DE1767797C - Verfahren zur Herstellung von Natrium orthophosphatgemischen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Natriumorthophosphatgemischen hoher Reinheit aus nn.ch dem Naßverfahren erhaltener Phosphorsäure. Femer bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung des gewonnenen Natriumorthophosphatgemisches zur Herstellung von Natriumtripolyphosphat.

Es ist bekannt, Natriumorthophosphatgemische aus auf elektrothermischem Wege gewonnener Phosphorsäure durch Neutralisierung mit Na₂Co., in einem solchen Verhältnis herzustellen, daß die Endlösung ein Gemisch von Mononatrium- und Dinatriumphosphat im Verhältnis 1: 2 enthält, wobei das Gemisch anschließend getrocknet und calciniert wird. Das so erhaltene Kristallgemisch eignet sich zur Herstellung von Natriumtripolyphosphat hoher Reinheit.

Wegen der hohen Kosten der elektrothermischen Phosphorsäure ist das bekannte Verfahren im Hinblick auf den wachsenden Bedarf an Orthophosphatgemischen bzw. daraus herstellbarem Natriumtripolyphosphat nicht zur Anwendung in großem Umfange geeignet und vor allem für die großtechnische Darstellung nicht wirtschaftlich genug. Aus diesem Grunde stellt sich das Problem, die nach dem Naßverfahren erhaltene Phosphorsäure für die Gewinnung der Natriumorthophosphatgemische auszunutzen. Dies trifft jedoch wegen der erforderlichen Entfernung der in derartiger Phosphorsäure vorliegenden Verunreinigungen, insbesondere Fluor, Eisen, Aluminium, Calcium und Schwefelsäure, auf erhebliche Schwierigkeiten. So sind für die Reinigung der nach dem Naßverfahren erhaltenen Phosphorsäure mehrere Stufen erforderlich. In der ersten Stufe findet die Entfernung der freien Schwefelsäure entweder durch Bariumsalze oder durch Rohphosphat statt und anschließend die Filtration der erhaltenen Suspension. In der nachfolgenden Stufe werden Fluorionen mit Natriumcarbonat gefällt. Dann folgt die Neutralisation der klaren Lösung zwecks Gewinnung des erwünschten Phosphatgemisches. Während der Neutralisation der Phosphorsäure wird der Rest an Verunreinigungen in Form von Calcium-, Aluminium- und Eisenphosphaten aus der Lösung gefällt, da aui h diese vor der Trocknung bzw. Calcinierung entfernt werden müssen.

Femer ist es bekannt, die nach dem Naßverfahren erhaltene Phosphorsäure von Verunreinigungen dadurch zu befreien, daß man vor der Neutralisation eine Behandlung mit NaOH einschaltet und anschließend eine Auskristallisation vornimmt. Dabei wird in der ersten Stufe die nach dem Naßverfahren erhaltene Phosphorsäure mit einem etwa 30° oigen P₂O₅-Ciehalt mit NH₁ bis zu einem pH-Wert, der der Bildung von Monoammoniumphosphat entspricht, neutralisiert, wobei die meisten der vorhandenen Verunreinigungen ausgefällt werden. Nach der Absonderung durch Zentrifugieren wird die Monoammoniumphosphat-Muttcrlösung mit Natriumhydroxyd im Molverhältnis Na₂O : P₂O, von 1:1 umgesetzt, wobei die Bildung der Kristalle des NaNH₄HPO₄-Mischsalzes staltfindet. Nach ihrer Ausscheidung werden diese Kristalle durch Erhitzen in einer */.i n-NaOH-Lösung gelöst, deren Verhältnis so errechnet wird, daß ein Gemisch von den Kristallen aus NaH₃PO₄ f- 2 Na₁HPO₄ zusammen mit NH₁ erhalten wird, welches abdestilliert und zur ersten Reinigungsstufe zurückgeführt wird. Dieses Verfahren ist jedoch ebenfalls für eine großtechnische Darstellung zu kompliziert und technisch zu aufwendig.

Auch die bekannte Tatsache, daß man im Drei-Stoffsystem NaOH — H₁PO₄ — H₂O für jede Produkt- bzw. Bodenkörperzusammensetzung eine feststehende H+-Ionenkonzentration errechnen kann, hilft nicht weiter, das erläuterte Problem zu lösen, da sich bei der Aufarbeitung der nach dem Naßverfahren erhaltenen Phosphorsäure infolge der diversen Verunreinigungen außerordentlich vielfältig und kompliziert zusammengesetzte Systeme ergeben, für deren Errechnung keine theoretische Grundlage gegeben ist. Ferner eignen sich derartige theoretische Betrachtungen nicht zur Ermittlung eines großtechnisch brauchbaren Verfahrens zur Herstellung besonders reiner Produkte, da bei der Ausfällung ein Mitreißen verschiedenster in Spuren vorhandener Verunreinigungen kaum zu vermeiden ist.

Schließlich ist ein Verfahren zur Herstellung von Phosphorsäure durch das Naßverfahren und Extrahieren der Phosphorsäure mit Triaikylphosphat bekannt, wobei der erhaltene Phosphorsäureextrakt zur Ausfällung der Phosphatanteile mit Ammoniak, Kalkstein oder Ätzalkalien behandelt werden kann. Bei diesem Verfahren dient als Extraktionsmittel mit Wasser nicht mischbares Tnalkylphosphat. Auch bei diesem bekannten Verfahren findet eine Ausfällung unter Mitreißen unerwünschter Verunreinigungen statt, was trotz Anwendung verschiedener spezifischer Trennvorrichtungen und wiederholter Abstreifstufen nicht völlig ausgeschaltet werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist demgemäß die Herstellung von Natriumorthophosphatgemischen hoher Reinheit mittels eines technisch unkomplizierten Verfahrens, so daß sich das gewonnene Natriumorthophosphatgemisch direkt zur Herstellung von Natriumtripolyphosphat eignet.

Die Lösung dieser Aufgabe bei einem Verfahren zur Herstellung von Natriumorthophosphatgemischen hoher Reinheit durch Neutralisierung des aus Phosphorsäure, Lösungsmittel und Wasser gebildeten organischen Extraktes, der bei der Extraktion der nach dem Naßverfahren erhaltenen Phosphorsäure mit einem organischen Lösungsmittel erhalten wird, mit einer gesättigten Na₂CO₁- oder NaOH-Lösung besteht gemäß der Erfindung darin, daß man als Extraktionsmittcl n-Butanol verwendet und die Neutralisierung in einer einzigen Stufe bei einer Temperatur von 60 bis 70 C und einem pH-Wert von 7,4 bis 7,5 mit einer Menge der Na₂CO₁- oder NaOH-Lösung durchführt, daß sich ein Molverhältnis von NaH₂PO₄: Na₂HPO₄ ^ 1:2 einstellt.
Überraschenderweise hat sich herausgestellt, daß

SS gemäB der Erfindung ein Produkt mit einer Reinheit erhalten wird, entsprechend derjenigen, die aus elektrothermischer Phosphorsäure erhältlich ist. Dies ist umso überraschender, als dem erfindungsgemäßen Verfahren das durch das bekannte Naßverfahren her gestellte Phosphorsäureextrakt zugrunde liegt und als Extraktionsmiltcl gewöhnliches und in großen Mengen anfallendes n-Butanoi verwendet wird. Es bestand ein Vorurteil gegen die Benutzung von n-Butanol als Extraktionsmittel, da bei bekannten Extraktionen von Phosphorsäure Schwierigkeiten mit n-Butanol insbesondere beim Abstreifen des Extraktionsmitteis mit Wasser aufgetreten waren, Vorkehrungen zur Verhinderung einer Emulsionsbildung

Claims (2)

getroffen werden mußten und infolge eines geringen Abstreifkoeffizienten nur ein relativ geringer Prozentsatz der Phosphorsäure extrahiert werden konnte. Überraschenderweise hat sich nun herausgestellt, daß bei Einhaltung der erfindungsgemäßen Kriterien, wie pH- und Temperaturbereich, die befürchteten Nachteile vermieden werden können und eine vorzügliche Extraktion erzielt wird, so daß sich die erhaltenen Natriumorthophosphatgemische zur direkten Herstellung von Natriumtripolyphosphat eignen, indem man die anfallende Kristallsuspension auf übliche Weise trocknet und calciniert. Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Beispielen näher erläutert. Beispiel 1 Die nach dem Naßverfahren erhaltene Phosphorsäure, mit einem P2O5-Gehalt von etwa 30%, wird mit n-Butanol in einem Volumenverhältnis Lösungsmittel zu Säure von 1,5:1 in einem Rühr-Dekantierungsapparat mit 9 Extraktionseinheiten extrahiert. 100 g des organischen Extraktes, der folgende Zusammensetzung hat: H3PO4 16.3°/o, SO4 0,1 °/o, F Ο,Πο/ο, Fe2O3 0,016%, AUO3 0,008%, n-Butanol 60,3 °/o und H2O 22,9 %, werden als solcher oder nach Entfernung von SO4- und F-Ionen durch Reinigung unter Rühren mit 45,8 g einer bei 50° C gesättigten Na^COj-Lösung (32°/oig) bei einem pH-Wert von 7,4 und einer Tempcatur von 60 bis 70° C, die sich aus der Reaktion ergibt, in einem Lösungsmittel-Rückfluß-System n& jtralisiert. Das etwa 18% HäO enthaltende Lösungsmittel wird von der Kristallsuspension durch Dekantieren abgetrennt, wobei 107 g Lösungsmittel und 57,0 g einer gesättigten Lösung, die 22,4 g des Kristallgemisches, 33,6 g Wasser und 1 g Butanol enthält, erhalten werden. Das Kristallgemisch wird in einem Heißgasstrom bei einer Temperatur von 80 bis 90° C bis zu einem Wassergehalt von 2 bis 3°/o getrocknet, nachdem vorher 1 g NH4NO, zur Stabilisierung des Endproduktes zugesetzt wurde. Die heißen Gase werden anschließend zwecks Rückgewinnung des Lösungsmittels gekühlt, und das Lösungsmittel wird zusammen mit dem beim Dekantieren erhaltenen zur Wasserentfernung geleitet, die durch ein bekanntes Verfahren durchgeführt wird. Die getrockneten Kristalle, die 99,5% an Phosphatgemisch, 0,3% SO4 und 0,002% Fe enthalten, werden bei 250 bis 450° C zwecks Gewinnung des Natriumlripolyphosphats nach dem bekamen Verfahren calciniert. Beispiel 2 Es wird wie im Beispiel 1 gearbeitet, mit dem Unterschied, daß die Neutralisierung mit 18,5 g einer ίο bei 50° C gesättigten NaOH-Lösung (60%ig) unter den gleichen Bedingungen durchgeführt wird. Nach eier Neutralisierung wird der organische Extrakt weiter in derselben Weise verarbeitet. Das Verfahren gemäß der Erfindung weist folgende Vorteile auf: Es erlaubt die Gewinnung eines Mononatrium-Dinatriumphosphat-Gemisches von einer Reinheit die der von der elektrothermischen Phosphorsäure ausgehenden Produkten vergleichbar ist. ao Die Neutralisierung des Extraktes zwecks Gewinnung des vorstehend genannten Gemisches wird in einer einzigen Stufe durchgeführt und nicht in drei Stufen wie bei der bisher üblichen Arbeitsweise. a5 Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Natriumorthophosphatgemischen hoher Reinheit durch Neutralisierung des aus Phosphorsäure, Lösungs mittel und Wasser gebildeten organischen Extrak tes, der bei der Extraktion der nach dem Naßverfahren erhaltenen Phosphorsäure mit einem organischen Lösungsmittel erhalten wird, mit einer gesättigten Na₂CO₁- oder NaOH-Lösung,

dadurch gekennzeichnet, daß man als Extraktionsmittel n-Butanol verwendet und die Neutralisierung in einer einzigen Stufe bei einer Temperatur von 60 bis 70° C und einem pH-Wert von 7,4 bis 7,5 mit einer Menge der

Na₂CO,- oder NaOH-Lösung durchführt, daß sich ein Molverhältnis von NaH₂PO₄: Na₂HPO₄ = 1:2 einstellt.

2. Verwendung des nach Anspruch 1 gewonnenen Natriumorthophosphatgernisches zur Her- stellung von Natriumtripolyphosphat.