Kristallisation von (NH₄)₂SO₄
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Kristallisation von K₂SO₄ (SOP)
Aufgrund der kontinuierlich wachsenden Weltbevölkerung hat sich die Nachfrage nach Düngemitteln in den letzten Jahren fortwährend erhöht und die Produktion nach hochwertigen Düngemitteln wie Kaliumsulfat steigt stetig.
Anlagen zur Produktion von Kaliumsulfat wurden in der Vergangenheit im Wesentlichen durch den sehr energieaufwendigen Mannheimer-Ofen-Prozesses durchgeführt. Hierbei wurden durch die Reaktion von KCl und H₂SO₄ als Produkte K₂SO₄ und HCl produziert.
In der heutigen Zeit haben sich aufgrund der Nachfrage nach energieeffizienten Verfahren die Produktionsverfahren gewandelt. Kristallisationsanlagen für SOP (Sulfate of Potash), so die Bezeichnung in der Düngemittelindustrie, werden nun durch Umsalzungsprozesse vorhandener Salzlösungen durchgeführt.
Dabei wird aus der Ausgangslösung stets ein Zwischenprodukt erzeugt, welches dann durch Verdampfung und Kristallisation in das entsprechende Produktsalz Kaliumsulfat in Düngemittelqualität umgewandelt wird.
Ausgangsstoff sind entsprechende Lösungen mit dem notwendigen Inhalt von Kalium- als auch Sulfat-Ionen aus Prozessabwässern oder entsprechende Rohsalze wie z.B. KTMS (Kainit Type Mixed Salt).
Herstellung über das Zwischenprodukt Schönit
Bei diesem Verfahren werden normalerweise die Ausgangssalze Kaliumchlorid (KCl) und Magnesiumsulfat (MgSO₄) in einem Umwandlungsprozess zu Schönit (K₂Mg(SO₄)₂ 6H₂O) umgewandelt und in Vakuum-Kühlkristallisationsanlagen kristallisiert.
Das kristalline Schönit wird im nächsten Schritt zu Kaliumsulfat (SOP) umgewandelt und abgetrennt.
Im Gesamtverfahren sind somit mehrere Abtrenneinrichtungen als auch – je nach exakter Verfahrensweise – Verdampfungsanlagen zur MgCl₂-Lösungsaufkonzentrierung notwendig.
Sofern das Ausgangssalz hierbei nicht wie dargestellt aus reinen Rohsalzen besteht, sondern noch weitere Nebensalze wie beispielsweise Natriumchlorid (NaCl) beinhaltet, werden diese in Zusatzschritten aus der Anlage entweder als Nebenstoff oder auch als weiteres Produkt durch Kristallisationsanlagen gewonnen.
Herstellung über das Zwischenprodukt Glaserit
Eine weitere Möglichkeit zur Produktion von Kaliumsulfat (K₂SO₄) als SOP (Sulfate of Potash) in Düngemittelqualität ist der Prozess über den Zwischenschritt der Produktion von Glaserit (K3Na(SO₄)₂).
Die beiden Rohsalze werden hierbei in einem Umwandlungsprozess zu festem Glaserit umgewandelt. Dieses Glaserit wird in einem weiteren Schritt nach nochmaliger Umwandlung zu K₂SO₄ umgewandelt, welches nach Salzabtrennung und Trocknung als fertiges SOP in Düngemittelqualität zur Verfügung steht.
Zur Behandlung der im Prozess anstehenden Mutterlaugen ist im Gesamtverfahren eine heiße Verdampfkristallisation beinhaltet, welche als fertiges Produkt NaCl (Vakuumsalz) in Speisesalzqualität produziert. Des Weiteren ist eine Vakuum-Kühlkristallisationsanlage notwendig, um aus der Gesamtlösung notwendige Rückführströme in die Konversionsprozesse sicherzustellen.
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Häufig gestellte Fragen
Wie wird bestimmt, ob bei der Kristallisation von Kaliumsulfat als SOP als Zwischenprodukt Schönit oder Glaserit hergestellt wird?
Das als Rohsalz oder Rohlösung dienende Edukt bestimmt den Prozess und somit auch den Umwandlungsschritt und dessen Zwischenprodukt.
Ist das Edukt reich an Magnesium-Ionen, wird die Kristallisationsanlage für Kaliumsulfat bzw. der Gesamtprozess über das Zwischenprodukt Schönit (K₂Mg(SO₄)₂ 6H₂O) verlaufen.
Ist der Rohstoff hingegen mit Natrium-Ionen angereichert, so wird die Kristallisationsanlage über den Zwischenstoff Glaserit (K3Na(SO₄)₂) realisiert.
In jedem Fall kommt bei der Kristallisation des Kaliumsulfates (SOP) eine Vakuum-Kühlkristallisationsanlage zum Einsatz.
Was kann als Edukt für die Produktion von Kaliumsulfat genutzt werden?
Es können Salze mit hohem Gehalt an notwendigen Ionen (K-Ionen, SO₄-Ionen), wie das KTMS zum Einsatz kommen.
Auch Lösungen wie zum Beispiel Abstoßlösungen von Salinen mit hohen Gehalten an Na-Ionen und SO₄-ionen eignen sich zur Weiterverarbeitung und Kristallisation von Kaliumsulfat.
Warum kommt das Verfahren des Mannheimer Ofens nicht mehr zum Einsatz?
Aufgrund der hohen Kosten der für das Verfahren eingesetzten Komponenten, den hohen Energiekosten wegen hoher Prozess-Temperaturen sowie der Reparaturanfälligkeit wird heute fast ausschließlich das Verfahren der Umsalzung und Vakuum-Kühlkristallisation angewendet.
Weitere Anwendungen
Kristallisation von FeSO₄ 7H₂O
Kristallisation von KCl (MOP)
Kristallisation von LiCl
Kristallisation von Li₂CO₃
Kristallisation von Li₂SO₄ H₂O
Kristallisation von LiOH H₂O
Kristallisation von MgSO₄ 7H₂O
Kristallisation von Na₂CO₃ oder Soda
Kristallisation von Na₂SO₄ oder Glaubersalz
Kristallisation von NaCl (Vakuumsalz)
Verdampfung aus CaCl₂ Lösung
Verdampfung aus Aluminatlauge
Verdampfung aus MgCl₂ Lösung
Verdampfung aus Spinnbad und Kristallisation von Natriumsulfat