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Verfahren zur Herstellung von Natriumtripolyphosphat Die Erfindung
bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Natriumtripolyphosphat der Modefikation
II.
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Es ist bekannt, Natriumtripolyphosphat durch Verdampfen einer Lösung
von Mono- und Binatriumorthophosphat und anschließende Calcinierung der dadurch
erhaltenen Salzmischung herzustellen. Dieses an sich einfache Verfahren stößt jedoch
auf zahlreiche Schwierigkeiten, einerseits wegen der Kompliziertheit der zu seiner
Durchführung erforderlichen Apparatur, andererseits wegen der erforderlichen sehr
genauen Regelung der Temperatur und Dauer des Calcinierungsvorganges. Wenn nämlich
die Calcinierung bei einer zu niedrigen Temperatur oder nicht hinreichend lange
durchgeführt wird, so verläuft die Umsetzung in Tripolyphosphat unvollkommen, und
das Enderzeugnis enthält ungenügend polymerisierte Phosphate oder unerwünschte Polymere.
Wenn andererseits bei der Calcinierung mit einer zu hohen Temperatur gearbeitet
wird, so ergibt sich zwar eine vollkommenere Umsetzung zu Tripolyphosphat, jedoch
stellt das Erzeugnis eine Mischung von Tripolyphosphaten der Modifikationen I und
II dar, von denen die Modifikation I in Wasser schwer löslich und deshalb für gewisse
Verwendungszwecke unerwünscht ist.
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Zum besseren Verständnis der unten folgenden Beschreibung des neuen
Verfahrens sei darauf hingewiesen, daß bekanntlich in der Praxis der Anteil des
Tripolyphosphats der Modifikation I in einem industriellen Tripolyphosphat, welches
die ModifikationenI und 1I enthält, durch ein besonderes analytisches Verfahren,
das als »Temperature Rise Test« oder abgekürzt »T. R. T. « bezeichnet wird und auf
der Messung der Lösungswärme beruht, ermittelt wird. Die folgende Formel Gehalt
an der Modifikation I in Prozenten = 4 (T. R. T. -6) ermöglicht es, den Gehalt des
untersuchten Produktes an der Modifikation I zu ermitteln. Aus dieser Formel ergibt
sich, daß der T. R. T.-Wert eines ausschließlich aus der Modifikation 1I bestehenden
Natriumtripolyphosphats, das also 0 °/o der Modifikation I enthält, 6 betragen muß.
Praktisch ermöglichen die in den industriellen Produkten enthaltenen Verunreinigungen
und die Schwierigkeit der Analyse selbst keine absolut genauen Messungen. Es ist
deshalb durchaus nicht anomal, wenn hierbei T. R. T.-Werte erhalten werden, die
etwas niedriger als 6 liegen, z. B. 5,7 oder 5,8 betragen. Obwohl solche Werte theoretisch
nicht denkbar sind, ist aber doch zu schließen, daß, wenn sie sich ergeben, ein
Natriumtripolyphosphat der Modifikation II, das frei von der Modifikation I ist,
vorliegt.
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Die Erfindung ermöglicht es, auf industrieller Basis Natriumtripolyphosphat
der Modifikation 1I in einfacher Weise und in überraschend reiner Form herzustellen.
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Ausgegangen wird beim erfindungsgemäßen Verfahren von einem Verfahren,
bei welchem eine wäßrige Lösung von Mono- und Dinatriumorthophosphaten in einer
Calcinierungsvorrichtung mit einem Zusatz an wasserarmen Polyphosphaten verarbeitet
wird. Erfindungsgemäß erfolgt die Verfahrensführung derart, daß als Polyphosphatzusatz
ein wasserfreies, als Endprodukt gewonnenes und im wesentlichen aus der Modifikation
II bestehendes Natriumtripolyphosphat in solchen Anteilen den Orthophosphaten zugesetzt
wird, daß die erzielte Mischung 20 Teile P,05, welche von dem Orthophosphat stammen,
auf 100 Teile P,05, welche von dem zurückgeführten Tripolyphosphat stammen,
enthält und diese Mischung kontinuierlich
in eine Calciniervorrichtung
eingeführt wird, die von Heizgasen durchflossen wird, deren Temperatur bei ihrem
Eintritt zwischen 300 und 450°C und bei Verlassen der Vorrichtung zwischen
100 und 140°C liegt.
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Nachstehend wird beispielsweise eine Anlage zur Durchführung des neuen
Verfahrens an Hand der Abbildung näher beschrieben.
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Der aus den Düsen 3 zugeführten Orthophosphatlösung wird kontinuierlich
ein wasserfreies Natriumtripolyphosphat der Modifikation 11 beigemischt, das aus
einem Teil des Endproduktes besteht und über den Vorratsbunker 2 mit der über die
Düsen 3 zugeführten Lösung von Orthophosphaten in eine Knetvorrichtung 1 aus korrosionsbeständigem
Stahl eingeführt wird. Das die Knetvorrichtung 1 verlassende Gut fließt über
die Rinne 4 in die Calcinier- und Trockenvorrichtung, die aus einem umlaufenden,
etwas gegen die Horizontale geneigten zylindrischen Rohr 5 besteht. In dieses Rohr
5 sind in der Nähe seiner Beschickungsöffnung Schaufeln 6 angeordnet, welche die
Mischung gründlich durchführen, so daß die der Wirkung der heißen die Vorrichtung
durchströmenden Gase ständig auf neue Oberflächen treffen. An diese Trockenzone
schließt sich eine Zone an, in der die Wandung des Rohres 5 glatt ist und die die
Calcinierungszone bildet. Beim Verlassen der Trocken-und Calcinierungsvorrichtung
fällt die Mischung in den Vorratsbehälter 8, aus dem sie der Mühle 9 zugeleitet
wird. Der Vorratsbehälter 8 weist eine schematisch durch einen Pfeil f1 angedeutete
Öffnung für den Durchtritt der Heizgase auf. Beim Verlassen der Mühle 9 gelangt
das Produkt in eine pneumatische Förderleitung 10 und wird durch ein Gebläse 10a
zu einem Klassierer 11 gefördert, der die groben Bestandteile abscheidet,
die über die Leitung 12 zur Mühle zurückgeführt werden, während das von den
groben Bestandteilen befreite Gut eine Reihe von Zyklonen 13 passiert, in welchen
der Staub aus dem Verkaufsprodukt abgeschieden wird. Der Staub wird durch ein Schlauchfilter
14 zurückgehalten und das verkaufsfertige Produkt in einem Bunker 15 gesammelt.
Dieser Behälter weist einen Überlauf 16 auf, durch welchen ein Teil des Verkaufsproduktes
ausfließt und zum Lager gelangt, während der Rest am unteren Ende des Bunkers 15
durch eine maschinelle Austragsvorrichtung 17 entnommen und über einen Förderer
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dem Bunker 2 zugeführt wird, aus welchem die Knet-bzw. Mischvorrichtung
1 gespeist wird.
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Die Heizgase werden, nachdem sie die Trocken-und Calcinierungsvorrichtung
durchströmt haben, in Richtung des Pfeiles f2 einem Zyklon 19 zugeleitet,
wo die von ihnen mitgeführten Stäube abgeschieden und durch die Leitung 20 zurückgeführt
werden. Die den Zyklon verlassenden, durch das Gebläse 21 abgesaugten Gase werden
bei 22 vor dem Austritt in den Schornstein gewaschen.
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Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel für die Herstellung von Natriumtripolyphosphat
der Modifikation II nach dem Verfahren gemäß der Erfindung mittels der vorstehend
beschriebenen Apparatur wiedergegeben.
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Die konzentrierte Orthophosphat-Ausgangslösung enthält etwa 50°/o
an gelösten Feststoffen. Ihre Zusammensetzung entspricht einem Verhältnis von Na20
zu P205 von 1,67. Diese Flüssigkeit wird kontinuierlich in der Misch- und Knetvorrichtung
1
mit dem 2,5fachen ihres Gewichts an gemahlenem, in den Kreislauf zurückgeführten
Tripolyphosphat gemischt. Bei diesem anteiligen Verhältnis von Orthophosphatlösung
und in den Kreislauf wieder eingeführtem Endprodukt fällt das in der Mischvorrichtung
erhaltene Mischprodukt in Form eines äußerlich trockenen körnigen Gutes mit einer
Korngröße von 2 bis 10 mm an. Diese Körner werden kontinuierlich der Trocken- und
Calcinierungsvorrichtung 5 aufgegeben, in welcher das Gut etwa 1 bis 1 '/,Stunden
verbleibt. Die Temperatur der Heizgase beträgt bei ihrem Eintritt in die Trocken-
und Calcinierungsvorrichtung zwischen 300 und 450°C. Die Temperatur der die Calcinierungsvorrichtung
verlassenden Gase wird durch Zuführung von Sekundärluft in durch das Gebläse 21
auf zwischen 100 und 140°C eingestellt.
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Das die Calcinierungsvorrichtung verlassende Gut wird durch den pneumatischen
Förderer betrieben, der mit Außenluft als Transportmittel arbeitet, welche nach
ihrem Durchtritt durch das Filter 14 mit einer Temperatur von etwa 100°C
wieder in die Atmosphäre abgegeben wird.
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Diese Temperatur ist die gleiche wie die des in den Bunker
15 fließenden Fertigprodukten, das aus diesem Bunker zum Teil zum Lager,
zum Teil in den Kreislauf zurückgeführt wird. Grundsätzlich erfolgt die Aufteilung
in einen Teil, der zum Lager geführt wird, und fünf auf Teile, die wieder in den
Kreislauf eingeführt werden.
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Es ist von besonderem Interesse, daß der Erfolg des Verfahrens gemäß
der Erfindung im Gegensatz zu der allgemeinen Anschauung der Fachwelt steht, nach
welcher ein wiederholtes Calcinieren des Tripolyphosphats unter Temperaturbedingungen
und mit einer Behandlungsdauer, wie sie im allgemeinen für die Modifikation 1I in
Betracht kommen, zu einer Erhöhung des Anteils an der Modifikation I zu Lasten der
Modifikation 1I führt.
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Im Gegensatz dazu hat sich gezeigt, daß etwa vorhandenes Tripolyphosphat
der Modifikation I in die Modifikation 11 übergeht und bereits in der Modifikation
II vorliegendes Tripolyphosphat als solches erhalten bleibt, vorausgesetzt, daß
vor jeder neuen Calcinierung dem Produkt Wasser, sei es in Form von reinem Wasser
oder einer wäßrigen Lösung, insbesondere einer wäßrigen Lösung von Orthophosphaten,
zugesetzt wird.
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So wurden z. B. verschiedene Proben von Natriumpolyphosphatfünf aufeinanderfolgendenCalcinierungsbehandlungen
unterworfen, wobei vor jeder neuen Calcinierung das Produkt mit 20 Teilen P205 in
Form einer Mono- und Binatriumorthophosphatlösung auf 100 Teile an in dem Produkt
enthaltenem P205 befeuchtet wurde. Nach jedem Calcinierungsvorgang wurde ein Sechstel
des calcinierten Produktes abgetrennt, um dadurch eine Menge an Tripolyphosphat
auszuscheiden, die der an in Form der Lösung zugeführten P205 entspricht.
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Anschließend an jeden Calcinierungsvorgang wurde der T.R.T.-Wert gemessen.
Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sind in der nachstehenden Tabelle zusammengestellt,
welche die folgenden Werte enthält:
| Spalte 1 = T. R. T.-Wert der Ausgangsprobe. |
| Spalte 2 = Temperatur jedes Calcinierungsvor- |
| ganges. |
| Spalte 3 = Dauer jedes Calcinierungsvorganges. |
| Spalten4 = T. R. T.-Wert nach jedem Calcinie- |
| bis 8 rungsvorgang. |
| Ausgangs- T. R. T.-Wert |
| T. R. T.-Wert T Dauer nach jeder Calcinierung |
| _ 1 2 3 4 5 6 7 8 |
| 8,7 400° C 1 Stunde 30 Minuten 5,5 5,8 5 5,6 5,2 |
| 15,2 4250 C 45 Minuten 6,6 6,1 5,7 |
| 5,5 i 5,3 |
| 15,2 4500 C 30 Minuten 7,3 5,8 5,9 5,6 5,7 |
| 15,2 475° C 20 Minuten 8 6,4 6 6,5 6 |
| 15,2 500 11 C 15 Minuten 8,2 8,2 6,2 6,4 6 |
Wie ersichtlich, wird der T. R. T.-Wert selbst dann bis in die Nähe von 6, der dem
reinen in Form der Modifikation II vorliegenden Tripolyphosphat entspricht, erniedrigt,
wenn der T. R. T.-Wert des Ausgangsproduktes hoch ist. Ferner bleibt, wie ersichtlich,
der T. R. T.-Wert auch trotz Widerholung der Calcinierungsvorgänge in der Nähe von
6.