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Verfahren zur Herstellung von Tetraalkalipyrophosphat mit niedrigem
Schüttgewicht Die bisher auf dem Markt befindlichen Alkalipyrophosphate weisen ausnahmslos
eine dichte Struktur und ein hohes Schüttgewicht auf. Für manche Anwendungsfälle
ist es aber erwünscht, daß diese Phosphate in einer besonders leichten, voluminösen
Form zur Verfügung stehen. So ist es insbesondere auf dem Gebiet der Wasch-und Reinigungsmittel
von Vorteil, wenn die Phosphate beim Sprühen des Ansatzes nicht mitverdüst werden
müssen, sondern dem fertig gesprühten Produkt hinterher zugemischt werden können,
wobei eine voluminöse Form Voraussetzung ist. Es wird dabei Wärmeenergie gespart.
Auch verfügen die kleineren Herstellungsfirmen häufig nicht über Sprühtürme und
beziehen daher die waschaktive Substanz in fester Form als Sprühprodukt. Die übrigen
Reinigungsmittelbestandteile müssen dann aber ebenfalls in leichter, voluminöser
Form vorliegen, damit bei der Lagerung des Gemisches keine Entmischung eintritt.
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Es ist bekannt, daß bei der Calcination irgendwelcher Lösungen in
einem Sprühtuim ein leichteres Calcinat anfällt als beim Trocknen auf einer Calcinierwalze
oder in einer Trockentrommel. Es war also auch zu vermuten, daß dies beim Sprühtrocknen
von Alkaliorthophosphatlösungen der Fall ist. In der Tat haben z. B. die Sprübcalcinate
von Dinatriumorthophosphat ein wesentlich niedrigeres Schüttgewicht als die auf
der Calcinierwalze getrockneten Produkte. Es wurde nun überraschenderweise gefunden,
daß man ein Tetraalkalipyrophosphat mit niedrigem Schüttgewicht dann erhält, wenn
man Lösungen oder Schmelzen von Dialkaliorthophosphat in eine heiße Gaszone in an
sich bekannter Weise derartig versprüht, daß die entstehenden calcinierten Orthophosphatteilchen
vorwiegend eine Größenausdehnung von 0,02 bis 0,5 mm, vorzugsweise zwischen 0,05
und 0,2 mm, aufweisen und das so erhaltene leichte Calcinat durch Erhitzen auf Temperaturen
unter 550° in Tetraalkalipyrophosphat überführt, sofern durch schonende, örtlichen
Überhitzungen, stärkeren mechanischen Beanspruchungen und dem Anbacken im Ofen entgegenwirkende
Durchführung der Erhitzung die Struktur der Phosphatteilchen aufrechterhalten bleibt.
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Die angegebenen Durchmesser der Orthophosphatcalcinatteilchen erhält
man dann, wenn die Tropfengröße bei der Versprühung möglichst groß gehalten wird.
Je gröber das Orthophosphat gesprüht ist, um so voluminöser ist das Endprodukt nach
der Überführung. Die gröbere Versprühung erreicht man allgemein beim Arbeiten mit
der Luftdruckdüse durch Verminderung der zum Versprühen verwendeten Luftmenge im
Verhältnis zur versprühten Flüssigkeitsmenge, d. h. indem man bei gleichem Luftdruck
mehr Flüssigkeit versprüht oder bei gleicher Verdüsungsleistung den Luftdruck reduziert.
Bei der Herstellung von Tetranatriumpyrophosphat ergaben sich z. B. bei gleichem
Luftdruck, jedoch verschiedenen Mengenleistungen folgende Schüttgewichte:
| Schüttgewicht |
| Leistung (100 ccm 21/2 Minuten gestampft) |
| am Orthocalcinat am Tetrantrium- |
| pyrophosphat |
| 112 kg/Std. 71 71 |
| 98 kg/Std. 94 94 |
| 66 kg/Std. 106 |
Entsprechend ist beim Arbeiten mit Druckdüsen, d. h. Einstoffdüsen, denen die zu
versprühende Lösung unter Druck zugeführt wird, bzw. bei der Verwendung von Krause-Scheiben
zu verfahren.
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Das niedrige Schüttgewicht des gesprühten Dinatriumorthophosphatcalcinates
beruht im wesentlichen darauf, daß dieses hauptsächlich aus glatten Hohlkügelchen
von verschiedenem Durchmesser besteht. Die Struktur der Einzelteilchen muß bei der
Überführung in Pyrophosphate erhalten bleiben. So muß z. B. vermieden werden, daß
die Pyrophosphatteilchen im Drehrohrofen durch die Gasflamme oder die anschließende
überhitzte Gaszone hindurchfallen, da sie dort zu glasklaren Kügelchen zusammenschmelzen,
die das Schüttgewicht erhöhen. Je höher die Temperatur des Pyrophosphats im Drehrohrofen
liegt, desto mehr haben die Einzelteilchen die Tendenz, sich zu kleinen oder größeren
Klümpchen zu agglomerieren. Temperaturen über 550° sind daher zu vermeiden.
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Bei der Überführung kann man Apparate verwenden, wie sie bei der Überführung
von Orthophosphaten in Pyro- und Tripolyphosphate bei Temperaturen unterhalb des
Schmelzpunktes gebräuchlich sind, z. B. Backöfen, Drehrohröfen oder Strömungstrockner.
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Mechanische Beanspruchungen des Materials, z. B. durch Reiben, Quetschen,
Kratzen, Aufprallen, sind ebenfalls zu vermeiden. So werden scharfe Biegungen in
Zohrleitungen
und andere Stellen, in denen das Sprüh-:)rodukt mit Luft befördert wird und auf
eine feste Wand mit großer Geschwindigkeit aufprallen oder sich daran intensiv reiben
kann, vermieden. Man kann ganz auf einen Zyklon verzichten und die Abscheidung z.
B. in an sich bekannter Weise dadurch erzielen, daß das Sprühprodukt mit der Abluft
vom Sprühturm von unten in einen größeren Raum eingeführt wird, wo durch die Geschwindigkeitsverringerung
der Hauptanteil des Orthophosphatcalcinates sich absetzt. Man kann auch die Leitungen
zwischen Sprühturm und Zyklon an einzelnen Stellen erweitern und zweckmäßigerweise
nach unten konisch verjüngen, so daß sich dort die größeren Sprühcalcinatteilchen
ansammeln.
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Es wurde nun weiterhin gefunden, daß diese niedrigen Schüttgewichte
nur dann erhalten werden, wenn das fertige Pyrophosphat nicht in der seither üblichen
Weise einer Mahlung unterzogen, sondern lediglich gegebenenfalls einer Sichtung
unterworfen wird. Durch die Sichtung werden die gröbsten Partien abgetrennt, die
bei der erfindungsgemäßen vorsichtigen Überführung nur höchstens wenige Prozent
der Gesamtmenge ausmachen dürfen. Der Rest besteht noch zum größten Teil aus den
genannten kleinen Hohlkugeln, wodurch sich die leichte und voluminöse Form erklärt.
Werden diese Hohlkugeln durch das Mahlen zerstört, dann ist das Schüttgewicht des
Endproduktes von demjenigen, das aus einem Walzencalcinat erzeugt wurde, nicht verschieden.
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In der USA.-Patentschrift 2 419 148 wird zur Herstellung von Natriumtripolyphosphat
empfohlen, die Orthophosphatlösung in oder auf ein sehr heißes Medium zu sprühen,
um die Lösung rasch zu trocknen, um einen feingemischten Rückstand, vorzugsweise
in feinen Partikelgrößen, zu erzielen. Hieraus und aus den weiteren Ausführungen
ergibt sich, daß diese Art der Trocknung gewählt wird, um das richtige molekulare
Verhältnis Dinatriumphosphat zu Mononatriumphosphat in allen Teilen gleichmäßig
sicherzustellen. Bei der bevorzugten Ausführungsform werden die Lösungen durch die
Flamme eines Brenners hindurch auf das in einem Drehrohr umlaufende, bereits calcinierte
und in der Umwandlung in Tripolyphosphat begriffene Material gesprüht. Hierbei entstehen
jedoch keine besonders leichten Produkte, da die gesprühten Teilchen weder die erforderlichen
Größen aufweisen, noch bei der Überführung mechanisch und thermisch schonend behandelt
werden.
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Man hat auch schon Tetranatriumpyrophosphat in der Weise hergestellt,
daß man in einem Sprühtrockner Dinatriumorthophosphat calciniert und dieses bei
einer Temperatur von 500° in einem Drehrohr in das Pyrophosphat übergeführt hat.
Das Produkt wurde nach dem Verlassen des Drehrohrs und eines Kühlrohres durch ein
2- bis 3-mm-Sieb gesiebt. Die Maschenweite des Siebs zeigt, daß das Produkt bereits
größere Agglomerationen aufwies, da man bei einem schonend in Pyrophosphat übergeführten
Produkt mit leichtem Schüttgewicht z. B. höchstens 5 °/Q Rückstand auf einem 0,4-mm-Sieb
(256 Maschen/qcm) hat und das Produkt ein 0,6-mm-Sieb (100 Maschen/qcm) praktisch
vollständig passiert. Bei einem agglomerisierten Produkt ist jedoch das Schüttgewicht
hoch; ein niedriges Schüttgewicht wurde auch gar nicht angestrebt und erhalten.
Das Pyrophosphat wurde wieder in Wasser gelöst und mit Seife und anderen Alkalien
zusammen als Waschmittel versprüht. Es werden keine Angaben gemacht, die einen Hinweis
geben würden, welche speziellen Bedingungen zur Erzielung eines niedrigen Schüttgewichtes
notwendig sind. Auch die Möglichkeit wird überhaupt nicht erörtert, daß sich Produkte
mit den betreffenden Eigenschaften herstellen lassen, so daß nicht gefolgert werden
konnte, daß man bei der erfindungsgemäßen Arbeitsweise ein besonders leichtes Pyrophosphat
erhält. Beispiel Eine Schmelze von Dinatriumorthophosphat Nag H P 04 12 H20 wurde
in einem Sprühturm durch eine Druckluftdüse versprüht. Der Luftverbrauch betrug
1700 kg/ Std., der Luftdruck auf der Düse 1,5 atü, die Lufteintrittstemperatur 180°,
die Luftaustrittstemperatur 76°. Es wurden 112 kg/Std. durchgesetzt. Von dem so
erhaltenen Dinatriumphosphatcalcinat wogen 100 ccm lose 50 g, 21I2 Minuten gestampft
65 g. Die Durchmesser der Teilchen lagen zwischen 0,05 und 0,3 mm.
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Erhitzt man von diesem Produkt eine kleinere Menge in einem elektrischen
Ofen 1 Stunde lang auf 350°, dann wiegen 100 ccm des erhaltenen Tetranatriumpyrophosphats
lose 57 g, 21/`2 Minuten gestampft 74 g. Wird jedoch das Orthophosphat in einem
Drehofen bei etwa 450° in Tetranatriumpyrophosphat übergeführt, dann wiegen die
100 ccm nach Aussieben durch das 256-Maschen-Sieb lose 58 g, 21/2 Minuten gestampft
71 g.
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Entwässert man das Dinatriumphosphat dagegen in üblicher Weise auf
einer Calcinationswalze und stellt daraus im Drehrohr Tetranatriumpyrophosphat her,
dann hat dieses ein Schüttgewicht von 72 bis 75 g lose, 120 bis 125 g 21/` Minuten
gestampft pro 100 ccm.