DE1024936B

DE1024936B - Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Phosphorsaeure aus Phosphaten und Schwefelsaeure

Info

Publication number: DE1024936B
Application number: DEU3833A
Authority: DE
Inventors: Dr Andre Macq
Original assignee: UCB SA; Compagnie de Saint Gobain SA
Current assignee: UCB SA; Compagnie de Saint Gobain SA
Priority date: 1955-06-07
Filing date: 1956-04-04
Publication date: 1958-02-27
Also published as: ES229012A1; FR1125849A; GB831970A; BE538799A; NL104053C; US2950171A

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von Phosphorsäure aus natürlichen Phosphaten (Calciumphosphat) und Schwefelsäure.

Bekanntlich bilden Phosphate bei der Einwirkung einer berechneten Menge Schwefelsäure einen Schlamm, der vorwiegend aus einer Suspension von Calciumsulfat in Phosphorsäure besteht.

Das Calciumsulfat wird von der Phosphorsäure ζ. B. durch Filtrieren und Decantieren abgeschieden. Die Ausbeute hängt davon ab, wie das Phosphat angegriffen und das ausgefällte Calciumsulfat abgetrennt wird. Beide Vorgänge müssen so vollständig wie möglich durchgeführt werden.

Eine direkte Einwirkung von Schwefelsäure auf Phosphat muß vermieden werden, da das gebildete Calciumsulfat die Phosphatkörner bedecken und dadurch die Umsetzung vorzeitig beenden würde. Im allgemeinen enthält die zur Einwirkung auf das Phosphat verwendete Flüssigkeit eine bestimmte Menge Phosphorsäure. Vorteilhafterweise wird das Phosphat sogar zuerst mit einer Lösung von Phosphorsäure und danach mit einer Lösung von Schwefelsäure in Berührung gebracht.

Die zweite wichtige Aufgabe ist die Abtrennung und Waschung des ausgefallenen Calciumsulfate. Wie auch immer dieses Ziel erreicht wird, soll das Calciumsulfat immer in Form von kompakten Kristallen anfallen, was bekanntlich nur durch Einhalten sehr strenger Bedingungen bei der Behandlung des Phosphats erreicht werden kann. Erfahrungsgemäß wird mit einer S C^-Ionenkonzentration, die einem H₂SO₄-Gehalt von 10 bis 30 g/l entspricht, die optimale Konzentration zur Bildung von großen Kristallen erreicht. Wenn das Calciumsulfat während der Herstellung der Phosphorsäure durch Medien verschiedener Zusammensetzung oder Temperatur hindurchgeführt wird, besteht die Gefahr, daß die Kristallbildung unregelmäßig ist. Bekanntlich kristallisiert das Calciumsulfat ganz verschieden, je nach den Niederschlagsbedingungen. Zur Herstellung von leicht filtrierbarem und leicht auswaschbarem Calciumsulfat muß daher jede Veränderung in der Zusammensetzung des Reaktionsmediums weitestgehend vermieden werden. Früher wurde Phosphorsäure diskontinuierlich in Vorrichtungen, die bei jedem Verfahren von neuem gefüllt und entleert werden mußten, hergestellt.

Die inzwischen eingeführten, kontinuierlich arbeitenden Anlagen bestehen aus in Serie angeordneten Behältern, in denen das aufzuschließende Phosphat, die Phosphorsäure und die Schwefelsäure oder Mischungen der beiden Säuren verteilt sind. Das Ziel dieser Verfahren besteht darin, die Zusammensetzung der Medien, in denen die Umsetzung stattfindet, mög-Verfahren und Vorrichtung

zur kontinuierlichen Herstellung

von Phosphorsäure aus Phosphaten

und Schwefelsäure

Anmelder:
ίο Union Chimique Beige,

Societe Anonyme, Brüssel,
und Societe Anonyme des Manufactures des Glaces et Produits Chimiques
de Saint-Gobain, Chauny et Cirey, Paris

Vertreter: Dr.-Ing. A. v. Kreisler, Dr.-Ing. K. Schönwald, Dipl.-Chem, Dr. phil. H. Siebeneicher
und Dr.-Ing. Th. Meyer, Patentanwälte,

Köln 1, Deichmannhaus

Beanspruchte Priorität:
Belgien vom 7. Juni 19S5

Dr. Andre Macq, Brüssel,
ist als Erfinder genannt worden

liehst einheitlich zu machen. Die Gleichmäßigkeit der Fällungsbedingungen für die Calciumsulfatkristalle wird noch weiter erhöht, wenn die reagierende Flüssigkeit zurückgeführt wird. Auf diese Weise entsteht jedoch ein starker Strom des Materials, so daß eine Reihe von Reaktionsmedien verschiedener Zusammensetzung und sogar verschiedener Temperaturen gebildet wird. Um diese Nachteile zu vermeiden, müßte die Zahl der Reaktionsgefäße vermehrt werden, was zu einer beträchtlichen Vergrößerung des erforderlichen Raumes, einer Erhöhung der Installationskosten für Behälter, Leitungen und des für die Suspension des Calciumsulfate in der Flüssigkeit erforderlichen Kraftbedarfs führen würde. Wie richtig die Zurückführung auch sein mag, ist es doch praktisch unmöglich, die dabei entstehenden Vorteile auf die gesamte Reaktionsmasse auszudehnen.

Bei anderen Verfahren zur Herstellung von Phosphorsäure wird ein in verschiedene Abteilungen getrennter Behälter verwendet. Dadurch wird der Raumbedarf für die Anlage verringert. Die anderen, obenerwähnten Nachteile bestehen aber auch hier,

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d. h., Temperaturbedingungen, Konzentration und S O₄-Ionengehalt schwanken von Abteilung zu Abteilung, so daß die Bildung großer Calciumsulfatkristalle behindert ist.

aus einem Doppeltrichter, in dessen kleinerem, nach unten offenem Teil ein Rührer vorgesehen ist und dessen größerem, nach oben offenem Teil eines der Rohmaterialien, z. B. das Phosphat, das gegebenen-

Das Verfahren gemäß der Erfindung zur konti- 5 falls von Phosphorsäure begleitet ist, zugeführt wird.

nuierlichen Herstellung von Phosphorsäure aus Phosphaten und Schwefelsäure ist dadurch gekennzeichnet, daß in einem Behälter ohne Trennwände zwei sich überschneidende Gutkreisläufe erzeugt werden, nämlich

a) ein senkrechter schneller Kreislauf, dem Phosphat und gegebenenfalls Phosphorsäure und Waschwasser vom Schlammfilter zugeführt werden, und

b) ein den senkrechten Kreislauf schneidender, lang-

Der Rührer erzeugt im Trichter eine abwärts gerichtete starke Strömung und außerhalb des Trichters einen aufwärts gerichteten Schlammstrom.

Weiterhin sind im Behälter an senkrechten Wellen ίο Rührschaufeln angebracht, so daß der Schlamm in der Zufuhrzone für die Schwefelsäure homogenisiert und gleichzeitig ein horizontaler Umlauf erzeugt wird, durch den ein Teil des Schlamms aus dem aufwärts gerichteten senkrechten Schlammstrom ab- und in den

sanier,, horizontaler Kreislauf, dem Schwefelsäure 15 horizontalen Kreislauf übergeführt wird, aus dem zugeführt wird. wiederum ein Teil des Schlamms in den senkrechten

Durch die Homogenität der im Reaktionsbehälter Strom übergeht.

enthaltenen Mischung und obwohl regelmäßig Phos- Fig. 1 ist ein schematischer Längsschnitt durch eine

phat und Säure zugeführt werden, können die Re- Vorrichtung gemäß der Erfindung entlang der Linie I-I aktionsprodukte kontinuierlich an jedem beliebigen 20 von Fig. 2;

Punkt abgezogen werden. Fig. 2 ist eine Aufsicht auf die Vorrichtung, von

Das Rühren muß besonders an den Zufuhrstellen der die obere Deckplatte und einige daran angebrachte der Rohstoffe in das Reaktionsgefäß sehr wirksam Teile entfernt worden sind.

sein, damit sie sofort mit einer großen Menge Flüssig- Die Vorrichtung besteht aus einem Behälter 1 aus

keit in Berührung kommen, wodurch gleichzeitig die 25 säurefestem Material, der oben mit einer Deckplatte 2 Herstellung einer homogenen Masse und eine hohe verschlossen ist. Im Behälter ist ein Trichter 3 ange-Reaktionsgeschwindigkeit gesichert wird. Wenn in- bracht, der in die Flüssigkeit 4 taucht und durch die folge der Ausmaße des Behälters ein einziger Rührer Träger 5 an der Deckplatte 2 befestigt ist. Im unteren zur Erhaltung homogener Arbeitsbedingungen in der Teil des Trichters ist an einer senkrechten, bei 8, 9 Gesamtmasse nicht ausreicht, werden mehrere Rühr- 30 und 10 gelagerten Welle 7 ein Rührer 6 angebracht, vorrichtungen verwendet, die verschiedener Art sein Die Lager 9 und 10 sind an der Deckplatte 2 befestigt, können. und die Welle 7 trägt an ihrem oberen Ende eine

- Vorteilhafterweise werden in der Masse der Re- Riemenscheibe 11. die über die Riemenübertragung aktionsprodukte zwei zusammentreffende Ströme er- 12,, 13 von einem Elektromotor 14 angetrieben wird, zeugt, von denen der eine mit Phosphat und der 35 der an einer an der Deckplatte 2 befestigten Stütze 15 andere mit Schwefelsäure gespeist wird. angebracht ist. Der Rührer 6 wird durch den Motor

Die Erfindung betrifft auch eine für die Durch- 14 derart angetrieben, daß in dem Behälter ein starker führung des beschriebenen Verfahrens geeignete Vor- Kreislauf der Flüssigkeit 4 innerhalb des Trichters in richtung, die gekennzeichnet ist durch einen Vorzugs- der durch die Pfeile 16, 17 angedeuteten Richtung, weise elliptischen Behälter ohne Einbauten, einen 40 d. h. nach unten, erzeugt wird.

Trichter mit einem in der Trichterachse angeordneten Weiter ist der Behälter 1 mit Rührern, beispiels-

Rührer zur Erzeugung eines senkrechten schnellen weise S chaufel rührern 18, 19, 20, versehen, die auf Kreislaufes, Mittel zur Zufuhr von Phosphat, ge- senkrechten Wellen 21, 22, 23 befestigt sind, die z. B. gebenenfalls Phosphorsäure und Waschwasser von durch am Behälter 1 angebrachte Lager 24, 25 und den Schlammfiltern zum,Trichter, einen oder mehrere 45 durch an der Deckplatte 2 angebrachte Lager 26, 27 sich langsam drehende Rührer zur Erzeugung eines gestützt werden. Die Wellen 21, 22, 23 werden bei-

spielsweise durch besondere Elektromotoren 28,29 angetrieben, unter Vermittlung von Geschwindigkeitswechselgetrieben und Umkehrgetrieben 30, 31, die an 50 der Stütze 15 angebracht sind.

Jede geeignete Art von Antriebs- und Übertragungssystem kann bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung verwendet werden, z. B. ein System mit einem Elektromotor, der über geeignete Getriebe den

versehen. Eine Rührvorrichtung erzeugt zwangsweise 55 Rührer 6 und die Schaufelrührer mit verschiedenen einen Schlammumlauf in der Zone, in die das Roh- Geschwindigkeiten und Richtungen antreibt, material (z. B. Phosphat) eingeführt wird, so daß eine Die Abmessungen und Funktionselemente (Geverglichen mit dem Rohmaterial große Menge scfrwindigkeit und UmI auf richtung) der Mittel zur Schlamm mit dem Rohmaterial in Berührung kommt. Erzeugung des Umlaufs der behandelten Materialien Eine andere Rührvorrichtung in der Zone für die Zu- 60 in den geeigneten Richtungen und mit der richtigen fuhr des anderen Rohmaterials (z. B. Schwefelsäure) Intensität, wie z. B. der Schaufelrührer 18, 19, 20, befördert mit diesem Rohmaterial beladenen Schlamm werden allgemein derart ausgewählt, daß sich die in in den Wirkungsbereich der erstgenannten Rühr- Fig. 2 durch die Kreise 32, 33, 34 schematisch angevorrichtung. zeigten Wirkungszonen gegenseitig überschneiden, da-

In den Figuren ist beispielsweise eine Vorrichtung 65 mit innerhalb der Medien in Behälter die Bildung von zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens Zonen mit zu geringer Bewegung oder von Stagnadargestellt, mit der 11 Phosphat je Kubikmeter Inhalt tionszonen verhindert wird.

der Vorrichtung in 24 Stunden behandelt werden kann. Ebenso wird die Antriebskraft der Vorrichtung für

Die Vorrichtung besteht aus einem Behälter ohne die Erzeugung des starken Umlaufs, die beispielsweise

Abteilungen mit einer Anordnung für einen Umlauf 70 aus dem Rührer 6 in Verbindung mit dem Trichter 3

horizontalen Kreislaufes, Mittel zur Zufuhr von Schwefelsäure in den horizontalen Kreislauf und Mittel zur kontinuierlichen Abfuhr von aufgeschlossenem Schlamm.

Der Behälter ist mit Vorrichtungen für die Zufuhr der Rohmaterialien und die Entnahme des gebildeten Schlamms in einer der zugeführten Materialmenge entsprechenden Menge sowie mit Rührvorrichtungen

besteht, derart festgelegt, daß die durch die Rührvorrichtung (6, 3) beeinflußte — in Fig. 2 durch die Bogenlinie 35 schematisch angezeigte — Flüssigkeitszone sich in die Rührzonen der Schaufelrührer 18 und 19 erstreckt.

Um die Zerteilung der aus dem Trichter 3 austretenden Flüssigkeit zu erleichtern, befindet sich auf dem Boden des Behälters, gegenüber der Trichteröffnung, ein konischer Vorsprung 36, der durch eine niedrige Schranke 37, z. B. von dreieckigem Querschnitt und bogenförmiger, länglicher Form (s. Fig. 2), von dem Teil des Behälterbodens getrennt ist, der den Schaufelrührern 18, 19, 20 gegenüberliegt. Außerdem sind senkrecht stehende Prallbleche 38 und 39 an der Wand des Behälters angebracht, um die durch die Schaufelrührer 18, 19, 20 in den Schlamm erzeugte Rührwirkung zu erhöhen.

Schließlich ist der Behälter mit einem Zufuhrtrichter 40 zur Beschickung des Trichters 3 mit der "Mischung aus Phosphat und Phosphorsäure versehen, wie auch mit einem durch eine Leitung und Pumpe (nicht gezeigt) mit dem Schlammfilter (nicht gezeigt) verbundenen Ablaß 41 und mit einem Zufuhrrohr 42 für die Zufuhr der Schwefelsäure versehen. Die Deckplatte 2 ist mit Lüftungslöchern 43 versehen.

Der Apparat arbeitet wie folgt: Rohphosphat wird durch den Zufuhrtrichter 40 in den Trichter 3 eingeführt, dessen obere Kante unter dem Flüssigkeitsspiegel 4 liegt. Gleichzeitig wird durch den Zufuhrtrichter 40 in den Trichter 3 Phosphorsäure und aus dem Schlammfilter kommendes Waschwasser eingeführt, während die Schwefelsäure durch Zufuhrrohr 42 in den Behälter eingeführt wird.

Die Konstanz des Flüssigkeitsspiegels im Behälter wird durch kontinuierliches Abpumpen von Schlamm durch Auslaß 41 in das Schlammfilter gesichert.

Der Rührer 6 erzeugt einen intensiven Umlauf des Schlamms innerhalb des Trichters von oben nach unten. Der aus der unteren Trichteröffnung austretende Schlamm neigt dazu, wieder an die Oberfläche der Flüssigkeit zu steigen. Die aufsteigende Bewegung wird jedoch durch die Schaufelrührer 18 und 19 unterbrochen, die den Schlamm horizontal in der gesamten im Behälter enthaltenen Flüssigkeit verteilen und ihn durch den sauren Schlamm ersetzen, der unter dem Einfluß des im Trichter senkrecht nach

unten gesaugten Stroms nach der oberen Kante des Trichters fließt.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Phosphorsäure aus Phosphaten und Schwefelsäure, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Behälter ohne Trennwände zwei sich überschneidende Gutkreisläufe erzeugt werden, nämlich:

b) ein den senkrechten Kreislauf schneidender, langsamer, horizontaler Kreislauf, dem Schwefelsäure zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im senkrechten Kreislauf umgewälzte Gutmenge groß ist im Verhältnis zur zugeführten Gutmenge.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem langsameren Gutkreislauf eine der Gutzufuhr in den schnelleren Kreislauf entsprechende Menge Schlamm kontinuierlich abgezogen wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen vorzugsweise elliptischen Behälter ohne Einbauten, einen Trichter mit einem in der Trichterachse angeordneten Rührer zur Erzeugung eines senkrechten schnellen Kreislaufes, Mittel zur Zufuhr von Phosphat, gegebenenfalls Phosphorsäure und Waschwasser von den Schlammfiltern zum Trichter, einen oder mehrere sich langsam drehende Rührer zur Erzeugung eines horizontalen Kreislaufes, Mittel zur Zufuhr von Schwefelsäure in den horizontalen Kreislauf und Mittel zur kontinuierlichen Abfuhr von aufgeschlossenem Schlamm.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausbildung des senkrechten Kreislaufs Leitbleche im Behälter, vorzugsweise am Behälterboden, angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß an der Behälterwandung Prallbleche für den horizontalen Kreislauf angeordnet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen