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DE2630196A1 - Verfahren zur herstellung von schwefelsaeure aus abfallsaeure und eisensulfat - Google Patents

Verfahren zur herstellung von schwefelsaeure aus abfallsaeure und eisensulfat

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DE2630196A1
DE2630196A1 DE19762630196 DE2630196A DE2630196A1 DE 2630196 A1 DE2630196 A1 DE 2630196A1 DE 19762630196 DE19762630196 DE 19762630196 DE 2630196 A DE2630196 A DE 2630196A DE 2630196 A1 DE2630196 A1 DE 2630196A1
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DE
Germany
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sulfuric acid
acid
water
iron sulfate
crystallization
Prior art date
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Pending
Application number
DE19762630196
Other languages
English (en)
Inventor
Georg Dipl Ing Dr Daradimos
Heinz Dipl Ing Doerr
Rudolf Dr Gerken
Hugo Grimm
Christoph Dipl Ing Muecke
Georg Schmidt
Hermann Wieschen
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Bayer AG
GEA Group AG
Original Assignee
Bayer AG
Metallgesellschaft AG
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Publication date
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    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B17/00Sulfur; Compounds thereof
    • C01B17/69Sulfur trioxide; Sulfuric acid
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    • C01B17/901Recovery from spent acids containing metallic ions, e.g. hydrolysis acids, pickling acids
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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  • Treating Waste Gases (AREA)

Description

METALLGESELLSCHAFT Pi-auk furt/M., 29. Juni 1976 Aktiengesellschaft Sehr/HGa 2630196
6000 Frankfurt/M.
und
BAYER AG prov. Nr. 7940 LC
5090 Leverkusen
Verfahren zur Herstellung von Schwefelsäure aus Abfallsäure und Eisensulfat
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Schwefelsäure aus beim Aufschluß TiOg-haltiger Materialien mit Schwefelsäure anfallender eisensulfathaltiger Abfallschwefelsäure, wobei kristallwasserreiches Eisensulfat durch Erhöhung der Schwefelsäurekonzentration in kristallwasserarmes Eisensulfat umgewandelt und als festes Material abfiltriert wird, die Schwefelsäurekonzentration des wäßrigen Filtrats durch Wasserverdampfung aufkonzentriert wird, ein Teilstrom des aufkonzentrierten Filtrats der Abfallschwefelsäure zugesetzt wird, und aus dem abfiltrierten festen kristallwasserarmen Eisensulfat Schwefelsäure gewonnen wird.
Beim Aufschluß TiO2-haltiger Rohstoffe mit Schwefelsäure fallen als Abfallprodukte Abfallschwefelsäuren und beim IlmenitaufSchluß das sog. Grünsalz an. Die Abfallsäuren enthalten bis zu etwa 21 Ge\f.~% freie Schwefelsäure und Metallsulfate, überwiegend Eisensulfat. Das feste Grünsalz besteht aus kristallwasserreichem Eisensulfat und enthält bis zu etwa 90 Gew.-% FeSO^ · 7 H2O. Eine Wiedergewinnung der Rohstoffe ist aus Gründen des Umweltschutzes anzustreben.
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Eine direkte Aufarbeitung des Grünsalzes durch thermische Spaltung in Eisenoxyd und^SOp, das zu Schwefelsäure verarbeitet wird, ist sehr teuer, da die Spaltung bei hohen Temperaturen erfolgt, und deshalb der hohe Kristallwassergehalt des Grünsalzes auf diese Temperatur gebracht werden muß. Außerdem muß bei einer anschließenden Trockenkatalyse die Feuchtigkeit aus den Spaltgasen entfernt werden.
Für die Verarbeitung der Abfallsäuren durch thermische Spaltung gilt Entsprechendes, da die Schwefelsäurekonzentration sehr niedrig ist. Deshalb werden diese Abfallsäuren vor der Spaltung aufkonzentriert.
Es ist bekannt, die beim Aufschluß von TiOp-haltigen Materialien mit Schwefelsäure anfallenden Abfallsäuren direkt in die Eindickzone eines Kristallisators zu leiten, dort die Schwefelsäurekonzentration durch Zugabe von aufkonzentrierter Säure mit 60 - 65 % Schwefelsäure auf 50 - ^ % Schwefelsäure zu erhöhen, das sich dabei bildende und absetzende kristallwasserarme Eisensulfat abzuziehen und abzufiltrieren, das wäßrige Filtrat und den Überlauf des Kristallisators mit 50 - 55 % Schwefelsäure in einem Eindampfer mittels Tauchbrenner auf 60 - 65 % Schwefelsäure aufzukonzentrieren, ein Teilstrom dieser aufkonzentrierten Säure in den Kristallisator zu leiten und den anderen Teilstrom nach einer weiteren Aufkonzentrierung dem TiO2-AUfSChIuB wieder zuzuführen. Das abfiltrierte feste kristallwasserarme Eisensulfat (FeSO^ · H2O) wird dann zu Schwefelsäure verarbeitet (DT-PS 957 473). ''^C Bei diesem Verfahren muß eine sehr große Kreislaufmenge an Säure aufrechtgehalten werden, damit sich bei der Mischung der mit etwa 20 % Schwefelsäure vorliegenden Abfallsäure mit der aufkonzentrierten Kreislauf säure mit 60 - 65 % Schwefelsäure eine Mischkonzentration von 50 - 55 % Schwefelsäure einstellt,· Außerdem wird kein festes Grünsalz dem Verfahren zugesetzt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verarbeitung der beim TiO2-Aufschluß anfallenden Abfallsäuren und des festen kristallwasserreichen Eisensulfates in möglichst wirtschaftlicher und umweltfreundlicher Weise zu ermöglichen.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß die Abfallsäure durch Wärmezufuhr auf eine Schwefelsäurekonzentration von 25 - 55 Gew.-?6, bezogen auf die Suspension, aufkonzentriert, mit aufkonzentriertem Filtrat mit einer Schwefelsäurekonzentration von 45 - 70 Gew.-%, bezogen auf salzfreie Säure, gemischt, in der Säuremischung eine Schwefelsäurekonzentration von 30 - 65 Gew.~%, bezogen auf die Suspension, eingestellt, die Säuremischung mit beim TiOg-Aufschluß anfallendem festem kristallwasserreichem Eisensulfat gemischt, in der Mischung das kristallwasserreiche Eisensulfat in kristallwasserarmes Eisensulfat umgewandelt wird, die entstandene Suspension filtriert, das abfiltrierte kristallwasserarme feste Eisensulfat mit der anhaftenden Schwefelsäure in einer Spaltung thermisch gespalten und aus den S02-haltigen Spaltgasen Schwefelsäure hergestellt wird, das wäßrige Filtrat durch Wärmezufuhr auf eine Schwefelsäurekonzentration von 45 - 70 Gew.-%, bezogen auf salzfreie Säure, aufkonzentriert wird, mindestens ein Teil des aufkonzentrierten Filtrats für die Säuremischung verwendet wird.
Die Wärmezufuhr für die Aufkonzentrierung kann durch direkte und/oder indirekte Wärmeübertragung erfolgen. Dabei kann in großem Umfang minderwertige Wärme, die mit niedrigem Temperaturniveau anfällt, verwendet werden. Die Säuremischung aus aufkonzentrierter Abfallsäure und aufkonzentriertem wäßrigen Filtrat erfolgt zweckmäßigerweise direkt in der Umwandlungsstufe für das kristallwasserreiche Eisensulfat in kristallwasserarmes Eisensulfat. Das feste kristallwasserreiche Eisensulfat wird zweckmäßigerweise direkt in
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diese Umwandlungsstufe eingesetzt. Der restliche Teil des aufkonzentrierten Filtrats wird zweckmäßigerweise ganz oder teilweise für den TiOp-Aufschluß verwendet. Der restliche Teil kann jedoch auch ganz oder teilweise far andere Zwecke, wie z.B. Dungungsmittelerzeugung oder andere Erzlaugungsprozesse, verwendet werden. Die Temperatur muß so gewählt werden, daß im Verfahren, und insbesondere während der Filtration, keine Rückbildung des bereits entstandenen kristallwasserarmen zu kristallwasserreicherem Eisensulfat eintritt. Die minimale Temperatur beträgt je nach Schwefelsäurekonzentration 10 - 50 0C.
Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, daß mindestens ein Teil des restlichen Teiles des aufkonzentrierten Filtrats vor dem Einsatz in den TiOp-Aufschluß durch die thermische Spaltung geleitet wird. Dadurch wird die im Verfahren notwendige Aufkonzentrierung der Säure für die Entlastung der Spaltung ausgenutzt.
Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, daß die Schwefelsäurekonzentration des restlichen Teils des aufkonzentrierten Filtrats durch indirekte Wärmezufuhr erhöht wird. Dadurch kann eine weitere Aufkonzentrierung der Säure ohne Abluftproblem erfolgen.
Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, daß das Mengenverhältnis von Abfallsäure zu festem kristallwasserreichem Eisensulfat 0,5 - 0,9, vorzugsweise 0,7 beträgt. In diesem Bereich kann eine teilweise Aufarbeitung der Abfallprodukte einer TiO2-Anlage auf Basis Ilmenit unter Deckung der Verluste durch dem festen kristallwasserarmen Eisensulfat anhaftende Schwefelsäure erfolgen.
Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, daß das Mengenverhältnis von Abfallsäure zu festem kristallwasserreichem Eisensulfat 1,5 - 2,5 beträgt. In diesem Bereich kann eine vollständige Aufarbeitung der Abfallprodukte einer TiOp-Anlage auf Basis Ilmenit erfolgen.
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Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, daß das Mengenverhältnis von Säuremischung zu festem kristallwasserreichem Eisensulfat mindestens 1, vorzugsweise 2-3, beträgt. In diesem Bereich bestehen günstige Verhältnisse im Hinblick auf die dem abfiltrierten festen kristallwasserarmen Eisensulfat anhaftende Schwefelsäure und deren Spaltung sowie dem Salzgehalt im wäßrigen Filtrat.
Eine vorzugsweise Ausgestaltung besteht darin, daß die Konzentration der dem abfiltrierten festen kristallwasserarmen Eisensulfat anhaftenden Schwefelsäure 30 - 60 Gew.-% beträgt. Dadurch werden günstige Betriebsbedingungen mit beträchtlicher Entlastung der Spaltung erzielt.
Die Erfindung wird an Hand von Beispielen und eines Fließschemas näher und beispielsweise erläutert, wobei die Säuremischung zur Verdeutlichung als separate Säuremischanlage dargestellt ist. Das feste kristallwasserreiche Eisensulfat wird als "Grünsalz" bezeichnet. Die Umwandlung des kristallwasserreichen Eisensulfats in kristallwasserarmes Eisensulfat wird als "Dehydration" bezeichnet.
Beispiel 1
Bei dem Aufschluß von norwegischem Ilmenit mit Schwefelsäure fallen pro Tonne TiO2 4 t Grünsalz und 8 t Abfallschwefelsäure an.
Das Grünsalz enthält 90 Gew.-% FeSO^·7Η20 und 5 Gew.-% Haftfeuchte, Rest Metallsulfathydrate. Die Abfallschwefelsäure weist folgende chemische Zusammensetzung auf:
MeSO^ = ca. 15 Gew.-96 H2SO^ = ca. 21 Gew.-% H2O = ca. 64 Gew.-96.
Die Abfallschwefelsäure, 8 000 kg/h, wird aus dem Vorratbehälter 2 über Leitung 2a in die Aufkonzentrierungsanlage gefördert. Dort wird die Abfallschwefelsäure unter Ttfärme-
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zufuhr auf 30,4 Gew.-$ H2SO^, bezogen auf die Suspension, aufkonzentriert. Über Leitung 3a wird die Suspension, 5 520 kg/h, in die Säuremischanlage 4 gefördert. Über Leitung 8a werden aus der Aufkonzentrierungsanlage 8 weitere 4 480 kg/h Abfallsäure mit 65 Gew.-# H2SO^ der Säuremischanlage zugeführt. Daraus ergibt sich eine Gesamtmenge von 10 000 kg/h mit einer Schwefelsäure-Konzentration von 45,9 Gew.-%, die über Leitung 4a in die Dehydrationsanlage 5 gefördert wird. Über Leitung 1a werden aus dem Lager 4 000 kg/h Grünsalz in die Dehydrationsanlage gefördert, worauf eine Gesamtmenge von 14 000 kg/h entsteht, Das Mengenverhältnis Säuremischung zu Grünsalz beträgt 2,5 : 1. Die auf Suspension bezogene Schwefelsäure-Konzentration beträgt 32,8 Gew.-Jo, MeSO^-Gehalt ca. 230 g/kg.
In der Filtrationsanlage 6 wird die Suspension abfiltriert. Der Filterkuchen, ca. 5 200 kg/h, enthält neben MeSO^·Η20· ca. 30 Gew.-Jo Haftschwefelsäure als 44,3 Gew.-^ige H2SO^ und wird der Spaltanlage 7 zugeführt.
Das Filtrat, ca. 8 800 kg/h, wird in der Aufkonzentrierungsanlage 8 von 44,3 auf 65 Gew.-55 H2SO^ unter Wärmezufuhr aufkonzentriert.
Aus der Gesamtmenge von ca. 6 000 kg/h wird ein Teil, 4 480 kg/h, in die Säuremischanlage über Leitung 8a gefördert, während der restliche Teil, ca. 1 520 kg/h entsprechend einer Schwefelsäuremenge von ca. 990 kg/h für den TiOp-Aufschluß verwendet werden kann. Dieser Teil entspricht ca. 50 % des Schwefelsäureinhaltes der in der Abfallschwefelsäure enthaltenen freien Schwefelsäure,
Die Temperatur in der Filtration betrug 40 - 500C.
Beispiel 2
Menge und Zusammensetzung der Abfallschwefelsäure und des Grünsalzes wie im Beispiel 1.
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Die Abfallschwefelsäure wird in der Aufkonzentrierungsanlage 2 auf 30,4 Gew.-% Schwefelsäure aufkonzentriert. Die anfallende Suspension, 5 520 kg/h, wird mit 480 kg/h 65 ^iger Säure aus 8 in der Säuremischanlage gemischt. Daraus entstehen 6 000 kg/h Suspension mit einer Schwefelsäure-Konzentration von 33,1 Gew.-%. Diese Menge wird mit dem Grünsalz aus 1 der Dehydrationsanlage zugeführt. Die Gesamtmenge beträgt somit 10 000 kg/h mit einer Schwefelsäure-Konzentration von 19,9 Gew.-% und einem Metallsulfatgehalt von 324 g/kg Suspension. Das Mengenverhältnis Säuremischung zu Grünsalz beträgt 1,5 :
Nach der Filtration dieser Suspension in 6 wird das anfallende Metallsulf atmonohydrat mit Haftschwefelsäure, ca. 5.200 kg/h, einer thermischen Spaltung unterworfen, während das Filtrat, ca. 4 800 kg/h, mit einer Schwefelsäurekonzentration von 31,3 GeWo-% auf 65 Gew.~% in 8 aufkonzentriert wird. Ein Teil, 480 kg/h, der dabei anfallenden Abfall säuremenge von ca. 2300 kg/h werden in die Säuremischanlage gefördert, während der restliche Teil, ca. 1 820 kg/h, ebenfalls mit 65 Gew.-^ H2SO^ dem TiO2-Aufschluß direkt zugeführt werden kann. Bei dieser Schaltung können ca. 70 % des Schwefelsäureinhaltes der in der Abfallsäure enthaltenen freien Schwefelsäure direkt zurückgewonnen werden.
Die Temperatur in der Filtration betrug 60 - 700C.
Beispiel 3
Menge und Zusammensetzung der Abfallschwefelsäure und des Grünsalzes wie im Beispiel 1,
Die Abfall schwefel säure wird in Anlage 3 durch Wärmezufuhr auf 40,8 Gew.-% H2SO^, bezogen auf Suspension, aufkonzentriert. Die dabei anfallende Suspensionsmenge von 4 120 kg/h wird in die Säuremischanlage 4 gefördert. Dazu kommen aus 8 5 680 kg/h 65 5°ige Abfallschwefelsäure, wodurch eine Gesamtmenge von 10 000 kg/h entsteht. Die
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m ο .. .
Säure8uspension aus 4 und das Grünsalz aus 1 werden in die Dehydrationsanlage 5 gefördert. Daraus ergibt sich eine Gesamtmenge von 14 000 kg/h mit 39,4 Gew.-% H2SOa und 230 g/kg MeSO4.
Nach der Filtration in 6 fallen als Filterkuchen ca. 5 200 kg/h MeJSO4 · H2O mit ca. 30 Gew.-56 Haftschwefelsäure an. Diese Menge wird einer thermischen Spaltung unterworfen.
Das Filtrat, ca. 8 800 kg/h mit 53 Gew.-% H2SO4, wird in der Aufkonzentrierungsanlage 8 unter Wärmezufuhr auf 65 Gew.-% H2SO4 aufkonzentriert. Ein Teil der dabei anfallenden Abfallmenge, 5 880 kg/h wird in die Säuremischanlage gefördert, während der restliche Teil, ca. 1 300 kg/h dem TiO2-AUfschluß direkt zugeführt wird. Die direkt verwendete Schwefelsäuremenge von ca. 840 kg/h entspricht ca. 50 °/o des Schwefelsäureinhaltes der in der Abfallsäure enthaltenen freien Schwefelsäure.
Die Temperatur in der Filtration betrug 30 - 400C.
Beispiel 4
Bei dieser Schaltung wurde ca. 40 % der Abfallschwefelsäuremenge, die beim TiO2-Aufschluß anfallen, entsprechend 3 300 kg/h aufgearbeitet. Diese Menge entspricht dem Schwefelsäureinhalt, der nach der Filtration in Form von Haft schwefelsäure an Metall sulfatmonohydraten verloren geht. Die Grünsalzmenge, 4 000 kg/h, und die Zusammensetzung bleibt wie im Beispiel 1.
Die Abfallschwefelsäure wird zunächst in 3 auf 30,4 Gew.-% H2SO4, bezogen auf Suspension, aufkonzentriert. Die dabei anfallende Menge von 2 280 kg/h wird in Anlage 4 mit Abfall säuremenge von 7 720 kg/h 65 %±g aus Anlage 8 zusammengemischt. Dabei entstehen 10 000 kg/h mit einer H2S04-Konz entr at ion von 57,2 Gew.~?6. Diese Menge dient zur Dehydration von 4 000 kg/h Grünsalz.
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Daraus entstehen 14 000 kg/h Suspension mit 40,8 Gew.-% H2SOa und 180 g/kg Metallsulfate in der Suspension, die in Anlage 6 abfiltriert wird. Der Filterkuchen, 4 100 kg/h, mit 30 Gew.-% Haftschwefelsäure wird einer Spaltanlage 7 zugeführt. Das anfallende Filtrat wird auf 65 Gew.-% H2SO^ aufkonzentriert und die Gesamtmenge von 7 720 kg/h in Säuremischanlage 4 gefördert.
Die Temperatur in der Filtration betrug 40 - 500C.
Die Vorteile der Erfindung liegen hauptsächlich darin, daß es möglich ist, die beim TiO2~Aufschluß anfallenden salzhaltigen Abfallsäuren und das anfallende kristallwasserreiche Eisensulfat mit relativ geringem Aufwand und Kosten und in umweltfreundlicher Weise zu verarbeiten. Dabei entstehen entweder garkeine Abfallprodukte und die enthaltenen Rohstoffe können vollständig wieder im eigenen Verfahren oder teilweise in anderen Verfahren verwendet v/erden, so daß keine Abfallprodukte entstehen. Auch wenn ein Teil des aufkonzentrierten Filtrats abgestoßen werden muß, weil keine Verwendungsmöglichkeit gegeben ist, wird ein großer Teil der Abfallstoffe in umweltfreundlicher Weise aufgearbeitet und wiederverwendet.
- Patent-Ansprüche -
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Leerseite

Claims (7)

  1. Patentansprüche
    Verfahren zur Herstellung von Schwefelsäure aus beim Auf schluß TiO2-haltiger Materialien mit Schwefelsäure anfallender eisensulfathaltiger Abfallschwefelsäure, wobei kristallwasserreiches Eisensulfat durch Erhöhung der Schwefelsäurekonzentration in kristallwasserarmes Eisensulfat umgewandelt und als festes Material abfiltriert, die SchwefelSäurekonzentration des wäßrigen Filtrats durch Wasserverdampfung aufkonzentriert, ein Teilstrom des aufkonzentrierten Piltrats der Abfallschwefelsäure zugesetzt und aus dem abfiltrierten festen kristallwasserarmen Eisensulfat Schwefelsäure gewonnen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfallsäure durch Wärmezufuhr auf eine Schwefelsäurekonzentration von 25 - 55 Gew.~%, bezogen auf die Suspension, aufkonzentriert, mit auf konzentriertem Filtrat mit einer Schwefelsäurekonzentration von 45 - 70 Gew.~%, bezogen auf salzfreie Säure, gemischt, in der Säuremischung eine Schwefelsäurekonzentration von 30 - 65 Gew.-%, bezogen auf die Suspension, eingestellt, die Säuremischung mit beim TiOp-Aufschluß anfallendem festem kristallwasserreichem Eisensulfat gemischt, in der Mischung das kristallwasserreiche Eisensulfat in kristallwasserarmes Eisensulfat umgewandelt wird, die entstandene Suspension filtriert, das abfiltrierte kristallwasserarme feste Eisensulfat mit der anhaftenden Schwefelsäure in einer Spaltung thermisch gespalten und aus den S02-haltigen Spaltgasen Schwefelsäure hergestellt wird, das wäßrige Filtrat durch Wärmezufuhr auf eine Schwefelsäurekonzentration von 45 - 70 Gew.-%, bezogen auf salzfreie Säure, aufkonzentriert wird, und mindestens ein Teil des aufkonzentrierten Filtrats für die Säuremischung verwendet wird.
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    WAL IMSPECTED
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil des restlichen Teiles des aufkonzentrierten Filtrats vor dem Einsatz in den TiOo-Aufschluß durch die thermische Spaltung geleitet wird.
  3. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwefelsäurekonzentration des restlichen Teils des aufkonzentrierten Filtrats durch
    indirekte Wärmezufuhr erhöht wird.
  4. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Mengenverhältnis von Abfallsäure zu
    festem kristallwasserreichem Eisensulfat 0,5 - 0,9,
    vorzugsweise 0,7, beträgt.
  5. 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Mengenverhältnis von Abfallsäure zu
    festem kristallwasserreichem Eisensulfat 1,5 - 2,5
    beträgt.
  6. 6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Mengenverhältnis von Säuremischung
    zu festem kristallwasserreichem Eisensulfat mindestens 1, vorzugsweise 2-3, beträgt0
  7. 7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration der dem abfiltrierten
    festen kristallwasserarmen Eisensulfat anhaftenden
    Schwefelsäure 30 - 60 Gew.-% beträgt.
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