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Herstellung von Phosphorsauerstoffverbindungen Es ist bekannt, daß
die >.Überführung von gelbem Phosphor und von Phosphorverbindungen, wie Phosphorwasserstoffe,
Phosphorsulfide und andere sauerstofffreie Phosphorverbindungen, in Phosphorsauerstoffverbindungen
schwierig ist. In sauerstoffhaltigen Gasen verbrennt z. B. gelber Phosphor unter
intermediärer Bildung von rotem Phosphor, der sich zum großen Teil der Verbrennung
entzieht und entweder die Ausbeute an Phosphorsauerstoffverbindungen vermindert
oder aber nur unter Einhaltung besonderer, apparativ schwer erfüllbarer Bedingungen
zur Umsetzung zu bringen ist. Außerdem ist die Regelung der Luftzufuhr bei der Verbrennung
dadurch sehr erschwert, daß der gelbe Phosphor wegen seiner relativniedrigen Verdampfungs-
und hohen Verbrennungswärme außerordentlich rasch verdampft, so daß infolge ungleichmäßigen
Luftzutrittes leicht Phosphoroxyde verschiedener Oxydationsstufen nebeneinander
entstehen. Auch die an der Oberfläche des verbrennenden Phosphors entstehenden Häute
von schwerflüchtigen Phosphoroxyden wirken störend auf den Verbrennungsvorgang ein.
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Die meisten der bisher bekannt gewordenen Vorschläge zur kontinuierlichen
Verbrennung von gelbem Phosphor beheben diese Schwierigkeiten nur unvollkommen.
Ein Docht z. B., den man gemäß einem bekannten Verfahren mit geschmolzenem weißem
Phosphor speist, verstopft sich binnen kurzem durch roten Phosphor. Ebensowenig
gestatten andere bekannteBrennerkonstruktionen eine geregelte störungsfreie Verbrennung.
Man hat deshalb vorgeschlagen, um die an den Verbrennungsvorrichtungen auftretenden
Störungen zu vermeiden, den Phosphor zunächst in Dampfform überzuführen und ihn
als Dampf zu verbrennen. Hierbei ergibt sich der Nachteil, daß bei der Destillation
des Phosphors der in ihm stets enthaltene oder während des Verdampfungsvorganges
entstehende rote Phosphor ohne Schädigung derDestillationsapparaturnicht verflüchtigt
werden kann und die Destillierblase verkrustet. Die Ansätze von rotem Phosphor behindern
die Wärmeübertragung, und ihre Beseitigung ist bei den bekannten Eigenschaften des
Phosphors eine gefahrbringende Aufgabe.
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Bei der direkten Verbrennung von Phosphordampf, wie er bei der bekannten
thermischen Reduktion von Phosphaten mit Kohle mit oder ohne Zusatz von Kieselsäure
in elektrischen Öfen oder in Schachtöfen im Gemisch mit kohlenoxydhaltigen Gasen
gewonnen wird, fallen die genannten Schwierigkeiten weg.
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Die gemeinsame Verbrennung des Phosphordampfes mit den Ofengasen bringt
aber wärmeökonomisch den Nachteil mit sich, daß der Heizwert der Ofengase nutzlos
vernichtet wird, denn die Verwendung der Verbrennungsgase zu Heizzwecken verbietet
sich wegen der zerstörenden Wirkung der Oxydationsprodukte des Phosphors auf die
zu beheizenden Apparate. Man muß also bei einem Phosphorhochofen, aus dem der Phosphor
als Dampf mit dem Gichtgas austritt, auf die übliche Winderhitzung nach dem Regenerativ-
oder Rekuperativprinzip
verzichten, wenn man das Gichtgas zusammen
mit dem Phosphordampf verbrennt.
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Außerdem erfordert die Abscheidung der Verbrennungsprodukte des Phosphors,
die wegen ihrer außerordentlich feinen nebelförmigen Verteilung schwer niederzuschlagen
sind, Gasreinigungsvorrichtungen großer Dimension.
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Nach dem Verfahren der Erfindung können die geschilderten Übelstände
leicht vermieden werden, wenn man den Phosphor oder die verbrennlichen Phosphorverbindungen
unter Zuhilfenahme einer Hilfsflamme verbrennt, die beliebig erzeugt werden kann,
wobei der Phosphor oder die verbrennlichen Phosphorverbindungen der Flamme in einer
derartigen Menge zugeführt werden, daß sie in an sich bekannter Weise mit den Verbrennungsprodukten
der Flamme, wie gebildeter Wasserdampf oder Kohlensäure, oder ebenso mit den erforderlichenfalls
im Überschuß zugeführten sauerstoffhaltigen Gasen oderStoffen (H20, CO.)
zu den gewünschten Phosphorsauerstoffverbindungen oxydiert werden. Dürch die in
der Hilfsflamme herrschende hohe Temperatur wird eine restlose Verdampfung und gleichmäßige
Verbrennung des Phosphors ermöglicht, während die zur Verteilung des Phosphors oder
der Phosphorverbindungen benutzten Verteilungsorgane der Wärmewirkung der Flamme
durch passende Anordnung in -bestimmter Entfernung entzogen werden können, Eine
Störung des Verdampfungsvorganges oder eine Herabsetzung der Wirksamkeit der Verteilungsorgane
durch Bildung von rotem Phosphor ist daher leicht zu vermeiden.
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Bei der Erzeugung des Phosphors im Hochofen kann man bei Anwendung
dieses Verfahrens das gesamte Gichtgas für Heizzwecke nutzbar machen, indem man
den Phosphordampf aus dem Gichtgas zunächst kondensiert und ihn sodann in der Hilfsflamme
verbrennt. Zur Erzeugung dieser Flamme kann man vorteilhaft einen Teil des phosphorhaltigen
Gichtgases vor der Kondensation abzweigen und den kondensierten Phosphor in dieser
Flamme verbrennen. Da das Volumen des für die Unterhaltung der Flamme benötigten
Gases gegenüber dem Volumen des Gichtgases sehr klein gewählt werden kann, wird
durch die Kapazität der für die Abscheidung der Verbrennungsprodukte des Phosphors
benötigten Gasreinigungsapparatur viel kleiner als im Falle der Verbrennung des
gesamten Gichtgases.
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Für die Erzeugung der Flamme lassen sich alle brennbaren Stoffe verwenden,
deren Verbrennung durch geeignete sauerstoffhaltige Stoffe oder Stoffgemische unterhalten
werden kann. Man kann also z. B. in Brennern bekannter Art brennbare Gase, wie Leuchtgas,
Generatorgas oder Gichtgas, oder brennbare Dämpfe, z. B. Benzin-, Benzoldämpfe usw.,
oder Gemische brennbarer Gase und Dämpfe, wie benzolhaltiges Steinkohlengas, mit
Luft von normalem oderangereichertemSauerstoffgehaltverbrennen. Auchmit flüssigen
oder festen brennbaren Stoffen läßt sich die Hilfsflamme in Brennern bekannter Art,
wie Ölbrenner oder Kohlenstaubbrenner, erzeugen.
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Die Einführung des Phosphors oder der Phosphorverbindungen in die
Flamme kann in beliebiger Weise erfolgen. Liegen der Phosphor oder die Phosphorverbindungen
als Dampf oder als Gas vor, so kann man sie unmittelbar in die Flamme einführen.
Flüssigen Phosphor oder flüssige Phosphorverbindungen oder Suspensionen und Lösungen
von Phosphor oder Phosphorverbindungen in Flüssigkeiten kann man unmittelbar in
die Flamme einspritzen oder unter Vernebelung einblasen, wobei zur Vernebelung vorteilhaft
beliebige brennbare Gase oder Dämpfe, Nebel usw. verwendet werden können. Ebenso
verfährt man mit festen Phosphorverbindungen.
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Die Zuführung des Phosphors oder der Phosphorverbindungen kann an
einem beliebigen Punkte der Flamme erfolgen; notwendig ist hierbei, daß man für
den erforderlichen Überschuß sauerstoffhaltiger oder sauerstoffabgebender Stoffe
in der Umgebung der Flamme Sorge trägt.
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Will man elementaren Phosphor, der in fester oder suspendierter Form
vorliegt, verbrennen, so führt man ihnvorteilhaftzunächst, gegebenenfalls mitsamt
dem Dispersionsmittel, in Dampfform über und leitet das Dampfgemisch zur oder in
die Flamme. Man kann den Phospor oder die Phosphorverbindungen auch mit brennbaren
Ölen mischen oder darin suspendieren und das Gemisch oder die Suspensionen in Ölbrennern
bekannter Art verbrennen. Man kann den Phosphor oder die Phosphorverbindungen ferner
in hocherhitzte, vorteilhaft mit hitzebeständigem Material ausgestellte Räume einfließen
lassen oder darin einspritzen oder an hocherhitzten Flächen verdampfen oder vernebeln,
so daß sie ohne Hinterlassung von rotem Phosphor vollkommen verdampfen. Dabei benutzt
man vorteilhaft die Gesamtmenge oder einen Teilstrom der brennbaren, vorher hocherhitzten
Stoffe zur Verdampfung des Phosphors oder der Phosphorverbindungen und zum Transport
der Dämpfe zur Flamme. Den Verdampfungsraum kann man in bekannter Weise als Rekuperator
oder Regenerator ausbilden, wobei man die Beheizung indirekt derart vornehmen kann,
daß man hitzebeständige Füllkörper beispielsweise von Kugelform außerhalb des Verdampfungsraums
hoch erhitzt und sie in festem Zustande durch den beispielsweise schachtförmigen
Verdampfungsraum hindurchführt. Als Verdampfungsraum hat sich auch ein Drehrohr,
in das man den Phosphor zweckmäßig kontinuierlich einlaufen läßt oder einspritzt,
als brauchbar erwiesen.
Liegt der Phosphor, wie es bei dem Kondensat
aus den Gichtgasen von Schachtöfen der Fall ist, als nasser Schlamm, gemischt mit
Flugstaub, vor, so eignet sich zur Verdampfung des Phosphors vorzugsweise ein Generator,
auf dessen glühende Kohleschicht man den Phosphorschlamm auftropfen läßt. Man heizt
dabei die Kohleschicht in bekannter Weise durch Einblasen von Wasserdampf und Luft
oder durch eine Zusatzfeuerung auf, die man mit Licht-oder Generatorgas und überschüssiger
Luft betreibt. Das dem Generator entströmende Gas, dessen Phosphorgehalt man je
nach der Temperatur und der eingetragenen Phosphormenge beliebig bemessen kann,
wird erforderlichenfalls unter Zwischenschaltung einer Reinigungsvorrichtung zwecks
Abscheidung des Generatorstaubes der Flamme zugeleitet. Die dem Phosphorschlamm
beigemengten unverbrennlichen Bestandteile gehen in die Generatorschlacke.
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Als Verbrennungsprodukte der Flamme erhält man je nach der Art der
verwendeten brennbaren Stoffe Phosphoroxyde oder Phosphorsäure. Bei hoch wasserstoffhaltigen,
brennbaren Stoffen fallen die Phosphoroxyde als Phosphorsäuren an, und man hat es
durch Regelung der zur Verbrennung kommenden Mengen von Phosphor und brennbaren
Stoffen vollkommen in der Hand, Phosphorsäuren beliebiger Konzentration zu erzeugen.
Man kann die Konzentration der Säuren auch durch Einführung von Wasserdampf oder
von fein verteiltem Wasser vor, in oder hinter die Flamme nach Belieben regeln.
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Die Abscheidung der Verbrennungsprodukte erfolgt in bekannter Weise
z.B. durch Auswaschen mit Flüssigkeiten, durchElektrofilter oderStaubsäcke usw.