DE2434531C3 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Natriumpercarbonat, das im wesentlichen der
Formel 2 Na2CO3 · 3 H2O2 entspricht, durch Umsetzen
von Wasserstoffperoxid einer Konzentration zwischen 60 und 80 Gew.-% mit Natriumcarbonat.
Zahlreiche Verfahren zur Herstellung von Natriumpercarbonat wurden bereits bekannt. Von diesen
Verfahren ist das in der DT-PS 5 60 460 beschriebene Schlotterbeck-Verfahren zu nennen. Dieses Verfahren,
bei dem als Ausgangsprodukte 3O°/oiges Wasserstoffperoxid
und Natriumpercarbonate der Formel
(Na2CO3 ■ H2O), ■ (H2O2)y
eingesetzt werden, erfordert außerdem eine Kühlung des Reaktionsgemisches auf eine Temperatur unter 5° C.
Bei dem in der BE-PS 4 46 540 beschriebenen Kalichemie-Verfahren werden Natriumcarbonatdecahydrat
und 40%iges Wasserstoffperoxid als Ausgangsprodukte verwendet. Die Reaktion wird in Gegenwart
von Magnesiumsalzen, Natriumsilikat und Natriumchlorid durchgeführt.
Das in der FR-PS 11 71 464 beschriebene Henkel-Verfahren
führt zu einem Natriumpercarbonat, das Kristallwasser enthält. Bei diesem Verfahren wird ein
inertes organisches Verdünnungsmittel verwendet.
Bei dem in der FR-PS 20 76 430 beschriebenen Solvay-Verfahren werden als Ausgangsprodukte
20%iges Wasserstoffperoxid und Natriumcarbonat im wäßrigem Medium und in Gegenwart von Kristallisationskeinem
verwendet. Die Reaktion wird in der Wirbelschicht bei einer Temperatur von etwa 50° C in
Gegenwart von Luft durchgeführt, die in die Apparatur bei einer Temperatur von wenigstens 1100C eingeblasen
wird. Das in dieser Weise hergestellte Natriumpercarbonat hat die Formel
2 Na2CO1 · 3 H2O2.
Sein Gehalt an Aktivsauerstoff ist nicht höher als 14,8Gew.-%.
Das in der FR-PS 20 98 191 beschriebene Laporte-Verfahren wird mit wasserfreiem Natriumcarbonat, das
mit I .υft aufgewirbelt wird, in Gegenwart von 65°/oigem
Wasserstoffperoxid durchgeführt Die beim Laporte-Verfahren erforderlichen Reaktionszeiten sind sehr
lang. In den Beispielen dieser Patentschrift sind für die Reaktion und Trocknung Gesamtzeiten von 13 h 10 min,
6 h 45 min, 4 h und 1 h 20 min genannt Die Temperatur des zum Aufwirbeln verwendeten Gases muß bei 55 bis
700C gehalten werden.
Schließlich ist aus US-PS 34 63 618 ein Verfahren zur Herstellung von Natriumpercarbonat bekannt, bei dem
ίο die Umsetzupg von wasserfreiem Natriumcarbonat und
Wasserstoffperoxid in einem inerten Medium in Gegenwart von 15 bis 35 Gew.-% Wasser, bezogen auf
die theoretisch zu erwartende Menge Percarbonat unter ständiger intensiver Durchmischung und Abtrennung
des Umsetzungsproduktes erfolgt Das hergestellte Natriumpercarbonat kann in Form einer Paste durch
Siebe mit öffnungen von 0,5 bis 2^>
mm Durchmesser gepreßt werden. Die erhaltenen Agglomerate werden getrocknet und anschließend durch Siebe mit Öffnungen
von 0,5 bis 2,5 mm Durchmesser klassifiziert
AUe bekannten Verfahren haben Nachteile: Das Schlotterbeck-Verfahren erfordert eine starke Kühlung
des Reaktionsgemisches und führt nicht zu einem Natriumpercarbonat ohne Kristallwasser. Das Kaliche-
2-, mie-Verfahren erfordert die Verwendung zahlreicher
Zusatzstoffe. Das Henkel-Verfahren erfordert die Verwendung eines organischen Verdünnungsmittels
und führt nur zu einem hydratisierten Natriumpercarbonat. Das Solvay-Verfahren ist in der Praxis schwierig
durchzuführen, da bei ihm eine Reaktionstemperatur, die wesentlich über der Umgebungstemperatur liegt,
erforderlich ist. Beim Laporte-Verfahren können die Reaktions- und Trocknungszeiten sehr lang sein, und
aufgrund der Tatsache, daß das eingesetzte wasserfreie
j-, Carbonat zum Typ der leichten Carbonate gehört,
vermag das nach diesem Verfahren hergestellte Percarbonat nicht den augenblicklichen Anforderungen
der Waschmittelhersteller zu entsprechen. Das gleiche gilt für das nach US-PS 34 63 618 hergestellte
Percarbonat.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines einfachen und wirksamen Verfahrens, das nicht die
Nachteile der bekannten Verfahren aufweist und zu einem Natriumpercarbonat führt, das kein Kristallwas-
4--ι ser enthält und gute Abriebfestigkeit und in bezug auf
Schüttgewicht und mittleren Durchmesser Eigenschaften aufweist, die in Abhängigkeit von den Eigenschaften
des als Ausgangsprodukt verwendeten Carbonats eingestellt werden können.
-,o Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Verfahren zur Herstellung von Natriumpercarbonat, das im wesentlichen der Formel
2 Na2CO3 · 3 H2O2
γ-, entspricht, gelöst, bei dem Wasserstoffperoxid einer
Konzentration zwischen 60 und 80 Gew.-% mit Natriumcarbonat umgesetzt wird, und das dadurch
gekennzeichnet ist, daß man als Natriumcarbonat Natriumcarbonatmonohydrat oder hydratisiertes Natri-
bo umcarbonat mit 75 bis 90 Gew.-% Na2CO3 verwendet
und die Wasserstoffperoxidlösung tropfenweise unter Vermengung der Reaktionsteilnehmer zum Carbonathydrat
gibt.
Dem Verfahren gemäß der Erfindung liegt insbeson-
iy-) dere die überraschende Feststellung zugrunde, daß
einerseits die Bindung von Wasserstoffperoxid einer Konzentration zwischen 50 und 80% am wasserfreien
Natriumcarbonat sehr schwierig ist, sie jedoch am
Natriumcarbonatmonohydrat oder Natriumcarbonathydrat,
das 75 bis 90 Gew.-% Na2CO3 enthält, äußerst
leicht wird. Obwohl die zu entfernende Wassermenge sich im wesentlichen verdoppelt, wenn im stöchiometrischen
Gemisch mit Wasserstoffperoxid einer Konzentration in den vorstehend genannten Grenzen das
wasserfreie Carbonat durch das Monohydrat ersetzt wird, ist das folgende überraschende Ergebnis festzustellen:
Bei Verwendung von wasserfreiem Carbonat ist das in einer Stunde bei Umgebungstemperatur erhaltene
Gemisch eine sehr »feuchte« Paste, die dazu neigt, sich zu erhitzen und ihren Aktivsauerstoffgehalt zu
verlieren, während bei Verwendung von Natriumcarbonatmonohydrat das unter den gleichen Bedingungen
hergestellte Gemisch aus wenig aneinanderheftenden Körnern besteht, die sich ohne Verlust an Aktivsauerstoff
sehr leicht trocknen lassen. Es wurde ferner gefunden, daß einerseits bei Verwendung von vorher
hydratisiertem wasserfreiem Natriumcarbonat ebenso gute Ergebnisse wie bei Verwendung von Natriumcarbonatmonohydrat
erhalten werden, jedoch andererseits bei Verwendung von wasserfreiem Natriumcarbonat
und Einführung der dem Kristallwasser entsprechenden Wassermenge im Wasserstoffperoxid, d.h. durch
Verdünnung des letzteren, noch schlechtere Ergebnisse als bei Verwendung von wasserfreiem Natriumcarbonat
und nicht vorher verdünntem Wasserstoffperoxid erhalten werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird bei Umgebungstemperatur in einer Vorrichtung, die eine genü- so
gcnde Vermengung der Reaktionsteilnehmer ermöglicht, z. B. in einem Kneter oder in der Wirbelschicht,
durchgeführt. Die Reaktionszeit beträgt etwa 0,25 bis 1,5 h. Das aus der Reaktionsapparaiur abgezogene
Natpumpercarbonat kann noch eine gewisse Wasser- j->
menge enthalten, jedoch stört dies nicht, da eine einfache Trocknung mit Raumluft zu dem gewünschten
wasserfreien Produkt führt.
Das gemäß der Erfindung hergestellte Natriumpercarbonat hat einen Aktivsauerstoffgehalt, der über 15,3
Gew.-% liegen kann. Es besitzt eine ausgezeichnete Schlag- und Abriebfestigkeit.
Die Schlag- und Abriebfestigkeit der erfindungsgemäßen Natriumpercarbonatteilchen wurde mit einem
Natriumpercarbonat verglichen, das folgendermaßen 4>
hergestellt wurde: In eine Suspension aus 20 kg Percarbonat einer Teilchengröße zwischen 53 und 105
Mikron als Kristallkeime in 2001 Mutterlauge leitete man kontinuierlich innerhalb von 2 h 1151 einer 35
gew.-°/oigen Wasserstoffperoxidlösung und 4051 Natri- -so
umcarbonatlösung einer Konzentration von 240 g/l ein. Die Temperatur wurde bei 20°C gehalten. Nach
beendeter Einleitung wurde die Suspension zentrifugiert und die abgetrennten Körner mit Warmluft
getrocknet. Es wurden 220 kg
Na2CO3 · H2O2 3 H2O
ν-,
mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 250 Mikron und einer scheinbaren Dichte von 600 g/l
erhalten. ho
Die Abriebfestigkeit wurde folgendermaßen geprüft: Als Prüfvorrichtung diente ein 1500 mm langes, vertikal
aufgestelltes Glasrohr mit einem inneren Durchmesser von 27 mm. Am unteren Ende dieses Rohres befand sich
eine Düse von 0,6 mm Durchmesser, durch die Druckluft br>
eingeblasen werden konnte. Das obere Ende des Rohres war durch eine mit Filtergewebe bespannten Ansatz
Beschlossen.
Die zu prüfende Probe von vorher bestimmter Korngröße wurde in das Rohr gegeben und Druckluft
unter einem relativen Druck von 2 kg/cm'' aufgegeben.
Der Durchfluß betrug etwa 500 I/h unter Normalbedingungen.
Nach 5 min wurde das gesamte Percarbonat der Apparatur entnommen und erneut die Korngröße
bestimmt
Der Unterschied der angesammelten Rückstände vor und nach dem Test, in Prozent ausgedrückt, ist ein Maß
für die Zerbrechlichkeit und Abriebfestigkeit des Produkts. Es werden die Werte für 53 Mikron
angegeben:
Percarbonat | Unterschied der |
gemäß Beispiel der | bei 53 μ ange |
DT-OS 24 34 531 | sammelten Rück |
stände in % | |
1 | 3,4 |
2 | 1,5 |
3 | 0,1 |
4 | 0,8 |
5 | 3,2-0,2 |
6 | 1,3 |
Vergleichs | 8 |
substanz |
Wie bereits erwähnt, ist es außerdem möglich, in einem gewissen Maß das Schüttgewicht und den
mittleren Kurndurchmesser des Percarbonats durch Wahl eines als Ausgangsprodukt dienenden Natriumcarbonats
mit entsprechenden Eigenschaften einzustellen.
Wenn beispielsweise von einem Natriumcarbonat mit einem Schüttgewicht zwischen 0,45 und 0,75 g/cm3 und
einem mittleren Korndurchmesser zwischen 200 und 450 μ ausgegangen wird, kann ein Natriumpercarbonat
erhalten werden, das ein Schüttgewicht zwischen 0,610 und 0,920 g/cm3 und einen mittleren Korndurchmesser
zwischen 250 und 610 μ hat. Die Eigenschaften des Schüttgewichts und des mittleren Durchmessers des
eingesetzten Natriumcarbonats und des erhaltenen Natriumpercarhonats variieren somit unter sonst
gleichen Bedingungen im gleichen Sinne.
Das eingesetzte Natriumcarbonat kann ziemlich unrein sein. Es kann beispielsweise Natriumsulfat in
einer Menge von etwa 14% enthalten, ohne daß dies die physikalischen Eigenschaften (Körnung, Schüttgewicht,
Schlagfestigkeit und Abriebfestigkeit) des erhaltenen Produkts wesentlich beeinflußt.
Das Wasserstoffperoxid und das Natriumcarbonat werden vorzugsweise in stöchiometrischen Mengen
verwendet. In Fällen, in denen das eingesetzte Natriumcarbonat das Wasserstoffperoxid weniger
leicht bindet, muß der Anteil des letzteren beispielsweise um 5% verringert werden.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele weiter erläutert.
In einen Wirbelschichtreaktor mit einem Durchmesser von 100 mm werden 150 g Natriumcarbonatmonohydrat
eingesetzt, das durch Kristallisation auf nassem Wege erhalten worden ist und die folgenden Kennzahlen
hat:
Schüttgewicht 0,620 g/cm3
Mittlerer Korndurchmesser 340 μ
Na2CO3-Gehalt 83,4 Gew.-°/o
Na2CO3-Gehalt 83,4 Gew.-°/o
Dann werden tropfenweise innerhalb von 97 Minuten 70 ml 67,l%iges Wasserstoffperoxid zugesetzt Als
Produkt werden 183 g Natriumpercarbonat erhalten, das 15,1% Aktivsauerstoff und weniger als 1% Wasser
enthält Das Produkt hat ein Schüttgewicht von 0,724 g/cm3 und einen mittleren Korndurchmesser von
250 μ. Die Ausbeute an H2O2 beträgt 97,3%-
In einen Laboratoriumskneter werden 500 g des gleichen Natriumcarbonatmonohydrates wie in Beispiel
1 gegeben. Dann werden tropfenweise an zwei entgegengesetzten Stellen des Behälters des Kneters
246 ml 63,6%iges Wasserstoffperoxyd in 60 Minuten zugesetzt Während des Knetens wird die Oberfläche
der in Bewegung befindlichen Masse mit 60! Luft/Minute
bestrichen, die bei 200C durch eine Lochscheibe eingeblasen wird. Die Temperatur übersteigt 200C
nicht. Aus dem Kneter wird ein Produkt entnommen, das aus feuchten Körnern besteht die sich jedoch leicht
trennen und weniger als 10 Gew.-% nichtgebundenes Wasser enthalten. Das Produkt läßt sich leicht trocknen,
indem es einfach auf einer Glasplatte, die von Raumluft bestrichen wird, ausgebreitet wird. Auf diese Weise
werden 620 g Natriumpercarbonat erhalten, das 66,70% Na2CO3 und 32,13% H2O2 (15.12% Aktivsauerstoff)
enthält und die folgenden physikalischen Eigenschaften hat:
Schüttgewicht | 0,733 g/cm |
Mittlerer Korndurchmesser | 540 μ |
< 74 μ | 1,3% |
>710μ | 21,3% |
Der Anteil an Feinteilen (unter 53 μ), die während des pneumatischen Transports gebildet werden, beträgt
1,5%. Die H2O2-Ausbeute beträgt 99,2%.
Natriumcarbonatmonohvdrat wird durch Kohlensäuresaturation einer Ätznatronlauge mit dem nicht von
SO2 gereinigten Verbrennungsgas von schwerem Heizöl hergestellt. Die Mutterlauge enthält 30 g Natriuimu!-
fat/Liter. Das als Ausgangsmaterial verwendete Carbonat hat die folgenden physikalischen Eigenschaften:
Schüttgewicht 0,720 g/cm3
Mittlerer Teilchendurchmesser 550 μ
Der Versuch wird auf die in Beispiel 2 beschriebene Weise durchgeführt wobei die gleichen Mengen
Natriumcarbonat und Wasserstoffperoxyd mit gleicher Konzentration eingesetzt werden. Die Reaktionszeit
beträgt 60 Minuten. Als Produkt wird Natriumpercarbonat mit 65,6% Na2CO3 und 30,8% H2O2 (Aktivsauerstoffgehalt
14,5%) und den folgenden Kennzahlen erhalten:
Schüttgewicht 0,783 g/cm3
Mittlerer Teilchendurchmesser 520 μ
Die Ausbeute an H2O2 beträgt 98%.
Betspiel 4
Betspiel 4
Natriumcarbonat wird unter Verwendung der gleichen Mutterlauge wie in Beispiel 3 hergestellt, in der
man die Konzentration an Natriumsulfat absichtlich bis zur Ausfällung der Verbindungen 2Na2SO4, Na2CO3
und Na2CO3 · H2O steigen läßt Das Natriumcarbonatmonohydrat
enthält nun 13,8 Gew.-% Na2SO4 und 74,6
Gew.-% Na2CO3 und hat die folgenden Kennzahlen:
Schüttgewicht 0,610 g/cm3
Mittlerer Teilchendurchmesser 610 μ
Dieses Natriumcarbonat wird mit H2O2 unter den in
Beispiel 2 genannten Bedingungen behandelt Hierbei wird Natriumpercarbonat erhalten, das 13,1% Aktivsauerstoff
enthält und ein Schüttgewicht von 0,765 g/cm3 und einen mittleren Teilchendurchmesser von 410 μ hat.
Die Ausbeute an H2O2 beträgt 97,9%.
Natriumcarbonat wird durch Kristallisation auf nassem Wege unter Veränderung der Rührgeschwindigkeit
während der Fällung hergestellt. Die Rührge-
jo schwindigkeit wird um 50% vermindert und dann
verdoppelt. Auf diese Weise kann Natriumcarbonatmonohydrat mit veränderlichen physikalischen Eigenschaften,
nämlich einem Schüttgewicht von 0,522 bis 0,811 g/cm3 und einem mittleren Teilchendurchmesser
-, von 330 bis 520 μ erhalten werden.
An Natriumcarbonat wird Wasserstoffperoxyd in 60 Minuten durch Kneten auf die in Beispiel 2 beschriebene
Weise gebunden. Hierbei wird in allen Fällen Natriumpercarbonat, das 15% Aktivsauerstoff enthält, mit einer
H2O2-Ausbeute von mehr als 96% erhalten. Die
physikalischen Eigenschaften des erhaltenen Natriumpercarbonats variieren zwischen 0,671 und 0,804 g/cm3
beim Schüttgewicht und 250 und 510 μ beim mittleren Teilchendurchmesser.
Natriumcarbonatmonohydrat wird hergestellt, indem Wasser zu wasserfreiem Natriumcarbonat von sehr
hoher Dichte (1,09 g/cm3) und einem mittleren Teilchendurchmesser von 335 μ in einen Kneter gegeben wird. In
die gleiche Apparatur wird in 60 Minuten Wasserstoffperoxyd einer Konzentration von 70 ±5% eingeführt.
Hierbei wird Natriumpercarbonat erhalten, das 13,9% Aktivsauerstoff enthält und ein Schüttgewicht von
0,920 g/cm3 und einen mittleren Teilchendurchmesser von 410 μ hat. Die H2O2-Ausbeute beträgt 95,6%.
Claims (2)
1. Verfahren zur Herstellung von Natriumpercarbonat, das im wesentlichen der Formel
2 Na2CO3 · 3 H2O2
entspricht, durch Umsetzen von Wasserstoffperoxid einer Konzentration zwischen 60 und 80 Gew.-%
mit Natriumcarbonat, dadurch gekennzeichnet,
daß man als Natriumcarbonat Natriumcarbonatmonohydrat oder hydratisiertes Natriumcarbonat
mit 75 bis 80 Gew.-% Na2CO3
verwendet und die Wasserstoffperoxidlösung tropfenweise unter Vermengung der Reaktionsteilnehmer
zum Carbonathydrat gibt
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß man als Ausgangsmaterial ein
Natriumcarbonathydrat mit einem Schüttgewicht zwischen 0,450 und 0,750 g/cm* und einem mittleren
Teilchendurchmesser zwischen 200 und 450 μ verwendet.
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