DE1947643A1 - Verfahren zur Herstellung von Duengemitteln - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Duengemitteln

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DE1947643A1 DE19691947643 DE1947643A DE1947643A1 DE 1947643 A1 DE1947643 A1 DE 1947643A1 DE 19691947643 DE19691947643 DE 19691947643 DE 1947643 A DE1947643 A DE 1947643A DE 1947643 A1 DE1947643 A1 DE 1947643A1
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conduit
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    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
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    • C01B25/16Oxyacids of phosphorus; Salts thereof
    • C01B25/26Phosphates
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    • C01B25/301Preparation from liquid orthophosphoric acid or from an acid solution or suspension of orthophosphates

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Description

DR. ELISABETH JUNG1 DR. VOLKER VOSSIUS1 DIPL-ING. GERHARD COLDEWEY
Patentanwälte
MÖNCHEN 23 · CLEMENSSTRASSE 30 · TELEFON 345067 · TELEGRAMM-ADRESSE: INVENT/MÜNCHEN · TELEX 5-29 686
1947643 19, Sep.1959
UoZ0: Ii 729 (vdii/¥o/Kü)
JJlIF 2110
Wo & HoM. ttOULDIliö LIMITED
Dublin, Irland
'· Verfahren zur Herstellung von Düngemitteln "
Prioritäten: 2O0 September 1968, Großbritannien; Hr, 44799/68 und 63 Juni 1969, Großbritannien, Nr. 28659/69»
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Düngemitte'ln und befaßt sich insbesondere mit der Herstellung iron primärem Kaliuraphosphat (KHgPO.) t das gleichzeitig
• Kalium und Phosphor in üblicher fester Form wir Verfügung 3töXlt
/und das entweder unmittelbar als Düngemittel oder in Verbindung
mit anderer; Stoffen verwendet werden kann»
ErflndungagamäJ wird das primäre Kaliuraphosphat durch sauren
Mineralphosphaten
Aufschluß vonX^hoephatgestein) harg«atellt. Das Aufsohlußmittel kann durch die Jioalction von öohwefölsäure mit Kaliuraohlorid gebildet werdeno
. 00-9828/174« -
Demgemäß wird in'vorliegender- Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von primärem Kaliumphosphat (Kaliumdihydrogenphoephat) vorgesehen9 bsi welchem Phosphatgestein mit einem Kaliumbisulfat,
wässrigen
Sehwefolsäure und Phosphorsäure enthaltenden/Medium umgesetzt wird ο
Als -sin Ergebnis kann daß in der Reaktionsmischung als Dihydrate Halbhydrat oder Anhydrit gebildete feste Galoiumsulfat ohne wei~ k teröö· aus der Mutterlauge abfiltriert und das Kaliumdihydrogen= phosphat»Produkt in einem üblichen Arbeitsvorgang gewonnen werden*
Me Phosphorsäure und Kaliumdihydroganphosphat enthaltende Mutterlauge wird der Ausgangsreaktionsmischung wieder auge führte
Wahlweise xvird Phosphatgestein mit wässriger Chlorwasserstoffsäure aur Erzeugung einer Phosphorsäure, Calciumpho&phat und Calciumchlorid enthaltenden fieaktionsmischung umgesetzt0 Diese wird mit. weiteren Mengen Phosphatgastein zur Ausfällung von Diealοiumphosphat und Kalkstein umgesetzt9 und es wird Kalk oder anderes alkalisches Material smr erzeugung eines Schlamms, zugefügt, der aus dem unlöslichen Dicalciumphosphat und nicht-umgesetzten Phosphatgestein in Suspension in einer Oalclumchloridlösung besteht,, Die feststoffe werden abgetrennt und chloridfrei gewascheno Die« ~i: se Umsetaungen können wie folgt veranschaulicht werden? Ca5(PO4)2. + 4- HCI - Ca(H2PO4)2 ψ 2GaGl2
Ga(H0POJ0 + OaOC- *■ 2GaIlPO. + GO0 .+ H«0 c- 4 & J 4 da
Die erhaltenen Feötötofi'e werden mit einem Medium umgesetzt? das auo durch Ümsetaung "/on üchwefeleilurfi mit. Kaliuaohlorid erhaltenem Kaliumbisulfat und Schwefelsaure und wiederverwendetcr Phosphor-
; ^ f -^- BAD ORIGINAL 0098^0/1748
·- 3 ■
säure besteht, Das erzeugte kristalline Calciumsulfat kann aus der Mutterlauge a^fiXtriert- und das KaliumdihydrogenphQsphat~Pro~ dukt aus der Γ-IutterXaytge gewonnen werden* Die durch die obige Umsetzung von Schwefelsäure mit Kaliumchlorid, gebildete Chlorwasserstoff ^äure kann für- den anfänglichen Aufschluß von Phosphatgesteit) verwendet werdeno Die Verwendung des Chlorwasserstoffe in dirü SX" Weise trägt zu?? Wirtschaftlichkeit des Verfahrens bei β
Τίτπ Calciumsulfat in einer filtrierbaren Fei'ra zu erhalten;, sind h:>h^ Säureltonzentrai;ii*nen in dem Healcti-jnsschlamm erforderlich* Diese Säure steigt sieh in der kristallisierenden Flüssigkeits und es bildet sich unter den für gute Ausbeuten erforderlichen Bedingungen ein Additionsprodukt von Ka'iiuinphosphat und Phosphorsäure s nämlich KH0PO.- H^PO.t Diese Substanz kristallisiert aus
— τ· s *r
der Lösung aws, Es ?n*.rds gefunden«, daß mang v/enn zu der Flüssigkeit ein wasaermischbares organisches Lösungsmittel? wie Methanol f Äthanolr Isopropanol oder Acetongaugefügt wirdr Kaliumphoaphat. mit guten Analysendaten in guter Ausbeute erhält ο Die begleitende Phosphorsäure verbleibt in Lösung* Das organische Lösungsmittel v/i.:d in einer Destillationsblase wiedergewonnen und in das Verfahren zurückgeführt o Eigentlich v/erden alle in der Lösung anwesenden Verunreinigungen, hauptsächlich Fluorverbindungen, mit dem Produkt ausgefällt, und die restliche Lösung von Phosphorsäure und Kaliuniphosphat «-slat nach der Entfernung des organischen Lösungsmittels eine hohe .Reinheit auf und kann sur Herstellung anderer Phosphate vervyendet oder dem Verfahren wieder zu ge f uhr t w -. r d ·. .· η,
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Das Aufschlußmedium kann durch die Umsetzung von Schwefelsäure mit Kaliumchlorid gebildet werden,,
Bei der Keaktion zwischen Schwefelsäure und Kaliumchlorid fand man* daß die Entfernung des Chlorwasserstoffe relativ einfach ist, wenn die .Reaktion in den für die Gasamtreaktion erforderli- . chen Mengen durchgeführt wird, doch wird sie nicht so einfach erreicht j, wenn man stöchiometrische Mengen einsetzto Demgemäß ist es ein Merkmal einer Ausfuhrungsfοrm vorliegender Erfindung? einen Überschuß an Säure au verwenden? der anschließend mit dem fhosphatgeetein umgesetzt wird* Die sweite Reaktion zwischen dem Phosphatgestein und dem bäureschlamm hat sich erwiesen^ quantitativ zu verlaufen, und es ist unreines Kaliumphosphat in Ausbeuten bis zu 95$ isoliert worden» Diese Reaktionen können wie folgt veranschaulicht werden:
KCl + H2SO4 —> KHSO4 + HCl
Ca,(PO.)^ + 2 KiISO. 4- H9SO. —£. 2 KH9PO. + 3 CaSO. 3 4 2 4 2 4 ^ 24 y 4
Der als Nebenprodukt erzeugte Chlorwasserstoff ist eine verkaufbare Ware, doch kann er in andere erwünschte Substanzen überführt oder für die Phosphorsäure- oder Dicalciumphosphatherstellung oder eigentlich in dem Verfahren, wie beschrieben, verwendet werden.
Anstelle der Bildung des Aufschluömediums durch die Umsetzung von Schwefelsäure und Kaliumchlorid kann man Kaliumsulfat zusammen mit überschüssiger Schwefelsäure verwenden, jedoch wird die Umsetzung mit Kaliumchlorid bevorzugt, da dies leicht erhältlich ist und ein wirtschaftliches Ausgangsmaterial darstellt*
,009828/174«
Rezepturen? die auf dem Kaliumdihydregenpliosphat »Produkt des Verfahrens vorliegender Erfindung beruhen, lauten wie folgtί
Produkt analyse; 3655 P3O5 36$ X3O Kaiiumphosphat 78,65s
Kaliumchlorid (6Ο5& E9O) 21
Produkt analyse; 2Ο96 H 20^ P3O5 20$ K3O Harnstcff 44»
Kaliuinphosphat 43 ?
Kaliumchlorid (MH KnO) 119
Beispiel ^
Analyse einer chloridfreien Verbindung?
27# N 13,55^P2O5 13,57S
Harnstoff 60,0?ί
Kaliuraphosphat 29»5^
Kaliumsulfat (50(;i K2O) 1O,5?6
ij« Materialien kann man als Granulate herstellen oder sie können aus der üelriaelKe zn Klümpchen ausamraenfließen»
Zum besseren Verständnis der Erfindung sind in den beigefügten Zeichnungen Verarböitungsdia^ramnie von ?iar Ana führungen des
Verfalirena nach vorliegenda:? Erfindung gezeigt 0
/örurbeUiungsdiagramiu 1 beainiit sich auf dia Behandlung von i*hoöphnt/»eöteiii ralfc eiiießi Mtiduinia das aua Schwefelsäure, Phos-
08^8/1748 ÖAD
phorsäuren und Kaliumbisulfat besteht ? welches aus Kaliumchlorid; duroh Schwefelsäure inwlrkung hergestellt worden istD
Die "Vorrichtung besteht aus einem Reaktionsgefäß 1 für den Phosphat ge steinsauf schluß2 dem ein Calciumsulfatfilter 2? ein Ver~ dämpfer 5, ein Krlstallisisrgefäß 4* ein Separator und Wäscher 5 Lind ein Trockner δ folgen* Leitungen ? führen Mutterlauge Tora Separator 5A sum Äeaktlonsgefäß 1 und Leitungen 8 vom Wäscher 5B zur unteren Hälfte 2A des Filters zurückο
Wenn v/irklich Chlorwasserstoff hei dem Verfahren verwendet und die Ausfällung des Produkts mittels eines wasserlöslichen organischen Lösungsmittels erreicht wird, besteht die Vorrichtung aus Reakfcionsgefäßen für den ιίβ st einsauf Schluß, einem Filter sum Abtrennen des ausgefällten Phosphatsf. einem Heaktionsgefäß für die SuIf at reaktion mit Phosphat 2 einem Gipsfilter, einem Yex'--dampfers, einer Äusfällvorrichtungj einem Abscheider und"Wäscher? einem 'i'roekner und einer Destillationskolonne für die Wiedergewinnung des organischen Lösungsmittelo* --.-
Man sieht einen Sulfaturawandler 9.mit einor Keliumahloridzufüh« rung 10 und einer iiehwefeisäureauführung 11 vor, um Kaliumbisulfat und Schwefelsäure duroh die Leitung 12 sum ßaakfcionsgefäß 1 zu leiten, Phosphat^estein wird dem Reaktionsgefäö 1 unmittelbar durch eine Zuführung 13 zugeführt ο
Die Arbeitsweise -i&v Vorrichtung ist wie folgt» . , Phosphatgesteln wird in dem He ak tion age faß 1 durah das saur^ .-Medium aufgeschlossen j Jas aus Kaliumbisulfat und aohw.öf elsäure aus dem Umwandlar 9 und "aurückgaführter Mu1Ob rl auge besteht, die Phos«
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phorsäure aus dem Abscheider 5A enthalte Das Produkt des Reak=· tiönsgefäßes wird durch die Leitung 14 als Suspension von kristallinem Calciumsulfat und einer verdünnten Lösung von primärem Kaliumphosphat in Phosphorsäure zum Piltsrteil 2A geführte In dem 'ieil 2A werden die' Cslciurasulf atkristalle durch dia Leitung 24 abgezogen und das flüssige Medium zum Verdampfer 3 geleitet und dort auf annähernd 40 (Jew.~# primäres Kaliumphosphat konzentriert, Dann werden primäre Kaliumphosphaticristalle in dem Kri«- stallisieit-gefäß gebildstg und die erhaltene Suspension wird sum Abscheider und Wäscher 5A? 5B geführte Die Produktkristalle werden schließlich im Trockner β getrocknet und bilden ein Produkt 2O0
Der gasförmige Chlorwasserstoff aus dem Umwandler wird einem Waschturm 15 zugeführts wo er unter Bildung einer Chlorwasserst offsäure!ösung absorbiert wirdF welche ein Nebenprodukt 16 des Verfahrens darstellt« Wasser wird durch die Leitung 17 dem Pilterwaschteil 2B und durch die Leitung 18 dem Wäscher 5B zugeführt. Dursh Leitung 19 wird dem Trockner 6 Wärme zugeführte Der Verdampfer 5-steht mit der Atmosphäre bei 21 über einen Waschturm 22 in Verbindung* Eine Mischung von primärem Kaliumphosphat und verdünnter Phosphorsäure wird von dem Waschteil 2J3 durch die Leitung 23 dem Reaktionsgefäß 1 zugeführt.
Verarbeitungsdiagramm 2 veranschaulicht die Alternative mit Chlorwasserstoffsäure bei dem Verfahren* Durch Leitung 25 zugeführtes Phosphatgestein wird in dem Reaktionsgefäß 1A mit aus dem Absorber 15A über Leitung 16A sugeführter Chlorwasserstoff» säurelösung aufgeschlossen. Die erhaltene Phosphorsäure wird in
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Bad
dem Heaktionsgefäß 1B durch Zugabe des Restes von bei der Reaktion erforderlichen Phosphate durch Leitung 26 und in dem Re ak- tionagefaß 1C1 in das Kalkstein aus der Zuführung 27 Über die Leitung 28 eingebracht wird, in unlösliches Dicalciumphosphat Überführt. Die Feststoffe werden auf einem Filter 29 abgetrennt und chloridfrei gewaschen·' Sann werden sie in dem Reaktionegefäö 1 mit einer sauren Lösung von Kaliumsulfat aus dem SuIfatumwandler 9 und von zurückgeführter Flüssigkeit, die Phosphorsäure aus dem Separator-Wäscher 5 enthält, umgesetzte Ein Teil des Phosphat ge st eins wird dem Reaktionsgefäß 1 unmittelbar durch Leitung 30 zugeführt. Calciumchlorid als Abfall verläßt den Filter 29 durch Leitung 31.
Verarbeitungsdiagramm 5 veranschaulicht eine weitere Ausführungeform, wobei ein mit Wasser mischbares organisches Lösungsmittel verwendet wird. Primäres Kaliumphosphat wird in der Auefällvorrichtung 4-A durch Zusatz eines organischen Lösungsmittels aus einer Zuführung 34 über die Leitung 33 ausgefällt. Die erhaltene Suspension wird dem Separator und Wäscher 5 zugeführt, sie Kristalle werden abgetrennt, gewaschen und liegen dann in verkaufsfähiger Form vor. Die Wasserι Phosphorsäure, restliches Kaliuaphoephat und organisches Fällungemittel enthaltende Mutterlauge wird der Destillatioskolonne 35 zugeführt, wo das organische Lösungsmittel wiedergewonnen wird und die Phosphorsäure und das abgetrennte Kaliumphospnat durch Leitung 36 in das Verfahren zurückgeführt oder für die Herstellung von reinen Phosphaten verwendet werden kann. Die Zuführung 34 wird aus dem Vorrat 32 ergänzt»
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Verarbeitungsdiagramm Φ zeigt die Verwendung des organischen Lösungsmittels in einer Ausführungsform gemäß dem Verarbeitungediagramm 1 O
Patentansprüche
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Claims (11)

Pat ent ansprUche
1) Verfahren zur Herstellung von Kaliumdihydrogenphosphat, dadurch gekennzeichnet, daß man Mineralphosphate mit einem Kaliumbisulfat, Schwefelsäure und Phosphorsäure, enthaltenden wässrigen
Medium umsetzt, in dem das Kaliumdihydrogenphosphat enthaltende
konzentration
Reaktionsgemisch die Wasserstoffionen/(ohne Wasser) und Sulfationenkonzentration in Lösung im Verhältnis zum Phosphorpentoxld auf einen solchen Wert einstellt, daS Calciumsulfat in leicht abtrennbarer Form ausfällt, das Calciumsulfat abtrennt und aus dem exhaltenen Reaktionsgemisch das primäre Kaliumphosphat gewinnt.
2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Mengenverhältnis von Wasserstoffionen zu P2 0C auf einen Wert von mehr als etwa 2 und das Mengenverhältnis von Sulfationen zu P2Oe auf einen Wert von mehr als etwa 3 einstellt.
- ■ ■ ■ - - y*.
3) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man
das Mengenverhältnis von Wasserstoffionen zu P2Or auf einen Wert von mehr als etwa 3 und das Mengenverhältnis von Sulfationen zu P2Oe auf einen Wert von mehr als etwa 5 einstellt.
4) Verfahren nach Anspruch dadurch gekennzeichnet, daß man das Mengenverhältnis von Wasserstoffionen zu P2Oc auf einen Wert von mehr als etwa 4 und das Mengenverhältnis von Sulfationen zu PgOe auf einen Wert von mehr als etwa 6 bis 7 einstellt.
5) Verfahren zur Herstellung von Kaliumdihydrogenphosphat, dadurch gekennzeichnet, daß Phosphatgestein mit wässriger Chlorwasserstoffaäure umgesetzt wird, dabei eine Reaktionemischung erzeugt wird, die Phosphorsäure, Caloiumphosphat und Calciumchlorid in Lö-
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sung enthält, man diese Lösung ait weiteres Phosphatgesteln unter Bildung einer Suspension umsetzt, die ausgefälltes Dicalciumphosphat und Kalkstein enthält, daß der Suspension Kalk oder anderes alkalisches Material zugefügt wird« dabei ein aus unlösliche« Dicalciumphosphat und nlcht-umgesetztem Phosphatgestein in Suspension In einer Lösung von Calciumchlorid bestehender Schiene erzeugt wird und daß nach Abtrennung des Calciunohlorids die erhaltene, aus Dicalciumphosphat bestehende Reaktionsmiechung in Verbindung mit weiteres Phosphatgestein Bit dem aus Kaliumbisulfat, Schwefelsäure und Phosphorsäure bestehenden Medium umgesetzt wird. *r . . ■
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. -. 12-
6) Verfahren nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß die wässrige Chlorwasserstoffsäure durch Absorption von Chlorwasserstoff in Wasser erhalten wird, der als Nebenprodukt bei der Einwirkung von Schwefelsäure auf Kaliumchlorid anfällt, wobei bei dieser Einwirkung die Kaliumbisulfat- und Schwefeleäurebestandteile des Mediums gebildet werden, das für die Umsetzung mit dem Phosphatgestein verwendet wird»
7) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das primäre Kaliumphosphat aus der Reaktiönsmisehung durch Abtrennen des Calciumsulfats und durch Waschen einschließlich des Rückführens der aus Phosphorsäure und primärem Kaliumphosphat bestehenden Mutterlauge zu der Phosphatgestein und das Medium aus Kaiiumbisulfat, Schwefelsäure und Phosphorsäure enthaltenden Reaktionsmischung gewonnen wird*
8) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6» dadurch gekennzeichnet, daß das primäre Kaliumphosphat durch Entfernen des Calciumsulfate als eine wässrige Phosphorsäurelöeiing gewonnen wird, aus der das primäre Kaliumphosphat durch Zugabe eines watsermischbaren organischen Lösungemittels ausgefällt wird, daß das feste primäre Kaliumphosphat aus einer, in Lösung Phosphorsäure, primäres Kaliumphosphat und organisches Lösungsmittel enthaltenden Mutterlauge abgetrennt und vom restlichen organischen !lösungsmittel und Wasser befreit wird, während die Mutterlauge destilliert, dabei das organische Lösungsmittel wiedergewonnen, das zur KaliiMdihydrogenphoephat-Auifällungsstufe zurückgeführt ' wird, und die restliche lösung von primärem Kaliumphosphat in
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Phosphorsäure zur Umsetzung zwischen Phosphatgestein und dem aus Kaliumbisulfat, Schwefelsäure und Phosphorsäure bestehenden Medium zurückgeführt wird.
9) Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 8 , gekennzeichnet durch ein Hauptreaktionsgefäß, Vorratsbehälter für Phosphatgestein, Kaliumchlorid und Schwefelsäure, einen SuIfatumwandler, Leitungen zur Zuführung von Kaliumchlorid und Schwefelsäure aus deren Vorratsbehältern zum Umwandler, ein Leitungsmittel zur Zuführung von Phosphatgestein aus dessen* Vorratsbehälter zum Reaktionsgefäß, einen Filter zur Calciumsulfat abtrennung aus der das Reaktionsgefäß verlassenden Reaktionsmischung, ein Leitungsmittel vom Reaktionsgefäß zum Filter, einen Wäscher-Separator für primäres Kaliumphosphat aus dem Filter, ein Leitungsmittel vom Filter aum Wäscher-Separator zur Zuführung von primärem Kaliumphosphat und Phosphorsäure und Leitungsmittel vom Wäscher-Separator zum Hauptreaktionegefäß aur Zuführung einer aus Phosphorsäure und primärem Kaliumphosphat bestehenden Mutterlauge.
10) Vorrichtung nach Anspruch 9» gekennzeichnet durch ein erste« Nebenreaktionegefäß, einen Chlorwasserstoffabsorber, ein Leitungamittel von Sulfatumwandler aum Absorber und vom Absorber aun ersten HebenreaktionegefftB zur Zuführung einer wässrigen Ohlorwaseerstoffsäurelösung zum treten Nefcenreaktionegefäß, ein Leitungsmittel von Photpnatgeeteinsvorratebehälter zum ersten liebenreaktionsgefäö, ein zweites Nebenrtaktionsgefäß, Leitungemittel zwischen dem ersten und dem zweiten Nebenreaktionsgefäß und vom PhosphatgeSteinevorratabshälter zum zweiten Nebenreak-
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tionagefaß, ein drittes Nebenreaktionsgefäß» ein Leitungsmittel zwischen dem zweiten und dem dritten tfebenreaktionegefäß, einen Torratsbehälter für alkalisches Material» ein Leitungsmittel vom Vorratsbehälter für alkalisches Material zum dritten Nebenreaktionsgefäß, einen Filter zum Entfernen von Calciumchlorid aus dem dritten Jiebenreaktionsgefäß, ein Leitungsmittel zwischen dem dritten Nebenreaktionsgefäß und dem Filter und ein Leitungsmittel zwischen dem Filter und dem Hauptreaktionsgefäß zur Zuführung einer Suspension von Dicalciumphosphat.
11) Vorrichtung nach den Ansprüchen 9 oder 10, gekennzeichnet durch eine Ausfällvorrichtung für primäres Kaliumphosphat9 ein Leitungsmittel zwischen dem Caloiumsulfatfilter und der Ausfallvorrichtung, ein Leitungsmittel zwischen der Ausfällvorrichtung und dem Separator-Wäscher, ein Vorratsgefäß für organische Lösungsmittel, ein Leitungsmittel zwischen dem Vorratsgefäß für organische Lösungsmittel und der Ausfällvorrichtung, eine Destillationskolonne für das organische Lösungsmittel, Leitungsmittel zwischen dem Separator-Wäscher und der Destillationskolonne zur Zuführung einer Mischung aus organischem Lösungsmittel, primärem Kaliumphosphat und Phosphorsäure, ein Leitungsmittel zur Rückführung des wiedergewonnenen organischen Lösungsmittel von der Destillationskolonne zur Ausfällvorrichtung und Leitungsmittel für die Rückführung einer Lösung von primärem Kallunphosphat und Phosphorsäure von der Destillationskolonne zum Hauptreaktionsge« fHfl.
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Lee rse ire
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