DE1642457C3 - Verwendung von Polyphosphatgläsern zur Wasserimpfung - Google Patents

Description

Vorliegende Erfindung befaßt sich mit der Imp- ao fung von Wasser mit extrem langsam löslichen Na ,O •—CaO — MgO-haUigen Polyphosphatgläsern mit bzw. ohne einen SiO.,-Gehalt.

Die polymeren Phosphate der Alkalien sind in der neueren Chemie des Wassers zu einem nicht mehr wegzudenkenden Agens geworden. Ihre große Verwendungsmöglichkeit ist durch die Höhe ihrer elektrischen Ladungsdichte begründet, die rein elektrostatisch andere Kationen in ihrem Verhalten in Lösung beeinflußt. Besonders bekannt und in der Technik genutzt ist die interionische Wechselwirkung zwischen den Härtebildnern des Wassers, den Ca^{2 i} - und Mg"-'+-Ionen, die komplexähnliche Anlagerungsverbindungen mit den Polyphosphatketten bilden. Die relative Wirkung der polymeren Phosphate auf die Kationen der zweiten Gruppe des periodischen Systems nimmt mit wachsender Verdünnung der Phosphatlösung zu. Seinen thcrmodynamischcn Ausdruck findet dies in dem Anwachsen der »Freien Energie« für die Bindungsreaktion. Daher ist erklärbar, daß die vor etwa 30 Jahren empirisch gefundene Wechselwirkung zwischen Polyphosphatanion-. Ca-'^!, Mg-' + noch in so hohen Verdünnungen wie I bis 5 mg P₂O₅/! Wasser, einer etwa 1,0 · 10~⁵ molaren wäßrigen Lösung des Phosphats, vorhanden ist. Das auf dieser Erscheinung aufgebaute wasserchemische Verfahren ist das an sich bekannte »Impfverfahren« (»Threshold Treatment«), in dem die noch wirksamen 1 bis 5 mg P₂O₅/1 Trink- und Brauchwasser zudosiert werden, um die allseits bekannten und lästigen Ausfällungen der Härtebildner in wasserführenden Systemen für begrenzte Zeiträume zu verhindern.

Die Impfung des Wassers mit derart kleinen Mengen Polyphosphat geschieht entweder durch Dosiervorrichtungen aus angesetzten Vorratslösungen oder durch Überleiten des Wassers über schwerlösliche Na₂O-CaO-MgO-Polyphosphatgläser, die zusätzlich noch Silikatanteile enthalten können. Sie werden in Stücken in Schleusen eingefüllt.

Na,O—CaO—MgO- (SiO₂)-haItige Polyphosphatgläser sind bereits bekannt. Sie werden gemäß der deutschen Patentschrift 976 867 durch Zusammenschmelzen von primärem Natriumphosphat NaH₂PO. mit MgO und CaO im Temperaturbereich von 800 bis 900° C hergestellt, wobei dem Schmelzfluß als weitere Komponente Silikate beigegeben werden können. Nach Abkühlung der Schmelze werden hierbei langsamlösliche Polyphosphate erhalten. Beim DurchleKen von Wasser durch eine diese Polyphosphatstücke enthaltende Schleuse werden 1 bis 5 mg P,O₅ an das Wasser abgegeben. Durch Veränderung der mittleren Durchmesser der Phosphatstücke und damit der Benetzungsoberfläche sowie durch Einbau von Schleusen unterschiedlicher Größe ist die Einhaltung einer gleichmäßigen Dosierung beim gleichmäßigen Durchfluß möglich. Während des Stillstandes des Wasserdurchflusses in der Schleuse ist jedoch keine Regulierung der Konzentration des P₂O₅ i_m Schleusenwasser möglich, da sämtliche im Handel befindlichen Produkte glasartige Polyphosphate mittlerer Kettenlänge sind, die keine definierte Löslichkeit besitzen. Beim Stillstand des Wassers beobachtet man daher einen stetigen Anstieg der PjOj-Konzentration im Wasser der Schleuse, der zunächst der Zeit etwa direkt proportional ist und sick dann auf gewisse Sättiaiingswerte einstellt. Bei der Impfung von Trinkwasser ist jedoch der Gebrauch größerer, technologisch nicht erforderlicher P.,O,-Mengen grundsätzlich unerwünscht. Er ist aber auch aus wirtschaftlichen Gründen zu vermeiden.

Es bestand daher die Aufgabe, nach Na_,O — CaO — MgO — (SiOJ-haltigen Polyphosphatcn zu suchen, die une wesentlich verringerte Lösungsgeschwindigkeit im stationären Zustand der Schleuse entfalten, beim Durchfluß des Wassers durch die Schleuse aber die normalen Ρ,,Ο.-Mengcn (1 bis 5 mg/1) an das Wasser abgeben.

Wie sich nun überraschenderweise gezeigt hat, kann die gestellte Aufgabe mit Na₂O — CaO — MgO-haltigen Polyphosphattjläsern mit bzw. ohne einen SiO..-Gehalt dann gelöst werden, wenn sie ein Verhältnis Base: Antibase von > 1,50: 1,00 aufweisen und bei Schmelztemperaturen von mindestens 1200° C gewonnen wurden. Daß bei Einhaltung des angegebenen Verhältnisses Base : Anlibase und Einstellung einer Mindeslschmelztempcratur die Lösungsgeschwindigkeit der Polyphosphalgläser in der gewünschten Weise beeinflußt werden kann, konnte dem Stand der Technik weder entnommen noch aus ihm hergeleitet werden. In der USA.-Patentschrift 2 304 850 werden lediglich Alkalipolyphosphati»läser beschrieben, die zwar ebenfalls ein Verhältnis Base: Antibase > 1.50:1,00 aufweisen, die jedoch weder CaO noch MijO enthalten. Sie sind im Wasser derart leicht löslich, daß sie zur Füllung von Schleusen nicht geeignet sind.

Durch das erfindungsgemäße Erhitzen auf eine Mindcsttempcratur von 1200° C wird eine weitere Verdrängung des Restwassers, das bekanntlich die Kettenlänge der Phosphatgläscr verringert, erreicht. So wurde gefunden, daß bei Einstellung einer Temperatur von 1200" C im Vergleich zu dem bisher üblichen Temperaturbereich von 800 bis 900° C entsprechend dem deutschen Patent 976 867 im Schmelzbad der Rcslwasscrgchalt von 0,40 7» auf < 0,20 % verringert wird. Die Temperatur von 1200⁰C bewirkt zusätzlich, wie überraschenderweise an Hand der Röntgenanalysen gefunden wurde, den vollständigen Einbau einer gegebenenfalls mitverwendeten SiO.-Komponente in das Molekül. Erfolgt dieser Einbau nicht, so hat das SiO, ebenfalls eine kettenabbrechende Wirkung und damit einen negativen Einfluß auf die gestellte Aufgabe. Die erfindungsgemäßen Polyphosphatgläser zeigen im Vergleich zu den bisher üblichen Gläsern eine Verringerung der Löslichkeit auf etwa Vt der früheren Werte. Außerdem

jet die Temperaturabhängigkeit tier Löslichkeit des neuen Material in Wasser geringer.,

Beispiel

a) Es wurde ein Glas der prozentualen Zusammensetzung

Na₂O MgO CaO SiO, P,O.

25,7 4,4

6,4

1,5 62,0'/.

bei 850° C erschmolzen. Das molare Verhältnis Base: Antibase betrug 1,37: !1,00 die Löslichkeit im Stillstand nach zwei Stunden 76,5 mg P„O₅/1 Wasser bei 20° C. Der Restwassergehalt desMaterials belief sich auf 0,4%.
Füllt man dieses Polyphosphatglas mit einer Körnung von 9 bis 10 mm in eine Schleuse und beaufschlagt sie mit 100 l/h V/asser, so mißt man einen P_aO_R-GehaIt im Durchfluß in Höhe von 1,0 bis 1,7 mg P₂O₅/l Wasser,
b) Es wurde ein Glas der prozentualen Zusammensetzung

Nap MgO CaO SiO. P_aO_s
23,5 4,7 10,3 1,9 59,6 "/»

bei 1200° C erschmolzen. Das molare Verhältnis Base: Antibase betrug 1,51:1,00, die Löslichkeit im Stillstand nach zwei Stunden 22,5 mg P₂O,/! Wasser bei 20° C. Der Restwassergehalt des Materials belief sich auf 0,18°/·.

Bei Durchfluß des Wassers durch eine Schleuse, die in der gleichen Weise wie unter a) mit dem Material gemäß der Erfindung beschickt war, wies das Wasser unter den gleichen Bedingungen wie unter a) einen P.O.-Gehalt in Höhe von 1,0 bh 1 3 mg Ρ.Ο,/Ι auf.

Claims (1)

1. Patentanspruch;

   Verwendung von Polyphosphatgläsern zur Wasserimpfung mit unterstöcbiometrischen P,O_S-Mengen, bestehend aus Na₈O—CaO-MgO-baltigen Polyphosphatgläsern mit bzw. ohne einen SiO.rGehaIt, dadurch gekennzeichnet, daß" sie ein Verhältnis Base: Antibase von > 1,50:1,00 aufweisen und bei Schmelztemperaturen von mindestens 1200° C gewonnen wurden.