DE1792158C3 - Verfahren zur Herstellung von partiell hydratisiertem Natriumtripolyphosphat in Granulatform - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von partiell hydratisiertem Natriumtripolyphosphat in Granulatform, das z. B. zusammen mit anderen Bestandteilen, wie grenzflächenaktiven Verbindungen, Bleichmitteln, optischen Aufhellern und Streckmitteln, in Wasch-, Reinigungs- und Bleichmitteln verwendet werden kann, durch Aufsprühen von Wasser im Unterschuß auf in Bewegung gehaltenes wasserfreies Natriumtripolyphosphat unter Aufrechterhaltung einer Temperatur von unterhalb 8O⁰C im Reaktionsgut.

Bei der Herstellung solcher Mittel ist es häufig erwünscht, Natriumtripolyphosphat in hydratisierter Form und nicht in der dehydratisierten Form, in der es üblicherweise bei der Gewinnung aus Phosphorsäure und calcinierter Soda anfällt, einzusetzen. Das wasserfreie Natriumtripolyphosphat wird durch Trocknen einer wäßrigen Lösung hergestellt, die Phosphorsäure und calcinierte Soda im entsprechenden Mengjenverhältnis enthält, und zwar entweder durch Sprühtrocknen, wobei man Hohlkügelchen mit relativ niedrigem Schüttgewicht gewinnt, oder durch übliche Trockenverfahren, bei denen Produkte mit relativ hohem Schüttgewicht anfallen, die auf die gewünschte Teilchengröße vermählen werden.

Das Hauptproblem bei der Herstellung von hydratisiertem Natriumtripolyphosphat in der gewünschten < <o Form aus wasserfreiem Natriumtripolyphosphat und Wasser besteht in der Schwierigkeit, eine gleichförmige Hydratation zu bewirken. Infolgedessen enthalt das hydratisierte Natriumtripolyphosphat noch freies Wasser, das entfernt werden muß, und neigt zum <>> Verklumpen. Die Hydratationsreaktion verläuft exotherm. Wenn man nicht sehr vorsichtig arbeitet, steigt die Temperatur in dem hydratisierten Natriumiripolyphosphat örtlich auf so hohe Werte an, daß Umwandlung in andere Phosphate erfolgt, und man erhält ein Produkt von unzureichender Qualität

Es sind zwei Verfahren bekannt, mit denen versucht worden ist, diese Schwierigkeiten zu überwinden. Bei einem dieser Verfahren, das in der US-PS 3046 092 beschrieben ist, wird das wasserfreie Natriumtripolyphosphat mit Eis verrührt Dabei wird die Temperatur niedrig gehalten und die Hydratation verläuft relativ gleichförmig. Es wird angegeben, daß das Produkt vor und nach der Hydratation die gleiche Korngrößenverteilung aufweist, abgesehen von dem durch das Rühren anfallenden Abrieb. Das Schüttgewicht ist vor und nach der Hydratation gleich.

Das zweite Verfahren ist in der DT-AS 12 44 743 beschrieben. Nach djesem Verfahren wird mit einem 10-bis 25prozentigen Überschuß an Wasser über die zur Bildung des Hexahydrates erforderliche theoretische Menge hinaus hydratisiert Dabei wird gleichzeitig gerührt und ein Warmluftstrom durch die Masse hindurchgeleitet. Die bei der Hydratation entstehende Wärme wird zur Verdampfung des abzutrennenden Wassers benutzt. Im allgemeinen wird noch eine zweite Trockenvorrichtung eingesetzt, um das hydratisierte Natriumtripolyphosphat noch zu trocknen. Wie bei dem erstgenannten Verfahren ist das Schüttgewicht vor und nach der Behandlung gleich. Gemäß der bekannten Arbeitsweise kann daher nicht kontinuierlich von einem Schüttgewicht auf das andere übergegangen werden, da stets von einem wasserfreien Tripolyphosphat mit dem gleichen Schüttgewicht »vie im Endprodukt ausgegangen werden muß. Es ist ferner erforderlich, einen geringen prozentualen Anteil an während der Behandlung gebildeten Teilchen größerer Teilchengröße abzusieben.

Bei beiden bekannten Verfahren handelt es sich bei der wasserfreien Beschickung um ein Material, das bereits auf die gewünschte Korngröße und das gewünschte Schüttgewicht eingestellt ist. Es ist daher infolge der unvermeidbaren Abnahme der Korngröße infolge Abrieb bzw. der durch Hydratation bedingten Größenzunahme ein erneutes Absieben und Wiederaufarbeiten erforderlich. Aus der BE-PS 5 45 177 ist ferner ein Verfahren zur Herstellung von partiell hydratisier tem Natriumtripolyphosphat durch Anwendung eines Unterschusses von Wasser bekannt.

Das jeweils gewünschte Schüttgewicht bzw. der Korngrößenbereich des hydratisierten Natriumtripolyphosphats hängt vom jeweiligen Verwendungszweck ab. Die körperliche Form sollte der des fertigen Mittels etwa entsprechen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von partiell hydratisiertem Natriumtripolyphosphat mit einem Gehalt an gebundenem Wasser von 2 bis 20% unter der für das Hexahydrat theoretisch erforderlichen Menge in Granulatform mit bestimmter Korngröße und bestimmtem herabgesetztem Schüttgewicht aus vermahlenem wasserfreiem Natriumtripolyphosphat zu schaffen, das beim Lagern erheblich beständiger gegen Umwandlung in andere Phosphate iat als ein vollständig hydratisiertes Natriumtripolyphosphat und das sich durch eine höhere Abriebsbeständigkeit auszeichnet. Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst.

Die Erfindung betrifft somit den im Anspruch gekennzeichneten Gegenstand.

Vorzugsweise trocknet man das partiell hydratisierte Natriumtripolyphosphat bei einer Temperatur unter-

halb etwa 80⁰C₁ um jede Zersetzung auszuschließen. Man erhält ein Produkt mit der gewünschten Korngröße, das ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,833 mm passiert, durch ein Sieb mit einer lichten Maschengröße von 0,246 jedoch nicht mehr hindurchgeht

Die Funktion des wasserfreien Unterkorns bei dem erfindungsgemäßen Verfahren besteht darin, daß mit dem für die Hydratation des Natriumtripolyphosphats eingesetzten Wasser ein Binder gebildet wird, der die Einzelteilchen lockerer miteinander verbindet als die Granulate der ursprünglichen wasserfreien Verbindung, so daß ein partiell hydratisiertes Natriumtripolyphosphat mit geringerer Schüttdichte gebildet wird.

Wasserfreies Natriumtripolyphosphat wird im allgemeinen durch Trocknen einer wäßrigen Lösung hergestellt, die Phosphorsäure und calcinierto Soda in solchen Mengen enthält, daß das Molverhältnis von Na : P etwa 1,67 :1 beträgt Die Lösung wird z. B. durch Sprühtrocknung getrocknet und das, getrocknete Material calciniert Dabei wird ein wasserfreies Natriumtripolyphosphat erhalten, das im allgemeinen in zwei verschiedenen Modifikationen vorliegt, je nach den Trocknungs· und Calcinierbedingungen; diese sind als Phase I und Phase Il bekannt. Das erhaltene Natriumtripolyphosphat wird, wenn es als wasserfreie Verbindung verkauft werden soll, im allgemeinen auf die gewünschte Korngröße vermählen; es hat in wäßriger Lösung einen pH-Wert von etwa 9,9, und sein Schüttgewicht liegt bei etwa 0,90 bis 0,95 g/cm.

Die wasserfreie Verbindung kann durch gesteuerte Zugabe einer ausreichenden Menge von Wasser in das Hexahydrat überführt werden. Man erhält ein 22,7 Prozent Wasser (theoretisch für Hexahydrat) enthaltendes Produkt. Dazu benötigt man etwa 30 Prozent Wasser, bezogen auf das eingesetzte wasserfreie N at riumtripolyphosphat.

Im erfindungf.gemäßen Verfahren kann kontinuierlich von einem Schüttgewicht auf das andere übergegangen werden.

Erfindungsgemäß läßt sich das Schüttgewicht des partiell hydratisierten Natriumtripolyphosphats durch Änderung der Korngrößenverteilung der Beschickung, der Menge an Natriumtripolyphosphat der Phase I in der Beschickung und der Menge an zugegebenem Wasser einstellen. Das Schüttgewicht wird vermindert, wenn man die Menge an durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,147 hindurchgehenden Teilchen in der der Hydratationseinrichtung zugeführten Beschik kung (einschließlich des aus früheren Ansätzen zurückgeführten hydra isierten Unterkorns) erhöht, wenn man den Gehalt der Beschickung an Natriumtripolyphosphat der Phase I erhöht und wenn man den Prozentsatz der Hydratation steigert. Das Schüttgewicht wird erhöht, wenn man erhebliche Mengen an Beschickung mit größerer Korngröße einsetzt. Wenn man ein Produkt mit vorwiegend solchen Teilchen, die durch ein Sieb mit einer lichten Miischenweite von 0,833 mm hindurchgehen, ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,246 mm jedoch nicht mehr passieren, gewinnen will, dann läßt sich dieses mit Schüttgewichten innerhalb des gesamten Bereiches von 0,65 bis 0,90 herstellen, wenn man von einem wasserfreien Natriumtripolyphosphat ausgeht, das ein Schüttgewicht von 0,9G bis 0,95 in dem gleichen Korngrößenbereich aufweist.

Bei allen hierzu durchgeführten Arbeiten war das wasserfreie Natriumtripolyphosphat in üblicher Weise eroßtechnisch aus einer wäßrigen Lösung von Phosphorsäure, calcinierter Soda und Wasser unter Benutzung eines Molverhältnisses Na : P von 1,67 :1 hergestellt Die Lösung wurde getrocknet und das getrocknete Produkt bis zur wasserfreien Form calciniert Das erhaltene klumpige Produkt wurde vermählen, und dabei wurde ein Gemisch aus Granulat und Pulver erhalten, in dem wenigstens 10 Gewichtsprozent als Unterkorn mit einer Korngröße von weniger als 0,147 mm und im allgemeinen ein erheblich größerer

ι ο Anteil in dieser Korngröße vorlagen.

Das vermahlene wasserfreie Natriumtripolyphosphat wurde dann in eine Drehrohr-Hydratationseinrichtung eingespeist und mit der erforderlichen Menge an Wasser besprüht Es wurde gefunden, daß es zweckmäßig ist, weniger als die für die Herstellung von Hexahydrat erforderliche theoretische Menge an Wasser zu verwenden.

Wenn man weniger als die theoretische Menge an Wasser einsetzt, läßt sich ein vollständig hydratisiertes Natriumtripolyphosphat nicht gewinnen. Es wurde aber gefunden, daß dies sehr vorteilhaft ist, da unerwarteterweise ein Natriumtripolyphosphat, das 2 bis 20 Prozent weniger an gebundenem Wasser enthält als für die Hexahydrat-Bildung theoretisch erforderlich ist, beim Lagern erheblich beständiger gegen Umwandlung in andere Phosphate ist als ein vollständig hydratisiertes Natriumtripolyphosphat, wenn man es z. B. in Waschoder Reinigungsmitteln verwendet. Weiterhin erlaubt die Verwendung von geringeren Mengen an Wasser eine einfachere Verfahrensführung, da vor dem Trocknen weniger freies Wasser in dem Produkt zurückbleibt. Tatsächlich kann man für Verwendungszwecke, in denen eine geringe Menge an freiem Wasser nicht stört, die zuvor erwähnte Trocknungsaufe bei dem Verfahren übergehen, da in solchem Fall die geringe Menge an freiem Wasser (im allgemeinen zwischen etwa 1 und 2 Prozent) geduldet werden kann.

Während der Hydratationsstufe in der Drehrohr-Hydratationseinrichtung nimmt das Unterkorn das Wasser rascher auf als das gröbere Material, und dadurch agglomerieren die Teilchen trotz der Drehwirkung. Das Ergebnis ist, daß das partiell hydratisierte Natriumtripolyphosphat nach Verlassen der Hydratationseinrichtung eine größere Korngröße als davor hat.

Dann wird das agglomerierte, partiell hydratisierte Natriumtripolyphosphat einer Trockeneinrichtung zugeführt, in der geringe Mengen an freiem Wasser (im allgemeinen unter 2 Prozent) durch Warmluft entfernt werden. Es ist dabei lediglich notwendig, in der Trockeneinrichtung die Temperatur des partiell hydratisierten Natriumtripolyphosphats genügend niedrig zu halten, so daß es nicht in eine andere Form umgewandelt wird. Dies kann man erreichen, wenn man die Temperatur des Natriumtripolyphosphats unterhalb 80° C hält. Dies läßt sich leicht durchführen, da nur wenig Wasser entfernt zu werden braucht. Es wurde gefunden, daß man dies dadurch erreichen kann, daß man das partiell hydratisierte Natriumtripolyphosphat in einem rotierenden Trockner durch einen Warmluft-

fio strahl hindurchfallen läßt und dabei eine Lufteinführtemperatur in der Größenordnung von 80 bis 85°C vorsieht. Es kann auch irgendeine beliebige andere Art der Trocknung des partiell hydratisierten Natriumtripolyphosphats verwendet werden, vorausgesetzt, daß die

fcs Temperatur nicht über diejenige Temperatur ansteigt, bei der das hydratisierte Natriumtripolyphosphat in andere Phosphate umgewandelt wird, d.h. etwa 8O⁰C. Das aus der Trockeneinrichtung abgegebene partiell

hydratisierte Natriumtripolyphosphat enthält etwas Material mit größerer Korngröße und wird vermählen und abgesiebt Dann wird das Produkt mit der gewünschten Korngröße gesammelt, und das hydratisierte Unterkorn mit einer Korngröße von weniger als 0,147 mm wird zu der Beschickung für die Hydratation zurückgeführt Es wird ein Produkt erhalten, dessen Korngröße in dem bevorzugten Bereich von 0,833 bis 0,246 mm liegt, das in wäßriger Lösung einen dem wasserfreien Natriumtripolyphosphat entsprechenden to pH-Wert von eiwa 9,9 hat, im wesentlichen frei von nicht chemisch gebundenem Wasser ist, jedoch etwa 80 bis 98% des für die vollständige Hydratisierung zum Hexahydrat erforderlichen Wassers (22,7%) aufweist, und ein eingestelltes Schüttgewicht von 0,65 bis 0,90g/ccm hat, das niedriger liegt als dasjenige des wasserfreien N atrium tripolyphosphats.

Beispiel

Es wurden Phosphorsäure, calcinierte Soda und Wasser zu einer Natriumphosphatlösung mit einem Molverhältnis Na : P von 1,67 :1 und einer Dichte von 55° Βέ bei 90° C umgesetzt. Die Lösung wurde in einer rotierenden Trockeneinrichtung zu einem wasserfreien Natriumtripolyphosphat mit einem 21,6prozentigen Gehalt an Phase I getrocknet und calciniert Das erhaltene Produkt wurde in einer Hammermühle teilweise zerkleinert und dann einer Walzenmühle zugeführt, wobei der Walzenspalt auf die entsprechende Korngröße eingestellt war. Das erhaltene zerkleinerte Produkt, das die in Tabelle 1 angegebene Korngrößenverteilung aufwies, wurde in eine sich drehende Hydralionseinrichtung eingegeben, und es wurde darin Wasser auf das rotierende Materialbett aufgesprüht. Das partiell hydratisierte Natriumtripolyphosphat wurde direkt in einen Drehrohr-Trockner eingespeist, und darin wurde die geringe Menge an freiem Wasser durch Hindurchfallenlassen des Materials durch einen Warmluftstrom entfernt Das Produkt wurde direkt auf ein Sieb übergeführt Darin wurde das granulierte Produkt der entsprechenden Kornklassen von dem Überkorn und Unterkorn abgetrennt. Das Überkorn wurde in eine Hammermühle und dann auf das Sieb zurückgeführt, und das hydratisierte Unterkorn wurde wieder in die Hydratationseinrichtung eingegeben.

Tabelle
Arbeitsbedingungen

Beschickungsgeschwindigkeit Wieder in die Hydratationseinrichtung zurückgeführtes Unterkorn

Wasserzuflußgeschwindigkeit zu der Hydratations-

816kg/Std.

499kg/Std.

einrichtung	3,63 Liter/Mm
Temperaturen
Materialeinlaß der
Hydratationseiniichtung	48° C
Materialauslaß der
Hydratationseinrichtung	590C
Materialauslaß der
Trockeneinrichtung	45"C
Lufteinlaß der
Trockeneinrichtung	8I0C
Produkt	39°C

Siebanalyse des Beschickungsmaterials

+ 2,00 mm 4,7 Prozent

+ 0,841 mm 32,2 Prozent

+ 0,595 mm 43,8 Prozent

+ 0,250 mm 61,6 Prozent

-0,149 mm 30,8 Prozent

-0,105 mm 27,1 Prozent

Produktanalyse	0,56
Ungebundene Feuchtigkeit	18,3
Gesamtfeuchtigkeit	0,72 g/ccm
Schüttdichte
Siebanalyse	0,0 Prozent
+ 2,00 mm	2,0 Prozent
+ 0,841 mm	34,4 Prozent
+ 0,595 mm	97,9 Prozent
+ 0,250 mm	0,4 Prozent
-0,149 mm	0,3 Prozent
-0,105 mm

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur Herstellung von partiell hydratisiertem Natriumtripolyphosphat in Granulatform durch Aufsprühen von Wasser im Unterschuß auf in Bewegung gehaltenes vermahlenes wasserfreies Natriumtripolyphosphat unter Aufrechterhaltung einer Temperatur von unterhalb 8O⁰C im Reaktionsgut, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Herstellung eines hydratisierten Natriumtripolyphosphats einer Korngröße von 0,246 bis 0,833 mm mit einem Gehalt an gebundenem Wasser von 2 bis 20% unter der für das Hexahydrat theoretisch erforderlichen Menge und mit einem auf 0,65 bis 0,90 g/cm³ herabgesetzten Schüttgewicht ein wasserfreies Natriumtripolyphosphat mit einem Schüttgewicht von 0,90 bis 0,95 g/cm³ im gleichen Korngrößenbereich und mit mindestens 10 Gewichtsprozent Unterkorn einer Korngröße von unter 0,147 mm einsetzt und mit der entsprechenden Menge Wasser besprüht, wobei man zur Verminderung des Schüttgewichts die Menge an Unterkorn und den Prozentsatz der Hydratation erhöht und nach gegebenenfal's durchgeführter Trocknung aus dem erhaltenen hydratisierten Natriumtripolyphosphat die Korngrößenfraktion von 0,246 bis 0,833 mm aussiebt, das Überkorn vermahlt und auf das Sieb zurückgibt und das hydratisierte Unterkorn in das Hydratationsverfahren zurückführt.