DE3526658A1 - Verfahren zur herstellung von bordeaux-pulver - Google Patents
Verfahren zur herstellung von bordeaux-pulverInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung einer Verbindung auf Kupferbasis, die "Bordeaux-Pulver" oder
"Bordeaux-Gemisch" genannt wird, deren chemische Bezeichnung Tricalciumtetrakupferhexahydroxidtetrasulfat (das
nachstehend abgekürzt als TTCHTS wiedergegeben wird) ist, und die folgende chemische Formel besitzt:
CuS043Cu(0H)23CaS0
Bordeaux-Pulver ist eine trockene pulverförmige TTCHTS-Verbindung,
die im agrochemischen Bereich große Anwendung findet, und zwar als Fungizid auf Kupferbasis, das in
wässriger Suspension durch Sprühen oder dergleichen angewandt wird. Die trockene pulverförmige TTCHTS-Verbindung
ist ein wichtiges Fungizid und wird industriell seit vielen Jahren nach einem herkömmlichen nassen Verfahren durch
Reaktion einer Kupfersulfatlösung mit einer Suspension
einer spezifischen Menge Calciumhydroxid hergestellt. Die TTCHTS-Verbindung wird als suspendierter Feststoff gebildet,
der dann von der Flüssigkeit durch geeignete Filtration
abgetrennt wird. Der gebildete nasse Schlamm, der die Feststoffe enthält und einen Wassergehalt von etwa 60 %
aufweist, wird dann getrocknet. Während des Trocknes muß die Temperatur sorgfältig kontrolliert werden, um eine
unerwünschte Bildung von Kupferoxid zu verhindern, das durch Oxidation und Zersetzung von TTCHTS entsteht.
Das vorstehend beschriebene herkömmliche nasse Industrieverfahren geht auf ein älteres manuelles Verfahren, das auf
diesem Gebiet durchgeführt worden ist, zurück, bei dem gebrannter Kalk in einer Kupfersulfatlösung lediglich
gerührt wurde, um eine sofort einsetzbare fungizide Flüssigkeit zu erhalten. Von dieser alten Mischmethode
stammt die Bezeichnung "Bordeaux-Gemisch".
Das industrielle Naßverfahren zur Herstellung von Bordeaux-Pulver erfordert eine bedeutende und teuere Anlage zum
Mischen, anschließendem Filtieren und Trocknen, um das Wasser zu entfernen. Das Verfahren ist sehr energieaufwendig,
da praktisch das gesamte zugesetzte Wasser zur Durchführung der Reaktion in Lösung nach Beendigung der
Reaktion entfernt werden muß.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein neues Verfahren zur Herstellung der TTCHTS-Verbindung bereitzustellen, das
einfacher und weniger kostenaufwendig als das vorstehend genannte industrielle Naßverfahren ist, welches erhebliche
Mengen an Wasser zur Aufarbeitung der TTCHTS-Verbindung in wässriger Lösung benötigt.
Weiterhin soll durch die Erfindung ein neues Verfahren zur Herstellung der TTCHTS-Verbindung zur Verfügung gestellt
werden, mit dem die Zusammensetzung des Produkts geändert werden kann, um einen Bereich von Bordeaux-Gemisch-Typen
herzustellen, die nach der vorstehend erwähnten industriellen Naßmethode nicht herstellbar sind.
Nach der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung der TTCHTS-Verbindung bereitgestellt, welches dadurch gekennzeichnet
ist, daß man im trockenen Zustand ein Kupfersulfathydratsalz
mit entweder Calciumoxid oder -hydroxid vermischt, dieses trockene Gemisch einem Mahlen während
einer Reaktionszeit unterwirft, in der das TTCHTS-Reaktionsprodukt in Gegenwart von freiem Wasser gebildet wird,
das aus dem Kupfersulfathydrat während des Mahlens freigesetzt wird.
Nach der Erfindung wird die TTCHTS-Verbindung hergestellt, ohne daß vorher eine wässrige Kupfersulfatlösung zubereitet
wird, in der die Reaktion stattfindet, wobei die Erfindung
auf der überraschenden und nicht vorhersehbaren Feststellung beruht, daß die TTCHTS-Verbindung durch trockenes
Mahlen eines Gemischs eines Kupfersulfathydratsalzes sowie
entweder Calciumoxid oder Calciumhydroxid erhalten werden kann. Damit ist das erfindungsgemäße Verfahren erheblich
einfacher als das heutzutage durchgeführte nasse Verfahren und weniger aufwendig in bezug auf die Anlage und die
Betriebskosten.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann eine Endstufe nach dem trockenen Mahlen umfassen, in der das TTCHTS-Reaktionsprodukt
getrocknet wird, um den Feuchtigkeitsgehalt auf weniger als 4 % herabzusetzen.
Diese Endstufe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann nicht
wesentlich sein, wobei es von mehreren Faktoren abhängt, einschließlich des Kristallisationswassers, das in dem
ausgewählten Kupfersulfathydratsalz vorhanden ist und jedweder Wärme, die während der Reaktion und durch das
trockene Mahlen erzeugt wird.
Nach einem weiteren Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Kupfersulfathydratsalz mit einer stöchiometrischen
Menge entweder von Calciumhydroxid und -oxid vermischt.
Durch die Auswahl stöchiometrischer Mengen der trockenen
Zusätze bei der Verarbeitung wird das TTCHTS-Reaktionsprodukt ohne freies oder überschüssiges Kupfersulfat oder
entweder Calciumoxid oder -hydroxid gebildet. Diese Maßnahme ist dann von Bedeutung, wenn die verwendete TTCHTS-Verbindung
mit Wasser zu fungiziden Anwendungen vermischt wird und wenn eine Phytotoxizität, die durch hohe Kupfersulfatgehalte
entsteht, vermieden werden soll. In ähnlicher Weise
muß bei manchen Anwendungen ein Calciumüberschuß in Form
von gebranntem Kalk vermieden werden. Für die meisten agrochemischen Verwendungen ist es im allgemeinen erforderlich,
eine neutrale TTCHTS- Verbindung herzustellen.
Nach einem weiteren Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens
kann das Kupfersulfathydratsalz und entweder das Calciumoxid oder -hydroxid in Mengen miteinander vermischt
werden, die so gewählt werden, daß das TTCHTS-Reaktionsprodukt zusammen mit einem Überschuß von nicht miteinander
verbundenem Kupfersulfat oder Calciumoxid oder Calciumhydroxid vorliegt.
Nach diesem Merkmal könnne spezielle Formulierungen,
einschließlich der TTCHTS-Verbindung von Bordeauxgemischtypen hergestellt werden, die erforderlich sein können und
manchmal als Säure oder Alkali bezeichnet werden mit wählbaren freien Mengen an Kupfersulfat oder Calciumoxid
oder Calciumhydroxid. Diese speziellen Formulierungen sind manchmal erforderlich, und es ist nach dem industriellen
Naßverfahren nicht möglich, die TTCHTS-Verbindung zusammen mit Kupfersulfat herzustellen, da das Kupfersulfat in
Wasser löslich ist, das durch die Filtration entfernt wird. Nach dem erfindungsgemäßen trockenen Verfahren kann ein
vollständiger Bereich von Bordeauxgemischtypen, einschließlich TTCHTS, lediglich durch Auswahl der Menge der
trockenen Zusätze, die miteinander vermischt und dem trockenen Mahlen ausgesetzt werden, hergestellt werden.
Bisher konnten solche speziellen Formulierungen nur hergestellt werden, indem die trockene pulverförmige TTCHTS-Verbindung
mit Wasser angemacht wurde, wobei vor dem Sprühen oder dergleichen die zusätzliche Menge an Kalk oder
Kupfersulfat zugegeben wurde. Alternativ mußten solche Sonderformulierungen durch Anwendung des erwähnten herkömmlichen
manuellen Verfahrens hergestellt werden.
Das Kupfersulfat ist vorzugsweise das Pentahydrat (CuSO4.5H
«0), welches mit entweder Calciumhydroxid oder -oxid vermischt wird, um die Reaktionsformulierung des TTCHTS
während des trockenen Mahlens zu vervollständigen.
Das Kupfersulfatpentahydrat wird vorzugsweise mit Calciumoxid vermischt.
Es ist erkennbar, daß bei der industriellen Herstellung von
anorganischen chemischen Verbindungen auf Kupferbasis es keine Lehre gibt, nach der das Vermischen der trockenen
Zusätze miteinander und deren Unterwerfen unter die mechanischen und die Reibkräfte des Mahlens es erwarten
läßt, daß eine chemische Wechselwirkung stattfindet, die zu einer davon abgeleiteten chemischen Verbindung führt. Es
sind zahlreiche Untersuchungen und Forschungsergebnisse über chemische Reaktionen, die zwischen Calciumhydroxid und
Kupfersulfat in Lösung stattfinden, veröffentlicht worden, jedoch sind diese bekannten Arbeiten auf die Wirkung der
Ionen in Gegenwart von Wasser bei der Bildung der TTCHTS-Verbindung abgestellt. Das herkömmliche Naßverfahren
zur Herstellung von TTCHTS hat viele Jahre überlebt und, soweit bekannt, sind bisher keine Maßnahmen ergriffen
worden, das Verfahren zu ändern, abgesehen von Versuchen, die Anlageneffizienz zu erhöhen.
Um den bedeutenden Fortschritt, der durch das erfindungsgemäße
Verfahren erzielt wird, zu verstehen, ist es zweckmäßig, auf das herkömmliche Naßverfahren einzugehen, wie es
gegenwärtig industriell durchgeführt wird. Bei diesem Naßverfahren wird, um etwa 582 kg TTCHTS zu erhalten,
eingangs eine Gesamtwassermenge für das Verfahren von 4700 1 verwendet, das den trockenen Zusätzen zugegeben wird. 150
kg Calciumhydroxid werden in 2000 1 Wasser suspendiert und 675 kg Kupfersulfatpentahydrat werden in 2700 1 Wasser
gelöst. Durch die Reaktion werden TTCHTS und zuätzlich 243 1 Wasser erhalten, das aus dem Kupfersulfatpentahydrat
freigesetzt wird. Das Gewicht/Volumen-Verhältnis des suspendierten Feststoffs der TTCHTS-Verbindung beträgt lediglich
11,8 %, wobei dieser Feststoff aus dem Wasser gewonnen und getrocknet werden muß. Bei einem Verfahren ist eine
Filtationsstufe vorgesehen, bei der ein umlaufender Bandfilter verwendet wird, von dem die Feststoffe in Form eines
nassen Schlamms mit etwa 60 % Feuchtigkeit entfernt werden.
Der Schlamm wird dann durch einen kontinuierlichen Bandtrockner getrocknet. Nach einem anderen Verfahren wird eine
Sprühtrockentechnik eingesetzt, bei der die suspendierten Feststoffe und die Flüssigkeit in eine Kammer gesprüht
werden, wobei das Wasser durch Schnellverdampfung entfernt und die Feststoffe in einem Silo oder dergleichen gesammelt
werden. In jedem Falle ist während der Trockungsstufe eine spezielle Kontrolle der Temperatur und der Atmosphäre
erforderlich, um eine Oxidation des TTCHTS zu vermeiden.
Demgemäß ist bei dem Naßverfahren der bestimmende Faktor für den Betrieb und die Effizienz der Anlage das ursprüngliche
Wasser, daß für die Naßverarbeitung erforderlich ist, und die Entfernung sowohl des ursprünglichen wie des
zusätzlich freigesetzten Wassers.
Die vorliegende Erfindung geht in eine völlig neue Richtung und auf Feststellungen zurück, die von verschiedenen
Versuchen herrühren, die nun erläutert werden.
Nach dem Naßverfahren besteht folgende chemische Reaktion zur TTCHTS-Herstellung:
4CuSO4.5H2O + 3Ca(OH)2 = CuSO4.3Cu(0H)23CaS04+20 H2O
Die TTCHTS-Verbindung enthält kein Kristallisationswasser,
wobei das zusätzliche Wasser, das während der Naßreaktion freigesetzt wird, lediglich durch Filtration entfernt wird.
Die molekulare Zusammensetzung des TTCHTS kann über mehrere andere Reaktionswege hergeleitet werden, die auf theoretischen
Reaktionsgleichungen beruhen, die auf der Verwendung von Kupfersulfatsalzen und stöchiometrischen Mengen von
Calciumoxid oder Calciumhydroxid basieren. Was nicht bekannt und vorhersehbar war, ist die Tatsache, ob
irgendeine Reaktion stattfindet, wenn das Kupfersalz nicht in Lösung vorliegt, oder ob Wasser überhaupt erforderlich
ist.
Die Versuche wurden durchgeführt, indem zusammen stöchiometrische
Mengen eines ausgewählten Kupfersulfatsalzes und entweder Calciumoxid oder Calciumhydroxid zugesetzt wurden,
um ein trockenes Gemisch zu bilden, welches nach sorgfältigem Mischen einem Trockenmahlvorgang unterworfen wurde, bei
dem die vermischten Zusätze mechanischen und Reibungskräften des Mahlens ausgesetzt wurden, wobei während der
Mahlperiode Untersuchungen durchgeführt wurden, um festzustellen, ob irgendeine Reaktion stattfindet. Die untersuchte
Mahlperiode wurde auf 48 Stunden als längste praktische Grenze, die für ein industrielles Verfahren akzeptierbar
ist, begrenzt. Jeder Versuch und die erhaltenen Resultate sind in bezug auf die theoretische Reaktionsgleichung und
die stöchiometrischen Mengen nachstehend angegeben.
Versuch 1
4CuSO4 + 3Ca(OH)2 = CuS043Cu(0H)23CaS04
638,4 + 222,24 = 860,64
638,4 + 222,24 = 860,64
Es wurde keine Reaktion oder Veränderung nach 48-stündigem
Mahlen festgestellt.
Versuch 2
4CUSO4-H2O + 3Ca(OH)2 = CuS043Cu(0H)23CaS04 + 4Η£0
710,4 + 222,24 =860,64 + 72
Es wurde keine Reaktion oder Veränderung nach 48-stündigem Mahlen festgestellt.
Versuch 3
4CuSO4-H2O + 3CaO = CuS043Cu(0H)23CaS04+H20
710,4 + 168,24 = 860,64 + 18
Es wurde keine Reaktion oder Veränderung nach 48-stündigem Mahlen festgestellt.
Versuch 4
4CuSO4.5H2O + 3Ca(OH)2 = CuS043Cu(0H)23CaS04+20H20
998,40 + 222,24 = 860,64 + 360
Es wurde eine langsame Reaktion während des Mahlens festgestellt und eine grüne körnige TTCHTS-Verbindung
während 48 Stunden gebildet.
Versuch 5
4CUSO4.5H2O + 3 CaO = CuS043Cu(0H)23CaS04+17H20
998,40 + 168,24 = 860,64 + 306
998,40 + 168,24 = 860,64 + 306
Es wurde eine Reaktion während des Mahlens festgestellt und diese war schneller als bei dem Versuch 4. die grüne
körnige TTCHTS-Verbindung wurde während 48 Stunden gebildet .
Aufgrund der vorstehenden Ergebnisse der erwähnten Versuche war es überraschend, herauszufinden, daß es eine Reaktion
zur Bildung von TTCHTS bei den in den Versuchen 4 und 5 genannten Beispielen gab, während keine Reaktion bei den
anderen Gemischen der Versuche 1, 2 und 3 festgestellt wurde, die theoretisch zur Herstellung von TTCHTS in der
Lage sind, wenn die Reaktion in einem trockenen Zustand durchführbar ist.
Eine belegbare Erklärung für diesen Unterschied gibt es nicht, jedoch wurde aufgrund dieser Versuche eine Hypothese
entwickelt, die sich auf die Gegenwart des Kristallisationswassers
des Kupfersulfatsalzes bezieht sowie auf dessen Freisetzung aus dem Salz, wenn das trockene Gemisch
einem Mahlen unterworfen und dadurch dem Gemisch Energie zugeführt wird. In dem wasserfreien Kupfersulfat des
Versuchs 1, bei dem keine Reaktion festgestellt wurde, ist kein Kristallisationswasser vorhanden. Sowohl bei dem
erfolgreichen Versuch 4 wie dem erfolgreichen Versuch 5, bei denen Kupfersulfatpentahydrat eingesetzt wird, ist es
möglich, daß das Mahlen dazu führt, daß das Pentahydrat beginnt, Wasser abzugeben, d. h. zuerst die am schwächsten
gebundenen Wassermoleküle, welches mit dem Calciumoxid oder
-hydroxid mit anschließender exothermer Wirkung reagiert,
wobei die Temperatur erhöht wird, so daß das nächste am schwächsten gebundene Wassermolekül zur weiteren Reaktion
und unter einem exothermen Effekt dann freigesetzt wird. Dieser Verlust des Kristallisationswassers des Kupfersulfatpentahydrats
kann sich fortsetzen, bis sämtliche 5 Wassermoleküle freigesetzt worden sind, um die Reaktion mit
dem Calciumoxid oder -hydroxid unter Bildung von TTCHTS zu vervollständigen.
Obgleich bei den Gemischen der Versuche 2 und 3 Kristallisationswasser
vorhanden ist, ist es wahrscheinlich, daß die Anfangsenergieniveaus, die bei den Mahlversuchen erhalten
wurden, nicht ausreichen, um die Bindung der Wassermoleküle zu lösen, so daß aus diesem Grund keine Reaktion abläuft.
Aus diesen Gründen hat es den Anschein, daß, wenn das trockene Verfahren funktionieren soll, um die Reaktion zu
erhalten, die zur TTCHTS-Bildung erforderlich ist, das Kupfersulfatsalz als ein Hydrat vorliegen und das Mahlen
ausreichend sein muß, um die Freisetzung des Wassers aus dem Kupfersulfatsalz herbeizuführen.
Weitere Versuche, die auf dem Gemisch des Versuchs 5 basieren, sind durchgeführt worden, wobei festgestellt
wurde, daß die Reaktion während des energiereichen trockenen Mahlens in etwa 30 Minuten vervollständigt werden kann.
Das energiereiche trockene Mahlen führt genügend Energie in das Gemisch ein, um die Reaktion in Gang zu setzen. Wenn
die Reaktion einmal gestartet ist, wird sie exotherm weitergeführt. Erhebliche Dampfmengen treten aus dem
Gemisch aus, wenn das Kristallisationswasser während der Reaktion freigesetzt wird. Eine Kontrolle der Reaktionsgeschwindigkeit
oder der Geschwindigkeit der Temperaturerhöhung während der exothermen Reaktion kann unter bestimmten
Umständen erforderlich sein.
Die TTCHTS-Verbindung wird als harte feste Masse gebildet, wenn sie nicht während der energiereichen und exothermen
Reaktion zerkleinert wird. Das Mahlen und Mischen muß demgemäß während der Reaktion fortgesetzt werden, um
sicherzustellen, daß kein Wasser oder Wasserdampf in Taschen, die in dem Gemisch gebildet werden, eingeschlossen
wird, welches später kondensieren kann, um das TTCHTS unter Bildung einer breiähnlichen Verbindung mit einem unerwünscht
hohen Feuchtigkeitsgehalt zu lösen.
Das fortgesetzte Mahlen und Mischen stellt ebenfalls sicher, daß für die gesamte Mischung die Reaktion vervollständigt
wird, indem ein entsprechender inniger Kontakt zwischen den Zusätzen des Gemischs während der Reaktion und
der Mahlzeit aufrechterhalten wird.
Der Feuchtigkeitsgehalt des TTCHTS-Produkts muß ferner kontrolliert werden, und obgleich das Produkt in einem
trockenen Zustand hergestellt wird, wird Wasser während der Reaktion freigesetzt, wie vorstehend erläutert. Wie den
Formeln bezüglich der Versuche 4 und 5 entnommen werden kann, wird eine Wassermenge freigesetzt, die rechnerisch
29,5 bzw. 26,3 Gewichtsprozent der Verbindung entspricht. Diese Feuchtigkeit kann während der Reaktion, wie vorstehend
erwähnt, entfernt werden, sollte jedoch auf weniger als 4 % im Endprodukt herabgesetzt werden.
Demgemäß kann eine Feuchtigkeit von mehr als 4 % aus der TTCHTS-Verbindung in geeigneter Weise entfernt werden.
Dieses Trocknen kann in der Mühle durchgeführt werden, indem eine geeignete Extraktion in der Mühle durchgeführt
wird, um Wasserdampf zu entfernen, während die Verbindung warm ist. Zusätzlich oder alternativ kann die TTCHTS-Verbindung
aus der Mühle entfernt und auf einem Bandtrockner
oder einem Förderband getrocknet werden. Die TTCHTS-Verbindung, die nach dem erfindungsgemäßen trockenen Verfahren
der vorstehenden Versuche hergestellt und als Fungizid anwendbar ist, ist neutral, wobei sie kein freies Kupfersulfat
enthält, das nicht während der Reaktion umgesetzt wurde. Dafür ist es von Bedeutung, daß das Gemisch der
beiden Bestandteile in stöchiometrischen Mengen vorliegt, um die Reaktion zu beenden. Der Grund dafür besteht darin,
daß, wenn die TTCHTS-Verbindung als Fungizid eingesetzt und Wasser zugesetzt, wird, der Kupfergehalt in dem Wasser
kontrolliert werden muß, um eine Phytotoxizität bezüglich der besprühten oder behandelten Nutzpflanzen zu vermeiden.
Bei dem nassen Verfahren ist diese sorgfältige Kontrolle der Mengen des Kupfersulfates und des Kalks nicht wesentlich,
wobei die durchgeführte Kontrolle lediglich erforderlich war, um Kupfersulfat in der Lösung zu vermeiden,
welche während der Filtration der Feststoffe entfernt wurde. Trotzdem ist es nach der erfindungsgemäßen trockenen
Methode möglich, die trockenen Bestandteile in anderen ausgewählten Mengen als den stöchiometrischen Mengen zu
mischen, um die TTCHTS-Verbindung mit einem bewußten Überschuß an Kupfersulfat oder Calciumhydroxid oder Calciumoxid
zu erhalten. Auf diese Weise kann ein Bereich von Bordeaux-Gemischtypen durch ein einziges einfaches Herstellungsverfahren
erreicht werden, um spezifische Eigenschaften für mögliche Anwendungen in Suspension oder Lösung in
Wasser zu erhalten.
Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß, wenn das erfindungsgemäße trockene Verfahren zur Herstellung verwendet wird,
sämtliche Probleme, die mit dem herkömmlichen industriellen nassen Verfahren und dessen erheblichen Kosten zusammenhängen,
vermieden werden.
Claims (6)
1. Verfahren zur Herstellung von Tricalcium-tetra-kupferhexahydroxid-tetra-sulfat
(hier als TTCHTS abgekürzt und sonst als Bordeaux-Pulver bekannt), dadurch gekennzeichnet, daß man im trockenen Zustand ein
Kupfersulfathydratsalz mit entweder Calciumoxid oder -hydroxid mischt, das trockene Gemisch einem
Mahlen während einer Reaktionszeit unterwirft, in der das TTCHTS-Reaktionsprodukt in Gegenwart freien
Wassers gebildet wird, das während des Mahlens aus dem Kupfersulfathydratsalz freigesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen weiteren Endbearbeitungsschritt nach dem trockenen
Mahlen, bei dem das TTCHTS-Reaktionsprodukt getrocknet wird, um den Feuchtigkeitsgehalt auf
weniger als 4 % herabzusetzen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupfersulfathydratsalz ein Pentahydrat
ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupfersulfatpentahydrat mit Calciumhydroxid
vermischt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupfersulfatpentahydrat mit Calciumoxid
vermischt wird.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupfersulfathydratsalz mit einer
stöchiometrischen Menge von entweder Calciumoxid oder -hydroxid vermischt wird.
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