofffreie Lösung mit genau spezifizierten Gehalten an TiO₂, Fe²⁺, Ti³⁺ sowie H₂SO₄ erzeugt. Das in der Lösung vorhandene TiO₂ wird anschließend durch Hydrolyse mit Wasser gezielt ausgefällt. Dieses Verfahren umfasst eine Reduktions- und Kristallisationsstufe, wodurch der Einsatz von Ilmeniterzen zur Herstellung von TiO₂ erheblich gesteigert werden kann. Einerseits wird in der Reduktionsstufe das in der Ilmenitlösung vorhandene Fe(III) reduziert und andererseits wird anschließend durch Kristallisation des Grünsalzes (FeSO₄·7H₂O; Eisensulfat(II)-Heptahydrat) in der Kristallisationsstufe der Eisengehalt der Aufschlusslösung oder Aufschlusslösungsmischung abgesenkt.
Um in einer solchen, vorzugsweise mindestens zweistufigen Kristallisationsanlage eine möglichst hohe Grünsalzproduktion, d. h. eine hohe Ausscheidung von auskristallisiertem Grünsalz aus der ursprünglichen Aufschlusslösung oder Aufschlusslösungsmischung erreichen zu können, ist es notwendig, nach der ersten Kristallisationsstufe Filtrat, d. h. die verbleibende Aufschlusslösung oder Aufschlusslösungsmischung, und Grünsalz weitestgehend und bestmöglich zu trennen. Dies ist erreicht, wenn einerseits eine möglichst wenig (Filtrat/Zentrifugat) zur Weiterleitung in die zweite Kristallisationsstufe und anderseits eine einen möglichst hohen Grünsalzfeststoffanteil aufweisende Lösung erhalten wird. Durch einfache und übliche Grünsalzabtrennvorrichtungen oder Grünsalzaufkonzentrierungen, wie beispielsweise Lamellenklärer, lässt sich dies aber nicht in dem gewünschten Maß erreichen. Wenn man den mit Grünsalzfeststoffanteil angereicherten Teil der Aufschlusslösung oder Aufschlusslösungsmischung beispielsweise nach einer Lamellenklärung mittels Filtrationszentrifugen aufbereiten will, bereitet dies Probleme. Werden beispielsweise, wie in der DE 10 2007 032 418 A1 beschrieben, Schubzentrifugen eingesetzt, so ist deren Durchsatzleistung stark vom Grünsalzfeststoffanteil und/oder der Kristallform (Habitus und Anordnung der Flächen) der zugeführten Lösung abhängig. Ferner besteht bei der Verwendung von Schubzentrifugen die Problematik, dass bei einer Kristallisation in einer (ersten) Kristallisationsstufe ggf. entstehende Kristalle mit einer plättchenartigen Struktur der Grünsalzkristalle durch die Spalten des Spaltsiebs einer Schubzentrifuge hindurch treten können und einen erhöhten Filterdurchschlag erzeugen, der dann die Fest-Flüssig-Trennleistung der Schubzentrifuge vermindert und diesen Feststoffanteil in die gegebenenfalls nachfolgende zweite Kristallisationsstufe gelangen lässt, der dann dort mittels einer dem zweiten Kristallisator nachgeschalteten Grünsalzabtrennvorrichtung aus der erhaltenen Lösung vor deren Weiterverarbeitung entfernt werden muss. Eine weitere Problematik besteht darin, dass eine ausreichende „Entwässerung” der Grünsalz enthaltenden Lösung dadurch erschwert ist, dass die in solchen Fällen üblicherweise plättchenförmige Kristallstruktur des Grünsalzes die zu entwässernde Lösung (Schwarzlösung) durch Kapillarkräfte zwischen sich hält und somit eine „Entwässerung” beispielsweise durch Eindickung in Klärern und/oder Absiebung nur zu unzureichenden Ergebnissen führt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lösung zu schaffen, mit der sich bei einem einen Kristallisationsvorgang umfassenden Herstellverfahren nach einer ersten Kristallisationsstufe eine verbesserte Abtrennung der an den erhaltenen Kristallen noch anhaftenden Lösung oder Flüssigphase erreichen lässt, insbesondere sich in einer Flüssigphase ein Kristallfeststoffanteil in einer für einen wirtschaftlichen Betrieb einer Schubzentrifuge ausreichenden Menge sicher bereitstellen lässt.
Bei einem Verfahren der eingangs näher bezeichneten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die auskristallisierte Kristalle enthaltende Flüssigphase vor Eintritt in die Schubzentrifuge zunächst einer Siebschneckenzentrifuge, einer Dekantierzentrifuge oder einem Siebdekanter zugeführt und darin von einem Teil der Flüssigphase getrennt wird.
Bei einer Vorrichtung der eingangs näher bezeichneten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zwischen dem ersten Kristallisator und einer Schubzentrifuge mindestens eine/ein der Schubzentrifuge vorgeschaltete(r) Siebschneckenzentrifuge oder eine Dekantierzentrifuge oder ein Siebdekanter angeordnet ist.
Schließlich wird diese Aufgabe erfindungsgemäß auch durch die Verwendung einer Vorrichtung gemäß Anspruch 19 gelöst.
Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Kombination einer Siebschneckenzentrifuge oder einer Dekantierzentrifuge oder eines Siebdekanters mit einer nachgeschalteten Schubzentrifuge ist es möglich, dass nach einer ersten Kristallisationsstufe in der erhaltenen Lösung oder in einer Flüssigphase befindliche Kristalle (im Ausführungsbeispiel Grünsalz) weitestgehend zu „entwässern”, d. h. aus dem Kristallverbund (im Ausführungsbeispiel des Grünsalzes) die das gewünschte Produkt (im Ausführungsbeispiel Titandioxid) enthaltende Lösung abzutrennen. Hierbei bewirkt die der Schubzentrifuge vorgeschaltete Siebschneckenzentrifuge oder Dekantierzentrifuge oder der vorgeschaltete Siebdekanter, dass durch die jeweils in der Zentrifuge eingebaute Schnecke und den Transport des Mediums innerhalb der Zentrifuge viele Umbruchkanten in den Kristallen produziert werden, so dass Umwälzungen und Aufbrechungen des Kristall- oder Kristallisationsverbundes erfolgen, die das Abtrennen und Abfließen der anhaftenden oder eingeschlossenen Lösung oder Flüssigkeit von den Kristallen bewirken. Zudem ermöglicht es das erfindungsgemäße Verfahren, eine Kristallisationsstufe mit nachfolgender Fest-Flüssig-Trennung kontinuierlich und wirtschaftlich betreiben, obwohl einer oder beide Zentrifugentypen nach üblichen Vorstellungen ggf. lediglich suboptimal betrieben werden, d. h. die hinsichtlich des erreichbaren Aufkonzentrierungs- oder Abtrenngrades erreichbaren Möglichkeiten der jeweiligen Vorrichtungen nicht vollständig ausgeschöpft werden.
Insbesondere lässt sich durch die erfindungsgemäße Kombination von vorgeschalteter Siebschneckenzentrifuge, Dekantierzentrifuge oder Siebdekanter mit nachgeschalteter Schubzentrifuge eine für den wirtschaftlichen Betrieb einer Schubzentrifuge zweckmäßige Eindickung der von den Kristallen abzutrennenden Flüssigphase auf Feststoffanteile von mehr als 30 Gew.-% erreichen. Die Erfindung zeichnet sich in Ausgestaltung daher weiterhin dadurch aus, dass die die Kristalle enthaltende Flüssigphase in der Siebschneckenzentrifuge, der Dekantierzentrifuge oder dem Siebdekanter auf eine Konzentratian an Kristallfeststoffanteil von mehr als 30 Gew.-%, vorzugsweise mehr als 45 Gew.-%, eingedickt wird.
Um eine die Kristalle enthaltende Flüssigphase, beispielsweise einen Kristallbrei, ausreichend pumpfähig zu halten, sieht die Erfindung in Weiterbildung vor, dass die die Kristalle enthaltende Flüssigphase in der Siebschneckenzentrifuge, der Dekantierzentrifuge oder dem Siebdekanter auf eine Konzentration an Kristallfeststoffanteil von 30–50 Gew.-% eingedickt wird. 50 Gew.-% Feststoffanteil in der Flüssigphase stellt ungefähr die Grenze dar, oberhalb welcher keine Flüssigkeit mehr sondern bereits ein Feststoff vorliegt, der dann als Feststoff transportiert bzw. gefördert werden müsste, also nicht mehr gepumpt werden könnte.
Zur Befreiung und Abtrennung von anhaftender Lösung ist es zudem häufig zweckmäßig, die erhaltenen Kristalle mit einem Waschmedium auszuwaschen. Die Erfindung zeichnet sich daher weiterhin auch dadurch aus, dass die Kristalle, vorzugsweise in bereits eingedickter Flüssigphase, in der Schubzentrifuge mit einem Waschmedium gewaschen werden.
Von besonderem Vorteil ist das erfindungsgemäße Verfahren bei der Herstellung von Titandioxid anzuwenden, wenn das Herstellungsverfahren einen Kristallisationsschritt für die Aufschlusslösung oder Aufschlusslösungsmischung (Schwarzlösung) umfasst. Die Erfindung zeichnet sich daher weiterhin dadurch aus, dass das Verfahren Bestandteil eines Verfahrens zur Herstellung von Titandioxid ist, welches den Aufschluss eines titanhaltigen Rohstoffs mit Schwefelsäure zu einer Aufschlusslösung (Schwarzlösung) oder Aufschlusslösungsmischung und in mindestens einer nachgeschalteten Behandlungsstufe eine mindestens zweistufige Auskristallisation von Grünsalz (FeSO₄·7H₂O) aus der Aufschlusslösung oder Aufschlusslösungsmischung umfasst, wobei eine das in einer ersten Kristallisationsstufe auskristallisierte Grünsalz (FeSO₄·7H₂O) enthaltende Lösung einer ersten, eine Schubzentrifuge umfassenden, Grünsalzabtrennvorrichtung zugeführt wird und die auskristallisiertes Grünsalz enthaltende Flüssigphase vor Eintritt in die Schubzentrifuge zunächst einer Siebschneckenzentrifuge oder einer Dekantierzentrifuge oder einem Siebdekanter zugeführt und darin durch Abtrennung von einem Teil der Flüssigphase auf eine Konzentration an Grünsalzfeststoffanteil von ≥ 30 Gew.-%, vorzugsweise ≥ 45 Gew.-%, eingedickt wird.
Es wurde gefunden, dass die Verweilzeit des Grünsalzes in einer Siebschneckenzentrifuge oder einer Dekantierzentrifuge oder einem Siebdekanter beispielsweise lediglich ca. maximal fünf Sekunden betragen kann, so dass in diesen Geräten in der Regel allenfalls ein vergleichsweise dünner Kuchen von ca. 1 cm Dicke aufgebaut werden kann. Diese Gegebenheiten verhindern ein ausreichendes notwendiges Waschen des Grünsalzkuchens oder -breis, d. h. der mit dem erhöhten und ausreichend hohen Grünsalzfeststoffanteil aufkonzentrierten Schwarzlösung/Aufschlusslösung/Aufschlusslösungsmischung. Allerdings lässt sich mit einer Siebschneckenzentrifuge oder einer Dekantierzentrifuge oder einem Siebdekanter eine Konzentration an Grünsalzfeststoffanteil in der oder einem Teil der bei der Kristallisation anfallenden Lösung von > 30 Gew.-%, vorzugsweise ≥ 45 Gew.-%, herstellen. Mit einem solchen Feststoffanteil ist dann aber eine nachgeschaltete Schubzentrifuge in wirtschaftlicher Weise zu betreiben. Zeichnet sich eine Schubzentrifuge beispielsweise dadurch aus, dass in dieser eine Verweilzeit des Grünsalzes bzw. Grünsalzkuchens von ca. 25 Sekunden erreicht wird, lässt sich hierin ein Feststoffkuchen, d. h. Grünsalzkuchen, von ca. 6 cm Stärke aufbauen. In Folge der in der Schubzentrifuge gegebenen höheren Verweilzeit und größeren Feststoffkuchenstärke kann auch die notwendige Waschung des Grünsalzes erfolgen. Durch die Kombination einer Schubzentrifuge mit vorgeschalteter Siebschneckenzentrifuge oder vorgeschalteter Dekantierzentrifuge oder vorgeschaltetem Siebdekanter lässt sich somit eine zweistufige Kristallisationsanlage zur Auskristallisierung von Grünsalz im Rahmen der Titandioxidherstellung nach dem Sulfatverfahren kontinuierlich und wirtschaftlich betreiben, obwohl einer oder beide Zentrifugentypen ggf. nach üblichen technischen und wirtschaftlichen Vorstellungen und Möglichkeiten lediglich suboptimal betrieben werden. Durch diese Kombination an Zentrifugen ist es möglich, die bei der Kristallisation in einem Kristallisator in der ersten Kristallisationsstufe entstehende Lösung in erhöhten Volumenströmen in hohem Maße von Grünsalz zu befreien, so dass dann in der zweiten Kristallisationsstufe die weitere Kristallisation bzw. erneute Kristallisation vorzugsweise unter anderen Kristallisationsbedingungen nicht mehr in einem unerwünscht hohen Maße von in der ersten Kristallisationsstufe auskristallisiertem Grünsalz beeinflusst ist.
Von Vorteil ist es hierbei weiterhin, wenn die einen Kristallisator der ersten Kristallisationsstufe verlassende, das auskristallisierte Grünsalz enthaltende Lösung vor Zuführung und Zu- und Eintritt in eine Siebschneckenzentrifuge oder eine Dekantierzentrifuge oder einen Siebdekanter zunächst einem vorgeschalteten Lamellenklärer zugeführt wird. Hierbei ist es dann möglich, durch ein mehr oder weniger reines Sedimentationsverfahren bereits eine Aufkonzentration, d. h. Eindickung, eines Teiles der Lösung und einen Grünsalzfeststoffanteil von ca. 26 Gew.-% zu erreichen und einen geklärten Filtratanteil der weiteren Bearbeitung oder Verarbeitung zuzuführen. Die dem Lamellenklärer nachgeschalteten Zentrifugen müssen also nicht mehr auf den komplette Flüssigkeitslösungsanteil ausgelegt sein. Das erfindungsgemäß Verfahren zeichnet sich daher weiterhin dadurch aus, dass die die Kristalle oder das auskristallisierte Grünsalz enthaltende Lösung oder Flüssigphase zunächst einem der Siebschneckenzentrifuge oder der Dekantierzentrifuge oder dem Siebdekanter vorgeschalteten Lamellenklärer zugeführt wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich weiter dadurch aus, dass der/dem mindestens einen Siebschneckenzentrifuge oder Dekantierzentrifuge oder Siebdekanter ein Lamellenklärer vorgeschaltet ist.
Da es mit einer Siebschneckenzentrifuge oder einer Dekantierzentrifuge oder einem Siebdekanter möglich ist, eine Flüssigphase oder einen Grünsalzbrei zu erzeugen, der in seinem Feststoffgehalt zwischen 30 Gew.-% und nahezu 100 Gew.-% variierbar ist, besteht eine weitere Ausführungsform der Erfindung darin, dass zwischen einer Siebschneckenzentrifuge oder einer Dekantierzentrifuge oder einem Siebdekanter und der nachgeschalteten zugeordneten Schubzentrifuge ein Zwischen- oder Sammelbehälter, insbesondere ein Trichterbehälter, angeordnet wird, in den der feststoffhaltige Ausfluss der zugeordneten Siebschneckenzentrifuge oder Dekantierzentrifuge oder des zugeordneten Siebdekanter eingebracht wird. Diesem Zwischen- oder Sammelbehälter oder Trichterbehälter kann parallel unbehandelte Lösung aus der ersten Kristallisationsstufe oder Auslauf aus dem Lamellenklärer oder Eindicker, der ggf. ebenfalls vor Eintritt in den Zwischen- oder Sammelbehälter mit zugemischter unbehandelter Lösung aus der ersten Kristallisationsstufe aufbereitet worden ist, zugeleitet und mit dem den Grünsalzfeststoffanteil aufweisenden, aus der Siebschneckenzentrifuge oder der Dekantierzentrifuge oder dem zugeordneten Siebdekanter auslaufenden Grünsalzbrei zu einer einen gewünschten Grünsalzfeststoffanteil aufweisenden Lösung vermischt werden. Diese gemischte Lösung wird dann der nachgeschalteten Schubzentrifuge zugeführt. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich daher weiterhin dadurch aus, dass die die Kristalle oder das auskristallisierte Grünsalz enthaltende und vorzugsweise eingedickte Lösung oder Flüssigphase vor Zuleitung zur Schubzentrifuge einem Zwischen- oder Sammelbehälter zugeführt und dort mit einem Teilstrom einer die Kristalle das in der ersten Kristallisationsstufe auskristallisierte Grünsalz (FeSO₄·7H₂O) enthaltenden Lösung oder Flüssigphase auf die gewünschte Konzentration an Feststoffanteil oder Grünsalzfeststoffanteil vermischt wird.
Zudem sieht die Erfindung in Ausgestaltung des Verfahrens vor, dass der aus dem Lamellenklärer abfließenden, eingedickten Flüssigphase, vorzugsweise vor Eintritt in die Siebschneckenzentrifuge, ein Teilstrom einer die Kristalle oder das in der ersten Kristallisationsstufe auskristallisierte Grünsalz (FeSO₄·7H₂O) enthaltenden Lösung zugemischt wird.
Um insbesondere die vorstehend erwähnten Mischvorgänge durchführen zu können, zeichnet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung in Ausgestaltung dadurch aus, dass zwischen der Siebschneckenzentrifuge und der Schubzentrifuge ein Zwischen- oder Sammelbehälter geschaltet ist.
Die Eindickung oder Aufkonzentration der die Kristalle oder das auskristallisierte Grünsalz enthaltenden Flüssigphase oder Lösung kann kontinuierlich oder diskontinuierlich durchgeführt werden, was die Erfindung ebenfalls vorsieht.
Von Vorteil ist es gemäß Weiterbildung der Erfindung weiterhin, wenn in der nachgeschalteten Behandlungsstufe die Auskristallisation von Grünsalz (FeSO₄·7H₂O) aus der Aufschlusslösung oder Aufschlusslösungsmischung kontinuierlich in mindestens zwei aufeinander folgenden Kristallisationsstufen durchgeführt wird, wobei die Temperatur in der ersten Kristallisationsstufe so eingestellt wird, dass dort vorzugsweise mehr als 40% des bei der Kristallisation insgesamt anfallenden Grünsalzes (FeSO₄·7H₂O) als grobkristallines Salz auskristallisiert und die Temperatur in einer nachfolgenden zweiten Kristallisationsstufe so eingestellt wird, dass in dieser Kristallisationsstufe ein gegenüber dem in der ersten Kristallisationsstufe erhaltenen Grünsalz feinkristallineres Grünsalz (FeSO₄·7H₂O) erhalten wird.
Bei einem solchen Kristallisationsverfahren ist es dann weiterhin zweckmäßig, wenn die Temperatur der ersten Kristallisationsstufe auf einen Wert zwischen 25°C und 35°C eingestellt wird und die Temperatur der zweiten Kristallisationsstufe auf einen Wert zwischen 10°C und 20°C eingestellt wird.
Von ganz besonderem Vorteil ist das erfindungsgemäß Verfahren dadurch, dass es erlaubt, unterschiedliche titanhaltige Rohstoffe als Ausgangsmaterialien zu nutzen und deren Aufschlusslösungen zu mischen. Die Erfindung zeichnet sich daher weiterhin dadurch aus, dass der nachgeschalteten Behandlungsstufe eine Aufschlusslösung (Schwarzlösung) oder Aufschlusslösungsmischung zugeführt wird, die durch gezielte Abmischung von Fe(III)-haltiger Ilmenitaufschlusslösung mit Titan(III)-haltiger Schlackeaufschlusslösung erhalten wird.
In Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass die erste Kristallabtrennvorrichtung eine oder mehrere Schubzentrifugen umfasst.
Hierbei kann weiterhin die Kristallisationsstufe als kontinuierlich betreibbare, mindestens zweistufe Kristallisationsstufe ausgebildet sein und den ersten Kristallisator und mindestens einen damit leitungsmäßig in Reihe verbundenen zweiten Kristallisator mit mindestens einer nachgeschalteten zweiten Grünsalzabtrennvorrichtung aufweisen, was die Erfindung ebenfalls vorsieht.
Schließlich zeichnet sich die Vorrichtung in zweckmäßiger Weiterbildung noch dadurch aus, dass die zweite Kristallabtrennvorrichtung eine oder mehrere Schälzentrifugen umfasst.
Die grundsätzlich mit der Anwendung des mindestens zweistufigen Kristallisationsverfahrens verbundenen Vorteile und Ausgestaltungen sind im Übrigen die gleichen, wie sie in der DE 10 2007 032 418 A1 beschrieben und offenbart sind, so dass diesbezüglich hiermit ausdrücklich auf den Offenbarungsgehalt dieser vorveröffentlichten Patentanmeldung Bezug genommen wird.
Die Erfindung ist nachstehend anhand einer Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Diese zeigt in
1 in schematischer Darstellung die Anordnung von Einrichtungen einer zweistufigen, Kristallisation bzw. einer der Aufschlussstufe zum Aufschluss eines titanhaltigen Rohstoffes mit Schwefelsäure zu einer Aufschlusslösung (Schwarzlösung) oder Aufschlusslösungsmischung nachgeschalteten Behandlungsstufe mit einer zweistufigen Auskristallisation von Grünsalz aus der Aufschlusslösung oder Aufschlusslösungsmischung und in
2 das in einer Anlage gemäß 1 durchgeführte Verfahren als Blockschaltbild.
Die in den 1 und 2 als Ausführungsbeispiel dargestellte zweistufige Kristallisationsstufe ist Bestandteil einer Produktionsanlage zur Herstellung von Titandioxid, insbesondere Titandioxidpigment nach dem Sulfatverfahren.
Über eine Transportleitung 16 wird aus einer vorgeschalteten Verfahrensstufe Aufschlusslösung oder Aufschlusslösungsmischung der in den 1 und 2 dargestellten nachgeschalteten Behandlungsstufe oder Verfahrensstufe zur Durchführung einer Kristallisation zugeführt. Diese Behandlungsstufe oder Verfahrensstufe umfasst einen als Rührbehälter ausgebildeten Vorlagetank 17, der über eine Leitung 18 mit einem ersten Kristallisator 19 verbunden ist. Dieser Kristallisator 19 bildet die erste Kristallisationsstufe des insgesamt zweistufigen Kristallisationsverfahrens aus. Austragsseitig ist der erste Kristallisator 19 über eine Leitung 20 mit einer ersten Fest-Flüssig-Trennvorrichtung oder Kristallabtrennvorrichtung, hier einer ersten Abtrennvorrichtung für Grünsalz, der insgesamt mit 21 bezeichneten ersten Grünsalzabtrennvorrichtung, verbunden, der die bei der Kristallisation erhaltenen Kristalle, hier Grünsalz, mit einer diese Kristalle enthaltenden Lösung zugeführt werden. Diese erste (Grünsalz)Abtrennvorrichtung 21 umfasst einen Lamellenklärer 21a, eine Siebschneckenzentrifuge 21b und eine Schubzentrifuge 21c sowie einen in leitungsmäßiger Verbindung zwischen die Siebschneckenzentrifuge 21b und die Schubzentrifuge 21c geschalteten Zwischen- oder Sammelbehälter 36.
Der erste Kristallisator 19 wird mit einer Temperatur zwischen 25°C und 35°C als Vakuumkristallisator betrieben, so dass aus der Aufschlusslösung(smischung) das Grünsalz im Wesentlichen und in der überwiegenden Menge als grobkristallines Salz auskristallisiert. Dieses auskristallisierte Grünsalz wird dann aus der dieses enthaltenden Lösung in der ersten Fest-Flüssig-Trennvorrichtung oder Kristallabtrennvorrichtung 21 abgetrennt. Diese ersten Abtrennvorrichtung umfasst mehrere in Reihe geschaltete Zentrifugen 21b, 21c mit einem vorgeschalteten statischen Eindicker 21a in Form eines Lamellenklärers. Ausgangsseitig ist die erste Abtrennvorrichtung 21 über Leitungen 22a, 22b, 22c mit einem als Rührbehälter ausgebildeten weiteren (zweiten) Speichertank 23, dem Filtrat- oder Zentrifugatbehälter, verbunden, dem durch die Leitungen 22a, 22b, 22c jeweils der Klarlauf oder das Zentrifugat der jeweils zugeordneten Fest-Flüssig-Trenneinrichtung 21a, 21b oder 21c zugeführt wird. Der zweite Speichertank 23 steht über eine weitere Leitung 24 mit der Eingangsseite eines zweiten Kristallisators 25 in Leitungsverbindung, so dass durch die Leitung 24 geklärte, „entwässerte” und von Grünsalz befreite (Aufschluss)Lösung oder (Aufschluss)Lösungsmischung aus dem zweiten Speichertank 23 dem die zweite Kristallisationsstufe ausbildenden zweiten Kristallisator 25 zuführbar ist. Ausgangsseitig steht der zweite Kristallisator 25 über eine weitere Leitung 26 mit einer insgesamt mit 27 bezeichneten zweiten Fest-Flüssig-Trennvorrichtung oder zweiten Kristallabtrennvorrichtung, hier einer zweiten Grünsalzabtrennvorrichtung 27, in Leitungsverbindung, der die bei der Kristallisation im zweiten Kristallisator 25 als Grünsalz erhaltenen Kristalle mit einer diese enthaltenden Lösung zugeführt werden. In dem zweiten Kristallisator 25 wird eine Vakuumkristallisation im Temperaturbereich zwischen 10°C und 20°C durchgeführt, so dass die den zweiten Kristallisator 25 auslaufseitig über die weitere Leitung 26 verlassende (Aufschluss)Lösung oder (Aufschluss)Lösungsmischung üblicherweise nur einen geringen Anteil an feinkristallinem Grünsalz aufweist, welches dann in der zweiten (Grünsalz)Abtrennvorrichtung 27 aus der dieses enthaltenden Lösung abgetrennt wird. Diese zweite Grünsalzabtrennvorrichtung 27 umfasst einen Eindicker in Form eines Lamellenklärers 27a und zwei Schälzentrifugen 27b, wobei zwischen den Lamellenklärer 27a und die Schälzentrifugen 27b ein Suspensionsvorlagebehälter 27c geschaltet ist. Von der zweiten Abtrennvorrichtung 27 führen weitere, den jeweiligen Klarlauf oder das jeweilige Zentrifugat führende Leitungen 28a, 28b zu einem als Rührbehälter ausgebildeten Überführungstank 29, aus welchem dann eine Abführleitung 30 die Kristallisationsstufe zur Überführung der von den Kristallen, hier dem Grünsalz, befreiten (Aufschluss)Lösung oder (Aufschluss)Lösungsmischung mit einer Hydrolysestufe verbindet.
Bei der Durchführung des Verfahrens wird Aufschlusslösung oder Aufschlusslösungsmischung nach einer Sedimentations- und Filtrationsstufe in den gerührten Vorlagetank 17 eingeleitet, aus dem sie in den ersten Kristallisator 19 gepumpt wird. Nach der ersten Kristallisationsstufe wird aus der die erhaltenen Kristalle enthaltenden, Lösung das auskristallisierte Grünsalz in der Abtrennvorrichtung 21 abgetrennt (Pfeil 31) und die (Aufschluss)Lösung als Filtrat oder Klarlauf mittels der Leitung 22a in den zweiten Speichertank 23 geleitet. Daraus wird sie dann in den zweiten Kristallisator 25 gepumpt, in dem weiteres Grünsalz auskristallisiert wird. Die in dem zweiten Kristallisator 25 in Form von feinkristallinem Grünsalz entstehenden Kristalle werden in der zweiten Abtrennvorrichtung 27 aus der sie enthaltenden Lösung abgetrennt (Pfeile 32a/32b) und die (Aufschluss)Lösung oder (Aufschluss)Lösungsmischung, die nur noch einen geringen Anteil an feinkristallinem Grünsalz aufweist, wird durch die Leitung 28a in den Überführungstank 29 gepumpt. Aus diesem Tank 29 gelangt die titanhaltige (Aufschluss)Lösung dann in eine nachgeschaltete Hydrolysestufe, wobei zweckmäßiger Weise die Rückwärmung der kalten, ablaufenden (Aufschluss)Lösung oder (Aufschluss)Lösungsmischung durch Wärmeaustausch mit der dem Kristallisationsprozess zulaufenden warmen Aufschlusslösung oder Aufschlusslösungsmischung erfolgt.
Zur Kristallisation wird über den Vorlagetank oder Speichertank 17 eine etwa 60°C warme, reduzierte Aufschlusslösung oder Aufschlusslösungsmischung über die Leitung 18 in die erste Kristallisationsstufe bzw. den ersten Kristallisator 19 geleitet. Hier erfolgt eine Abkühlung der Lösung auf ca. 30°C. Die in Form eines Salzbreis aus dem ersten Kristallisator 19 durch die Leitung 20 ablaufende Lösung wird in der ersten (Grünsalz)Abtrennvorrichtung 21 mittels des Eindickers 21a in eine Lösung oder einen Klarlauf 22a und in eine die auskristallisierten Kristalle in Form eines eingedickten Salzbreis (33) enthaltende Flüssigphase getrennt. Durch Zentrifugation des eingedickten Salzbreis (33) zunächst in der Siebschneckenzentrifuge 21b und danach in der nachgeschalteten Schubzentrifuge 21c wird Grünsalz aus der jeweiligen Flüssigphase abgetrennt, das über eine Leitung oder Förderung 31 ausgetragen und einer weiteren Verwendung zugeführt wird. Der in der Fest-Flüssig-Trennvorrichtung 21 von den Kristallen weitestgehend befreite Teil der Lösung und der Flüssigphase wird als Klarlauf über die Leitung 22a und als jeweiliges Zentrifugat der Flüssigphase über die Leitungen 22b und 22c in den Speichertank 23 geleitet. Von dort läuft diese Lösung dann durch die Leitung 24 in die zweite Kristallisationsstufe, d. h. den zweiten Kristallisator 25, ein. Die Temperatur der Lösung wird in dem zweiten Kristallisator 25 auf ca. 15°C abgesenkt und wiederum wird Grünsalz auskristallisiert. Die in Form eines Salzbreis aus der zweiten Kristallisationsstufe ablaufende und die auskristallisierten (Grünsalz)Kristalle enthaltende Lösung wird durch die Leitung 26 einem zweiten Eindicker 27a der zweiten Grünsalzabtrennvorrichtung 27 zugeführt. Der daraus als Flüssigphase ablaufende, eingedickte und die auskristallisierten Kristalle enthaltende Kristallbrei (34) wird über die Schälzentrifugen 27b von der Flüssigphase abgetrennt (32a/32b) und einer weiteren Verwendung zugeführt. Der Klarlauf des Lammellenklärers/Eindickers 27a und das Zentrifugat der Flüssigphase werden mittels der Leitungen 28a und 28b dem Überführungstank 29 zugeführt und anschließend wird die Lösung durch die Abführleitung 30 zur nachgeschalteten Hydrolyse geleitet.
In dem statischen Eindicker oder Lamellenklärer 21a der ersten Grünsalzabtrennvorrichtung 21 wird einerseits ein Filtrat oder Klarlauf und andererseits ein eingedickter Teil des Kristallisats, ein Grünsalzbrei, als Flüssigphase erzeugt, welcher einen Kristallfeststoffanteiel (hier: Grünsalzfeststoffanteil) von ca. 26 Gew.-% aufweist und der über eine Leitung 33 aus dem statischen Eindicker oder Lamellenklärer 21a abgeleitet und der Siebschneckenzentrifuge 21b zugeführt wird. Die Siebschneckenzentrifuge dreht mit ca. 1000 Umdrehungen/min und scheidet dabei aus der Flüssigphase in den Kristallen eingeschlossene oder daran anhaftende (Aufschluss)Lösung oder (Aufschluss)Lösungsmischung, sog. Schwarzlösung, als Zentrifugat aus dem Salzbrei ab. Dieses Zentrifugat wird über die Leitung 22b dem Speichertank 23 zugeführt. Die Austragsschnecke der Siebschneckenzentrifuge 21b dreht mit ca. 15 Umdrehungen/min schneller als die mit 1000 Umdrehungen/min drehende Trommel und trägt den eingedickten Salzbrei als Flüssigphase über eine Leitung 35 aus. Der Salzbrei bzw. diese Flüssigphase hat dann einen Grünsalzfeststoffanteil (allgemein einen Kristallfeststoffanteil) von ca. 45 Gew.-% und wird dann der Schubzentrifuge 21c zugeführt. Hierbei ist im Ausführungsbeispiel ein Zwischen- oder Sammelbehälter 36 oder Trichterbehälter zwischengeschaltet. Da es möglich ist, mithilfe der Siebschneckenzentrifuge 21b den Kristallfeststoffanteil, hier den Grünsalzfeststoffanteil, der die Siebschneckenzentrifuge 21b verlassenden Flüssigphase (hier Salzbrei) in einem Bereich von ca. 30 Gew.-% bis annähernd 100 Gew.-% einzustellen, ist es im Rahmen der Ausführungsform möglich, einen Teilstrom des den Lamellenklärer oder Eindicker 21a über die Leitung 33 als Flüssigphase verlassenden Unterlaufs über eine Abzweigleitung oder Parallelleitung 37 parallel zur Siebschneckenzentrifuge 21b an dieser vorbei in den Zwischen- oder Sammelbehälter 36 oder Trichterbehälter zu pumpen und hier mit dem wesentlich höher aufkonzentrierten, die Siebschneckenzentrifuge 21b über die Leitung 35 verlassenden Salzbrei zu vermischen und damit in dem zwischen- oder Sammelbehälter 36 einen Salzbrei mit der gewünschten Gesamtkonzentration an Grünsalzfeststoffanteil (allgemein Kristallfeststoffanteil) von beispielsweise ca. 45 Gew.-% einzustellen. Zudem ist die Möglichkeit vorgesehen, der Leitung 33 und damit dem darin geführten Teilstrom der aus dem Lamellenklärer 21a auslaufenden Flüssigphase über eine erste Abzweigleitung 38 grünsalzhaltige Lösung, so wie sie aus dem ersten Kristallisator 15 austritt, zuzuführen und zuzumischen. Alternativ oder zusätzlich kann über eine zweite Abzweigleitung 38a grünsalzhaltige Lösung, so wie sie aus dem ersten Kristallisator 15 austritt, der Parallelleitung 37 und/oder kann über eine dritte Abzweigleitung 38b grünsalzhaltige Lösung, so wie sie aus dem ersten Kristallisator 15 austritt, in den Zwischen- oder Sammelbehälter 36 oder Trichterbehälter eingeleitet werden. Aus dem Zwischen- oder Sammelbehälter 36 wird der dort erzeugte Salzbrei dann mittels einer Leitung 39 als Flüssigphase der Schubzentrifuge 21c zugeführt.
Bei der Siebschneckenzentrifuge 21a handelt es sich um eine solche, die aus einem in einem Lagergehäuse angeordneten Antriebsteil, einer Siebhaltetrommel, einem Siebeinsatz, einer Transportschnecke und einem die rotierenden Teile umschließenden Produktgehäuse besteht. Üblicherweise wird über ein zentrales Einlaufrohr das Fest-/Flüssiggemisch (hier Salzbrei als Flüssigphase) in einen innerhalb des Schneckenkörpers ausgebildeten Aufgaberaum zugeführt und von dort über Durchtrittsöffnungen auf dem in die Siebhaltetrommel eingelegten Siebteil gleichmäßig verteilt. Die Transportschnecke dreht dabei in gleicher Drehrichtung wie die Siebhaltetrommel, jedoch mit einer etwas unterschiedlichen Drehzahl und sorgt für eine gleichmäßige Produktbeschleunigung und Produktverteilung auf dem Siebteil.
In nicht dargestellter Ausführungsform kann an Stelle einer Siebschneckenzentrifuge 21b aber auch eine Dekantierzentrifuge oder ein Siebdekanter Verwendung finden. Je nach Anlagengröße und Produktionsanlagenauslegung können auch mehrere dieser Filtrationszentrifugen parallel und/oder in Reihe geschaltet Bestandteil einer ersten Fest-Flüssig-Trennvorrichtung oder ersten Kristallabtrennvorrichtung oder ersten Grünsalzabtrennvorrichtung 21 und/oder einer zweiten Fest-Flüssig-Trennvorrichtung oder zweiten Kristallabtrennvorrichtung oder zweiten Grünsalzabtrennvorrichtung 27 sein.
Bei Dekantierzentrifugen wird die zu trennende Flüssigkeit oder Suspension etwa in der Mitte einer Trommel der Dekantierzentrifuge aufgegeben, so dass der Feststoff durch die mit Differenzdrehzahl zur Trommel umlaufende Schnecke in Richtung zum kleineren Durchmesser der Trommel befördert wird, während die geklärte Flüssigkeit am entgegengesetzten Ende der Trommel überläuft.
Ein Siebdekanter ist eine Kombination aus Vollmantel-Dekantierzentrifuge und Siebschneckenzentrifuge. Dabei wird im Dekanterteil die Aufgabesuspension oder Lösung zunächst voreingedickt, das heißt auf dem konischen Teil der Vollmanteltrommel weitgehend entwässert. Die Flüssigkeit wird im zylindrischen Teil geklärt und am Ende abgeschleudert. Der voreingedickte Feststoff wird von der Transportschnecke in den zylindrischen Siebteil transportiert und dort von der anhaftenden Restflüssigkeit befreit.
Auch wenn im Ausführungsbeispiel die Fest-Flüssig-Trennvorrichtung 21 lediglich eine Siebschneckenzentrifuge 21b und eine damit fluidleitungsmäßig in Reihe geschaltete Schubzentrifuge 21c und einen mit beiden Zentrifugen fluidleitungsmäßig in Reihe geschalteten Lamellenklärer 21a aufweist, so ist es natürlich auch möglich, beliebige Kombinationen von einer oder mehreren Siebschneckenzentrifugen 21b mit einer oder mehreren Schubzentrifugen 21c auszubilden. Dies sowohl mit als auch ohne vorgeschalteten Eindicker oder Lamellenklärer 21a. Hierbei können zudem diese Einrichtungen oder Vorrichtungen, insbesondere die Siebschneckenzentrifugen und/oder die Schubzentrifugen, je nach Anwendungsfall jeweils zueinander (Zentrifugen unterschiedlicher Art oder unterschiedlichen Typs) oder untereinander (Zentrifugen gleicher Art oder gleichen Typs) fluidleitungsmäßig parallel und/oder in Reihe geschaltet sein. Mindestbedingung ist, dass einer Schubzentrifuge immer jeweils mindestens eine Siebschneckenzentrifuge, eine Dekantierzentrifuge oder ein Siebdekanter vorgeschaltet ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007032418 A1 [0014, 0015, 0037]

Claims

Verfahren zur Fest-Flüssig-Trennung von durch Kristallisation (19) aus einer Lösung erhaltenen Kristallen von einer sie enthaltenden Flüssigphase, wobei eine die erhaltenen Kristalle enthaltende Flüssigphase einer ersten, eine Schubzentrifuge (21c) umfassenden Fest-Flüssig-Trennvorrichtung (21) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die auskristallisierte Kristalle enthaltende Flüssigphase vor Eintritt in die Schubzentrifuge (21c) zunächst einer Siebschneckenzentrifuge (21b), einer Dekantierzentrifuge oder einem Siebdekanter zugeführt und darin von einem Teil der Flüssigphase getrennt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die die Kristalle enthaltende Flüssigphase in der Siebschneckenzentrifuge (21b), der Dekantierzentrifuge oder dem Siebdekanter auf eine Konzentration an Kristallfeststoffanteil von mehr als 30 Gew.-% vorzugsweise mehr als 45 Gew.-% eingedickt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die die Kristalle enthaltende Flüssigphase in der Siebschneckenzentrifuge (21b), der Dekantierzentrifuge oder dem Siebdekanter auf eine Konzentration an Kristallfeststoffanteil von 30–50 Gew.-% eingedickt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kristalle, vorzugsweise in bereits eingedickter Flüssigphase, in der Schubzentrifuge (21c) mit einem Waschmedium gewaschen werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es Bestandteil eines Verfahrens zur Herstellung von Titandioxid ist, welches den Aufschluss eines titanhaltigen Rohstoffs mit Schwefelsäure zu einer Aufschlusslösung (Schwarzlösung) oder Aufschlusslösungsmischung und in mindestens einer nachgeschalteten Behandlungsstufe eine mindestens zweistufige (19, 25) Auskristallisation von Grünsalz (FeSO₄·7H₂O) aus der Aufschlusslösung oder Aufschlusslösungsmischung umfasst, wobei eine das in einer ersten Kristallisationsstufe (19) auskristallisierte Grünsalz (FeSO₄·7H₂O) enthaltende Lösung einer ersten, eine Schubzentrifuge (21c) umfassenden Grünsalzabtrennvorrichtung (21) zugeführt wird, und die auskristallisiertes Grünsalz enthaltende Flüssigphase vor Eintritt in die Schubzentrifuge (21c) zunächst einer Siebschneckenzentrifuge (21b) oder einer Dekantierzentrifuge oder einem Siebdekanter zugeführt und darin durch Abtrennung von einem Teil der Flüssigphase auf eine Konzentration an Grünsalzfeststoffanteil von ≥ 30 Gew.-%, vorzugsweise ≥ 45 Gew.-%, eingedickt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die die Kristalle oder das auskristallisierte Grünsalz enthaltende Lösung oder Flüssigphase zunächst einem der Siebschneckenzentrifuge (21b) oder der Dekantierzentrifuge oder dem Siebdekanter vorgeschalteten Lamellenklärer (21a) zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die die Kristalle oder das auskristallisierte Grünsalz enthaltende und vorzugsweise eingedickte Lösung oder Flüssigphase vor Zuleitung zur Schubzentrifuge (21c) einem Zwischen- oder Sammelbehälter (36) zugeführt und dort mit einem Teilstrom (37, 38a; 38b) einer die Kristalle und/oder das in der ersten Kristallisationsstufe auskristallisierte Grünsalz (FeSO₄·7H₂O) enthaltenden Lösung (38b) oder Flüssigphase (37, 38a) auf die gewünschte Konzentration an Feststoffanteil oder Grünsalzfeststaffanteil vermischt wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der aus dem Lamellenklärer (21a) abfließenden, eingedickten Flüssigphase, vorzugsweise vor Eintritt in die Siebschneckenzentrifuge (21b), ein Teilstrom (38) einer die Kristalle oder das in der ersten Kristallisationsstufe auskristallisierte Grünsalz (FeSO₄·7H₂O) enthaltenden Lösung zugemischt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eindickung der die Kristalle oder das auskristallisierte Grünsalz enthaltenden Flüssigphase oder Lösung kontinuierlich oder diskontinuierlich durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5–9, dadurch gekennzeichnet, dass in der nachgeschalteten Behandlungsstufe die Auskristallisation von Grünsalz (FeSO₄·7H₂O) aus der Aufschlusslösung oder Aufschlussläsungsmischung kontinuierlich in mindestens zwei aufeinander folgenden Kristallisationsstufen (19, 25) durchgeführt wird, wobei die Temperatur in der ersten Kristallisationsstufe (19) so eingestellt wird, dass dort vorzugsweise mehr als 40% des bei der Kristallisation insgesamt anfallenden Grünsalzes (FeSO₄·7H₂O) als grobkristallines Salz auskristallisiert und die Temperatur in einer nachfolgenden zweiten Kristallisationsstufe (25) so eingestellt wird, dass in dieser Kristallisationsstufe (25) ein gegenüber dem in der ersten Kristallisationsstufe (19) erhaltenen Grünsalz feinkristallineres Grünsalz (FeSO₄·7H₂O) erhalten wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der ersten Kristallisationsstufe (19) auf einen Wert zwischen 25°C und 35°C eingestellt wird und die Temperatur der zweiten Kristallisationsstufe (25) auf einen Wert zwischen 10°C und 20°C eingestellt wird.
Verfahren nach einem Ansprüche 5–11, dadurch gekennzeichnet, dass der nachgeschalteten Behandlungsstufe eine Aufschlusslösung (Schwarzlösung) oder Aufschlusslösungsmischung zugeführt wird, die durch gezielte Abmischung von Fe(III)-haltiger Ilmenitaufschlusslösung mit Titan(III)-haltiger Schlackeaufschlusslösung erhalten wird.
Vorrichtung, die insbesondere Bestandteil einer Anlage zur Herstellung von Titandioxid nach dem Sulfatverfahren ist und eine Kristallisationsstufe umfasst, die mindestens einen ersten Kristallisator (19) mit mindestens einer nachgeschalteten, eine Schubzentrifuge (21c) umfassenden ersten Fest-Flüssig-Trennvorrichtung, insbesondere einer Kristallabtrennvorrichtung (21), aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Kristallisator (19) und einer Schubzentrifuge (21c) mindestens eine/ein der Schubzentrifuge (21c) vorgeschaltete(r) Siebschneckenzentrifuge (21b) oder eine Dekantierzentrifuge oder ein Siebdekanter angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der/dem mindestens einen Siebschneckenzentrifuge (21c) oder Dekantierzentrifuge oder Siebdekanter ein Lamellenklärer (21a) vorgeschaltet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Siebschneckenzentrifuge (21b) und der Schubzentrifuge (21c) ein Zwischen- oder Sammelbehälter (36) geschaltet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13–15, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kristallabtrennvorrichtung (21) eine oder mehrere Schubzentrifugen (21c) umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13–16, dadurch gekennzeichnet, dass die Kristallisationsstufe als kontinuierlich betreibbare, mindestens zweistufige Kristallisationsstufe ausgebildet ist und den ersten Kristallisator (19) und mindestens einen damit leitungsmäßig in Reihe verbundenen zweiten Kristallisator (25) mit mindestens einer nachgeschalteten zweiten Kristallabtrennvorrichtung (27) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kristallabtrennvorrichtung (27) eine oder mehrere Schälzentrifugen (27b) umfasst.
Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18 bei der Durchführung einer mindestens zweistufig kontinuierlich betriebenen Kristallisation einer titanhaltigen Aufschlusslösung oder Aufschlusslösungsmischung, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 5 bis 12.