DD216702A1

DD216702A1 - Verfahren zur herstellung von maddrellsalzfreiem natriumtrimetaphosphat

Info

Publication number: DD216702A1
Application number: DD25321383A
Authority: DD
Inventors: Bernd Liedloff
Original assignee: Piesteritz Agrochemie
Priority date: 1983-07-20
Filing date: 1983-07-20
Publication date: 1984-12-19

Abstract

Verfahren zur Herstellung von maddrellsalzfreiem Natriumtrimetaphosphat. D. Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Natriumtrimetaphosphat, insbesondere fuer die Anwendung in der Waschmittelindustrie und als Staerkeveredlungsmittel. Ziel der Erfindung ist es, ein Natriumtrimetaphosphat ohne unloesliche Bestandteile durch eine gerichtete Kondensation bei niedrigen Reaktionstemperaturen und kurzen Verweilzeiten herzustellen. Daraus ergibt sich die Aufgabe, dass durch Anwendung entsprechender Ausgangsstoffe ohne Zugabe von systemfremden Impfstoffen oder katalytisch wirkenden Substanzen eine gerichtete Kondensation erfolgen soll. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Gemisch bestehend aus Pentanatriumtriphosphat und Diammoniumhydrogenorthophosphat mit einem Na:P-Verhaeltnis von 0,98-1,02 bei Temperaturen von 150-250 Grad C zu Trinatriumdihydrogentriphosphat und Dinatriumdihydrogendiphosphat umgesetzt wird, und anschliessend sofort oder spaeter wird die Reaktion bei Temperaturen von 250-450 Grad C weiter zum Natriumtrimetaphosphat fortgesetzt.

Description

Verfahren zur Herstellung von maddrellsalzfreiem Natriumtrimetaphosphat

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren ζμτ Herstellung von maddrellsalzfreiem Natriumtrimetaphosphat, insbesondere für die Anwendung in der Waschmittelindustrie, als Stärkeveredelungsmittel und als Rohstoff zur Herstellung bestimmter Metaphosphate für die Spezialglasproduktion·

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Für bestimmte Anwendungszwecke von Natriumtrimetaphosphat ist es erforderlich, daß das Phosphat vollständig in Wasser löslich ist. Bereits bekannt ist, daß man beim Erhitzen von Natriumdihydrogenphosphat auf Temperaturen von 450 - 500 ⁰C über Zwischenstufen ein, je nach den Verfahrensbedingungen, mehr oder minder weitgehend aus Natriumtrimetaphosphat bestehendes Reaktionsprodukt erhält. Diese Produkte sind stets mit wechselnden Mengen an wasserunlöslichen Polyphosphaten vom Typ des Maddrellschen Salzes verunreinigt. Durch längeres Erhitzen eines derartigen Reaktionsproduktes gelingt zwar bei Temperaturen oberhalb 500 ⁰C die allmähliche Umbildung des Maddrellschen Salzes zum Natriumtrimeta-

phosphat* Jedoch sind dazu wirtschaftlich untragbare Reaktionszeiten erforderlich.

In der DE-OS'1.567.659 wird ein Kalzinierungsverfahreh beschrieben, nach dein ein von Maddrellsalz freies Natriumtrimetaphosphat in bedeutend kürzerer Zeit hergestellt werden kann·

Es werden Ausgangeprodukte mit Na : P -Verhältnissen> 1, insbesondere zwischen 1,03 und 1,12, zu einem triphosphathaltigen aber maddrellsalzfreiem Natriumtrimetaphosphat umgesetzt. Diese Gemische sind speziell in der Waschmittelindustrie einsetzbar, sind aber zur Darstellung von reinem Natriumtrimetaphosphat nicht geeignet. Verbindungen, die die Natriumtrimetaphösphatbildung katalytisch zu beschleunigen vermögen, werden im DD-WP 78.561 angegeben. So ist bekannt, daß viele Stickstoffverbindungen insbesondere Ammoniumnitrit, ebenso Zusätze an kondensierten Phosphaten und Alkaliphosphit die Bildung des Natriumtrimetaphosphat günstig beeinflussen sollen. Zusätze bedeuten stets einen zusätzlichen ökonomischen Aufwand und beeinflussen negativ die Anwendungebreite des Reaktionsproduktes. Nicht selten entstehen Reaktionsgeinische und keine reinen Produkte.

Neue Erkenntnisse zur Steuerung der Kondensation von Natriumdihydrogenphosphat bzw. Dinatriumdihydrogendiphosphat werden in der Zeitschrift Chem.-Techn. Umschau 10 (1978) 1 beschrieben. Ausgegangen wird von der Tatsache, daß NaH₂PO. bei langsamer Temperatursteigerung ab 160 ⁰C zunächst zu kristallinem Na₂H₂P₂O₇ kondensiert, das ab 240 ⁰C gleichzeitig in ein Gemisch aus Maddrellsalz und Natriumtrimetaphosphat übergeht. Oberhalb 420 ⁰C wird Maddrellsches Salz thermodynamisch instabil und lagert sich langsam zu Natriumtrimetaphosphat um, welches bei 625 ⁰C schmilzt. Bei schnellem Erhitzen unterhalb 420 ⁰C überschneiden sich die einzelnen Phasen. Das Auftreten mehrerer oligomerer

Polyphosphate zu Beginn der Reaktion zeigt, daß am Anfang eine ungerichtete Kondensation stattfindet. Der Zeitpunkt für das Umschlagen dieser eingerichteten Kondensation in die gerichtete Kondensation fällt mit dem Auftreten der ersten Kristalle von Maddrellsalz oder Natriumtrimetaphosphat zusammen. So wird angenommen, daß die gerichtete Kondensation, eine durch die Gitter des Maddrellschen Salzes oder Natriumtrimetaphosphats kontrollierte Reaktion ist. Dafür spricht bereits der Befund, daß durch einen Zusatz von 5-10% an Impfkristallen (Natriumtrimetaphosphat oder Maddrellsches Salz) zum NaH₂PO, eine Steuerung der Kondensation zu reinem Natriumtrimetaphosphat bzw· Maddrellschem Salz erreicht wird. Es ist weiterhin bekannt, daß bestimmte Versuchsbedingungen wie Erhitzungsgeschwindigkeit, Hydratwassergehalt, Korngröße der Ausgangsstoffe, Fremdstoffe sowie das exakte Na : P -Verhältnis entweder die Kristallkeimbildung von Maddrellsalz oder Natriumtrimetaphosphat fördern, die dann das eigentliche steuernde Element bei der Kondensation darstellen. Bei einer technischen Nutzung des beschriebenen Reaktionsmechanismus bestehen die Schwierigkeiten in der exakten Einhaltung der Versuchsbedingungen zur gezielten Kondensation der Ausgangsprodukte zum Natriumtrimetaphosphat· Deshalb wird in der Technik ein prinzipiell andersgearteter Weg beschriften· Glasige Polyphosphate vom Typ des Grahamschen Salzes werden über den thermischen Abbau zum ringförmigen Natriumtrimetaphosphat umgesetzt. Hier entsteht praktisch ein Endprodukt ohne unlösliche Bestandteile·

Dieses Verfahren ist aber sehr energieaufwendig, die als Zwischenstufe anfallenden Schmelzen wirken stark korrodierend, erforderliche Materialien für die Apparaturen bedürfen korrosionsbeständiger Werkstoffe.

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Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist ee» ein Natriumtrimetaphosphat ohne unlösliche Beetandteile herzustellen und dabei gleichzeitig das verfahren bezüglich seiner Ökonomie und Technologie zu vervollständigen, das heißt bei niedrigen Reaktionstemperaturen und kurzen Verweilzeiten eine gerichtete Kondensation durchzuführen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von tnaddrellsalzfreiem Natriurotriraetaphosphat zu entwickeln, bei dem nur durch Anwendung entsprechender Ausgangsstoffe ohne Zugabe von systemfremden Impfstoffen oder katalytisch wirkenden Substanzen eine gerichtete Kondensation erfolgen soll. Erfindungsgemäß wurde nun ein einfaches Verfahren zur Herstellung von maddrellsalzfreiem Natriumtrimetaphosphat entwickelt, bei dem ein Gemisch bestehend aus PentanatriUmtriphosphat und Diammoniumhydrogenorthophosphat mit dem Na : P -Verhältnis von 0,98 bis 1,02 bei Temperaturen von 250 - 450 ⁰C je nach Schütthöhe innerhalb von 40 - 120 min zu maddrellealzfreiem Natriumtrimetaphosphat umgesetzt wird, überraschend wurde gefunden, daß PentanatriUmtriphosphat und Diammoniumhydrogenorthophosphat bereits bei 150-250 ⁰C zu einem bei Zimmertemperatur beständigen Gemisch aus Dinatriumdihydrogendiphosphat und einer nach röntgendiffraktometrischen Untersuchungen glasigen Substanz, dem Trinatriumdihydrogentriphosphat, reagiert. Durch Energieeinwirkung erfolgt offensichtlich zunächst neben der quantitativen NH₃-Abspaltung die Bildung von Pyrophosphorsäure und durch Reaktion im Sinne einer Säure/Base-Beziehung entstehen Na₂H₂P₃O₇ und ^Na3^H2^P3°io· In einem relativ wenig energieaufwendigen Folgeschritt bildet sich aus ^Ν«>3^Η2^Ρ3^Ο1Ο ^durcn Wasserabspaltung

- 5 im bereits bekannten Sinne als struktur-

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steuerndes Element für die durch Spaltung einer P-O-P-Bindung energieintensive Bildung von Na^PjOg aus Na₂H₃P₂O₇ wirksam wird.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Herstellungsweise liegt darin, daß das Verfahren nicht von den Reaktionsbedingungen wie Aufheizgeschwindigkeit, Hydratwassergehalt und Korngröße der Ausgangsprodukte, Wasserdampfpartialdruck während des Erhitzens und Fremdstoffe abhängig ist. Voraussetzung ist ein genau eingestelltes Na : P -Verhältnis der Ausgangsmischung· Mit dem neuen Verfahren wurde eine weitere Möglichkeit der gerichteten bzw. strukturgesteuerten Kondensation mittels einer Säure/Base-Beziehung gefunden· Der Beweis dafür ist, daß die Reaktion zu jedem beliebigen Zeitpunkt unterbrochen werden kann. Das so entstandene Stoffgemisch reagiert dann immer zu maddrellsalzfreiem Natriumtrimetaphosphat weiter. Diese gerichtete bzw. strukturgesteuerte Kondensation in Verbindung mit einer Säure/Base-Beziehung kann auf weitere Systeme (Diammonhydrogenorthophosphat/kondensierte Phosphate) übertragen werden, hat zur Zeit aber keine technische Bedeutung·

AusfUhrungsbeispiele

1. Pentanatriumtriphosphat wird mit Monoammoniumdihydrogenorthophosphat intensiv vermischt, so daß das Na : P -Verhältnis 1 beträgt. Nach der Reaktion des Gemisches bei einer Temperatur von 350 ⁰C und einer Reaktionszeit von 50 min enthielt das Endprodukt 68,2 Gew% Natriumtrimetaphosphat und 31,8 Gew% Maddrellsaiz.

2. Pentanatriuratriphosphat wird erfindungsgemäß intensiv mit Diammoniumhydrogenorthophosphat vermischt. Das Gemisch mit dem Na : P -Verhältnis von l,wird 50 min bei 350 ⁰C erhitzt. Das Endprodukt bestand aus 99,8 Gew%

Natriumtrimetaphosphat und war frei von unlöslichen Bestandteilen. Die Schichthöhe des Reaktionsgemisches betrug im Beispiel 1 Und 2 je 4 cm. Der Umsetzungsgrad ist unabhängig von der Aufheizgeschwindigkeit·

3, Es wurde wiederum wie im Beispiel 2 verfahren« Die Reaktionsbedingungen betrugen aber 60 min Reaktionszeit und 380 ⁰C Reaktionstemperatur« Das Endprodukt enthielt 99,9 Gew% Natriumtrimetaphosphat und kein Mäddrellsalz.

4. Eine Mischung bestehend aus Pentanatriumtriphosphat und Diammoniumhydrogenorthophosphat mit dem Na : P -Verhältnis von 1 wird bei einer Temperatur von 220 ⁰C, innerhalb von 35 min und einer Schichthöhe des Gemisches von 5 cm, quantitativ zu einem Gemisch bestehend aus Trinatriuradihydrogentriphosphat und Dinatriumdihydrogendiphosphat umgesetzt. Die bei dieser Umsetzung entstehende Schmelze beider Produkte wird abgekühlt und pulverisiert. Bei nachfolgendem Erhitzen dieser Feststoffraischung bei 350 ⁰C bildet sich innerhalb von iO - 15 min ein maddrellsalzfreies Natriumtrimetaphosphat·

Claims

Erfindungsahspruch

Verfahren zur Herstellung von maddrellsalzfreiem Natriumtrimetaphosphat, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gemisch mit einem Na : P -Verhältnis von 0,98— 1,02, bestehend aus Pentanatriümtriphosphat und Diammoniumhydrogenorthophosphat bei Temperaturen von 150 - 250 ⁰C quantitativ zu Trinatriumdihydrogentriphoaphat und Oinatriumdihydrogendiphosphat umgesetzt und anschließend sofort oder später wird die Reaktion bei Temperaturen von 250 - 450 ⁰C je nach Schütthöhe der Mischung innerhalb von 20 - 120 min weiter zum Natriumtrimetaphosphat fortgesetzt.

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