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Verfahren zur Herstellung von Metallphosphaten.
Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Metallphosphaten, insbesondere Alkaliphosphaten, durch Einwirkung von Oxydationsprodukten des Phosphors auf schmelzfliissige Metall- salze, insbesondere Alkalimetallchloride.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, zwecks Herstellung von Alkalimetallphosphaten die Oxydationsprodukte von Phosphor auf Alkalimetallcloride einwirken zu lassen. Eine technische Anwendung haben diese Vorschläge bisher nicht gefunden, hauptsächlich wohl deshalb, weil Baustoffe, welche den vereinigten Einflüssen starker Oxydationswirkungen, hoher Temperaturen und den aussergewöhnlich starken Korrosionswirkungen der Reaktionsprodukte zu widerstehen vermögen, nicht vorhanden waren. Metallische und keramische Stoffe kommen z. B. deshalb nicht in Betracht, weil sie durch geschmolzene Alkalimetallphosphate rasch zerstört werden ; Kohle ist z. B. deshalb ungeeignet, weil sie durch Oxydation verbraucht wird.
Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, dass zur Durchführung der Reaktion hohe Temperaturen und grosse Wärmemengen erforderlich sind, insbesondere
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Alle diese Schwierigkeiten sind erfindungsgemäss dadurch überwunden worden, dass die Reaktionen in einem innen beheizten Ofen, vorzugsweise einem Drehrohrofen, durchgeführt werden, dessen Innenfläche mit einer Schicht von festem, durch Kühlung gegen unerwünschtes Abschmelzen geschützten Schicht von gegen den Angriff der Reaktionsprodukte beständigen Metallphosphaten, z. B. Alkalimetaphosphat, ausgekleidet ist und diese feste Ofenauskleidung ständig von einer den Reaktionsraum begrenzenden, schmelzflüssigen Metallsalzschicht bedeckt gehalten wird.
Das Verfahren wird mit Vorteil derart durchgeführt, dass die in den Vorgang einzuführenden Oxydationsprodukte des Phosphors durch Verbrennen von Phosphor erzeugt werden und die Phosphorflamme zur Innenbeheizung des Reaktionsraumes verwendet wird, u. zw. zweckmässig derart, dass die Ofenauskleidung der direkten Wärmestrahlung der Phosphorflamme ausgesetzt wird. Der Phosphor kann durch geeignete Einstellung der Reaktionsbedingungen praktisch vollständig umgesetzt werden, im allgemeinen ist es aber vorteilhafter, den Prozess derart zu führen, dass ein grösserer oder geringerer Betrag von Phosphorpentoxyd oder Phosphorsäure aus der Reaktionszone abgeht. Die hiebei als Nebenprodukt anfallende Phosphorsäure zeichnet sich durch hohen Reinheitsgrad aus.
Zur Verbrennung des Phosphors verwendet man vorteilhaft mit Sauerstoff angereicherte Luft oder vorgeheizte mit Sauerstoff angereicherte Luft. Im allgemeinen ist es wünschenswert, zur Unterhaltung der Verbrennung Gase zu verwenden, welche mindestens 5 Vol.-% Sauerstoff enthalten. Eine Mischung von 1 Vol.Sauerstoff in Form von Luft und 1 Vol. technischem Sauerstoff, welche ein Gas mit ungefähr 350 Sauerstoff ergibt, hat sich als sehr vorteilhaft erwiesen.
Für die Herstellung von Alkalimetaphosphat, welche verhältnismässig leicht und vollständig gelingt, kann man auch gewöhnliche, zweckmässig vorgeheizte Luft verwenden. Die Grösse der Phosphorflamme kann z. B. durch Bemessung des Sauerstoffgehaltes der Verbrennungsluft so geregelt werden, dass die Form der Flamme etwa mit der Form des Reaktionsraumes in Einklang steht.
Im allgemeinen ist es empfehlenswert, insbesondere bei Verarbeitung von Metallchloriden, der Reaktionszone Wasser, vorzugsweise in Form von Dampf, zuzuführen, u. zw. vorteilhaft in Mengen, welche zur Überführung des gesamten in den Metalcloriden vorhandenen Chlors in Chlorwasserstoff ausreichend ist. Man kann aber auch ohne Wasserzufuhr arbeiten und die Sauerstoffzufuhr so einstellen, dass das Chlor in freiem Zustand abgeht.
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Zur Durchführung des Verfahrens eignen sieh besonders Drehrohröfen, welche von aussen gekühlt werden und so betrieben werden, dass für ständige Anwesenheit eines schmelzflüssigen Sumpfes im Unterteil des Ofens Sorge getragen wird. Der Prozess verläuft dabei etwa derart, dass einerseits infolge der Innenheizung ein ständiges Abschmelzen der jeweils freien Oberschicht der festen Salzauskleidung stattfindet, welcher durch Kühlung entgegengewirkt wird. während anderseits die abgeschmolzene Salzsehicht infolge Durchlaufens des im Unterteil des Drehrohrofens befindlichen Sumpfes immer wieder durch Anwachsen ersetzt wird. Hiedurch wird die feste Saizauskleidung des Ofens ständig regeneriert.
Das umzusetzende Metallsalz kann im Gleichstrom zu der Richtung der Phosphorfiamme durch den Ofen geführt werden. Es hat sieh aber als vorteilhafter erwiesen, im Gegenstrom zu arbeiten.
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z. B. Alka'icHorids, ist es möglich, verschiedene Phosphate zu erhalten, wie z. B. Metaphosphate, Pyro- phosphate, Trialkaliphosphate. Bei der Herstellung der letzteren hat es sich als empfenlenswert erwiesen, einen Überschuss an Alkalimetallehloriden zu verwenden.
Die Erfindung sei an Hand der Zeichnung beispielsweise erläutert :
1 ist der Metallmantel eines Drehrohres, welches durch übliche (nicht gezeichnete) Vorrichtungen
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mit Hilfe eines Wasserspriihers 3 oder z. B. auch durch Zusammenbau von festen, passend geformten Phosphatkörnern und Anschmelzen der Oberfläche zwecks Verschweissung der Berührungsstellen. Ausfüllen von Rissen und Fugen erzeugt werden. Die Auskleidung kann mit Vorteil auch aus einer Mehrzahl übereinandergelagerter Phosphatselhichten aufgebaut sein, z. B. derart, dass auf die Rohrwandung zunächst Ntüriummetaphosphat und alsdann eine Schicht oder mehrere Schichten von einem andern Phosphat oder andern Phosphaten mit höheren Schmelzpunkten aufgebracht werden.
Das Verbrennen des Phosphors erfolgt durch Brenner 4. Für die Zuführung von Dampf ist die Leitung -5 vorgesehen. Die Zuführung des Metallclorids erfolgt durch Transportvorrichtung 6.
Der Phosphorbrenner besteht z. B. aus einem hohlen zylindrischen Kohlenblock mit einer verengten Düse 7, welche sich in den Ofen erstreckt. Die Zufuhr des flüssigen Phosphors erfolgt durch
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oder der mit Sauerstoff angereicherten Luft oder des technischen Sauerstoffs ist Leitung 9 vorgesehen.
Durch Oxydation eines Teiles des Phosphors im Innern des Brenners wird der übrige Teil des
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des Brennerrohres- angeordnet sein kann, mit sehr heisser Flamme 10 verbrennt. Die Grösse und die Intensität der Flamme kann durch Bemessung der Menge und des Sauerstoffgehalts der beiden die Verbrennung führenden Gasströme erhalten werden. Die Grösse und Intensität der Flamme bestimmen
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An Stelle von Phosphordampfbrennern können auch andere Brenner, z. B. Sprühbrenner, verwendet werden. Das Verfahren kann z. B. auch so durchgeführt werden, dass die Phosphoroxydations- flamme im Gegenstrom zu dem durchgesetzte Alkalimetallchlorid und dem gebildeten Alkalimetallphosphat gefÜhrt wird. Bei dieser Arbeitsweise ist die Form der Reaktionskammer etwas anders als die in der Zeichnung dargestellte.
Die Auskleidung des Drehrohres wird z. B. durch Sprühregen oder durch Kühlschlangen, welch letztere an der Aussenseite des Ofens angebracht oder in die Auskleidung eingebettet sein können, so kühl gehalten, dass sie beim Arbeiten des Ofens erhalten reibt.
Die Reaktion zwischen dem Alkalimetallchlorid und den Verbrennungsproduklen des Phosphors vollzieht sieh hauptsächlich an der Oberfläche der im Unterteil des Ofens befindlichen Schmelze und der die feste Phosphat auskleidung Überziehenden Schmelze und bis zu einem gewissen Grad auch im Innern der im Ofenunterteil befindlichen Schmelze. Durch die Rotation des Ofens wird die Auskleidung unter gleichmässigen Bedingungen gehalten und gleichzeitig die ständige Anwesenheit einer Schicht von geschmolzenem Material auf der Innenwandung der festen Ofenauskleidung gewährleistet. Die Umsetzung vollzieht sieh unter dem Einfluss der intensiven Wärmestrahlung aus der Verbrennungszone des Phosphors unter sehr guter Ausnutzung des Alkalimetallchlorids.
Das gebildete Alkalimetallphosphat wird abwechselnd oder kontinuierlich abgezogen und in bekannter Weise aufgearbeitet. Der
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Die Menge des umgesetzten Phosphors hängt weitgehend von der Sauerstoffmenge ab, welche in den Verbrennungsgasen enthalten ist. Selbstverständlich haben aber auch andere Umstände, wie z. B. Art, Grösse und Form. des Ofens einen gewissen Einfluss. Als Beispiel sei erwähnt, dass bei Durch-
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