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Herstellung von Phosphorpentoxyd Gegenstand der Erfindung ist ein
Verfahren, das gestattet, Metallphosphorverbindungen,insbesondere Ferrophosphor,
wie sie aus natürlichen Rohphosphaten, z. B. Tricalciumphosphat, Aluminiumphosphat
usw., durch Erhitzen mit Metalloxyden, z. B. Eisenoxyd und Kohle, gewonnen werden
können, unmittelbar in Phosphorsäure überzuführen.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß man das Metallphosphid
mit einer Verbindung, welche Sauerstoff z. B. in Form eines Oxyds, Hydroxyds, Carbonats
oder eines sonstigen Säureradikals in Verbindung mit einem Metall oder Metalloid,
wie Eisen, Kupfer, Chrom, Silicium, Titan, enthält, das fähig ist, sich mit dem
Metall der Metallphoyhorverbindung zu vereinigen, oder auch mit einer solchen sauerstoffhaltigen
Verbindung des im Phosphid enthaltenen Metalles selbst auf höhere Temperaturen,
z. B. bei Anwendung von Ferrophosphor vorzugsweise auf solche oberhalb 160o bis
1700', erhitzt, wobei sich der Sauerstoff der sauerstoffhaltigen Verbindung mit
dem Phosphor des Phosphids zu Phosphorpentoxyd vereinigt, das in Dampfform entweicht
und als solches in bekannter Weise aufgefangen oder durch Vereinigung mit Wasser
usw. in Phosphorsäure oder Phosphate übergeführt werden kann. Die Umsetzung verläuft
z. B. bei Verwendung von Ferrophosphor und Kieselsäure etwa nach der Gleichung:
1. q.Fe2P+5Si02=8Fe-5Si+2P205. Das im Ferrophosphor enthaltene Eisen gewinnt man
hierbei in Form von wertvollem Ferrosilicium. Ebenso kann man bei 'Anwendung der
Sauerstoffverbindungen oder Phosphorverbindungen oder Sauerstoff- und Phosphorverbindungen
anderer Metalle Verbindungen beliebiger, gegebenenfalls auch mehrerer Metalle miteinander
erhalten, z. B. bei der Vereinigung von Ferrophosphor mit Titansäure, Wolframsäure,
Chromoxyd oder den Oxyden oder sonstigen Sauerstoffverbindungen beliebiger anderer
Metalle, Ferrotitan, Ferrowolfram, Ferromangan, Ferrochrom u. dgl., etwa nach den
Gleichungen 2. q. Fe2P -;- 5 TiO2 = (8 Fe + 5 Ti) + P205, 3. 6 Fe2P + 5 W03 = (12
Fe + 5 W) +3P205, q.. 6 Fe, P + 5 Cr. 0, = (z2 Fe + to Cr) + 3 P,0,-Wendet
man an Stelle von Ferrophosphor ein Phosphid eines anderen Metalles, z. B. Phosphorkupfer,
Phosphormangan, Phosphornickel usw., an, so erhält man in der beschriebenen Weise
die Verbindungen dieser Metalle mit den angewendeten Sauerstoffträgern, also
in
den oben beispielsweise angeführten Fällen mit Silicium, Titan, Wolfram und Chrom.
Man kann aber natürlich auch gleichzeitig mehrere Metalle oder sonstige geeignete
Elemente, wie Bor, als Träger des Sauerstoffs oder des Phosphors oder des Sauerstoffs
und Phosphors zur Umsetzung bringen, wodurch eine ganz unbegrenzte Anzahl von Möglichkeiten,
sowohl hinsichtlich der Art wie hinsichtlich der Zahl der Komponenten gegeben ist.
Der außerordentliche Vorteil des neuen Verfahrens liegt darin, daß es einfach durch
passende Wahl der Ausgangsstoffe, z. B. in der in allen Fällen bequem zugänglichen
Form ihrer Oxyde oder sonstigen oxydischen Verbindungen, in einem und demselben
Arbeitsgang, unter restloser Ausnutzung aller der Umsetzung zugeführten Bestandteile
und ohne besonderen Aufwand an Wärmeenergie die Herstellung von wertvollen Legierungen
bzw. von Verbindungen der verschiedensten Metalle oder metallähnlichen Stoffe miteinander
als Nebenprodukte der Phosphorsäureherstellung gestattet, die auf anderem Wege vielfach
nur schwierig durch Vereinigung ihrer einzelnen fertigen Bestandteile in flüssiger
Form und unter hohem Aufwand an Wärmeenergie und sonstigen Herstellungskosten erhältlich
sind.
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Aber auch vom Gesichtspunkt der Phosphorsäureherstellung aus bietet
das beschriebene Verfahren erhebliche Vorteile. Gegenüber dem bekannten Abtreiben
des Phosphors in Form von P205 aus Rohphosphaten, z. B. Tricalciumphosphat, unter
Zuschlag freier Kieselsäure und Kohle, wird nach dem neuen Verfahren das Silicium
der zugesetzten Kieselsäure in Form einer wertvollen Metallegierung nutzbar gemacht.
Die Abscheidung bzw. Gewinnung des entweichenden Phosphorpentoxyds ist erleichtert,
da es nicht, wie bei den bekannten Verfahren, durch Ofengase verdünnt ist. Auch
können infolge des Wegfalls der Ballaststoffe und des geringeren Volumens der umgesetzten
Massen bei dem neuen Verfahren in einem Ofen von bestimmten Abmessungen in derselben
Zeit größere Mengen von Phosphorsäure gewonnen werden.
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Gegenüber den bekannten Verfahren, bei denen aus Rohphosphaten durch
Erhitzen unter Zuschlag von Kohle der Phosphor in elementarer Form abgetrieben wird,
bietet das neue Verfahren vor allem den Vorteil des Wegfalls der Dämpfe von elementarem
Phosphor, welche bei den Ofentemperaturen auf die Auskleidung des Ofens stark reduzierend
und korrodierend einwirken.
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Bringt man mit den Metallphosphiden an Stelle der Sauerstoffverbindung
eines anderen Metalles eine solche desselben Metalles zur Umsetzung, so kann man
erfindungsgemäß neben der in Freiheit gesetzten Phosphorsäure das betreffende Metall,
gegebenenfalls im Zustande hoher Reinheit, insbesondere frei von Kohlenstoff, erhalten.
Dieses Verfahren bietet besondere Vorteile für die Herstellung von aus ihren z.
B. oxydischen Verbindungen durch Reduktion mit Kohlenstoff nur schwer und insbesondere
nicht frei von Kohlenstoff erhältlichen Metallen.
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Die Durchführung der Umsetzungen nach der Erfindung erfolgt vorteilhaft
derart, daß ein Gemisch der Reaktionskomponenten, z. B. ein Gemisch von Ferrophosphor
mit Kieselsäure, Titansäure u. dgl., v z. B. im elektrischen Ofen auf eine etwa
16oo bis 17oo ° übersteigende Temperatur erhitzt wird. Das entweichende Phosphorpentoxyd
wird in bekannter Weise als solches aufgefangen oder mit Wasser zu Phosphorsäure
umgesetzt. Das im Ofen verbleibende Metall, z. B. Ferrosilicium, Ferrotitan, Ferrochrom
u. dgl., wird abgestochen.
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Die als Sauerstoffträger verwendeten Metalle oder Metalloide können
in beliebiger Oxydationsstufe bzw. mit beliebigem Sauerstoffgehalt, z. B. als Oxydul,
Oxyduloxyd, Oxyd usw., und die als Träger des Phosphors verwendeten Metalle können
mit beliebigem Phosphorgehalt zur Verwendung kommen. Außer den bereits genannten
Reaktionskomponenten können noch beliebige Metalle, und zwar sowohl in den eigentlichen
Reaktionskomponenten bereits enthaltene als auch andere Metalle oder Metallverbindungen,
gegebenenfalls zwei oder mehrere solcher Zusatzstoffe, als nicht am eigentlichen
Umsetzungsvorgang teilnehmende, lediglich zur Regelung der Zusammensetzung der metallischen
Endprodukte dienende Zusatzstoffe, dem Reaktionsgemisch zugegeben werden. Beispiele
i. Ein Gemisch von ioo Teilen Eisenphosphor mit 210/, Phosphor wird mit 75 Teilen
Quarz-. Sand im elektrischen Ofen bei 18oo ° heruntergeschinolzen. Der Siliciumgehalt
des ausgebrachten Ferrosiliciums beträgt etwa 3o0/" 2. Ein Gemisch von ioo Teilen
Eisenphosphor mit 2101, Phosphor wird mit 86 Teilen Chromoxyd im elektrischen
Ofen bei 1750' eingeschmolzen. Der Chromgehalt des ausgebrachten Metalls
beträgt 41 %.
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3. Ein Gemisch von ioo Teilen Eisenphosphor wird mit 131 Teilen Wolframsäure
(W03) bei 18oo ° heruntergeschmolzen. Der Wolframgehalt des ausgebrachten Ferrowolframs
beträgt etwa 6o0/" q.. iooTeile Eisenphosphor mit 21o/oPhosphor werden zusammen
mit 86 Teilen Chromoxyd im elektrischen Ofen bei 18oo ° eingeschmolzen unter Zufügung
von ioz Teilen Eisenschrott zur Regulierung des Chromgehaltes der erzeugten
Eisen-Chrom-Legierung.
Der Chromgehalt der Legierung beträgt 25 "/o.
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5. iooTeileEisenphosphor mit 21 "/,Phosphor werden zusammen mit 81o
Teilen Wolframsäure und 28 Teilen Titanoxyd bei i8oo ° im elektrischen Ofen heruntergeschmolzen.
Die erzeugte Eisen-Wolfram-Titan-Legierung enthält 4o "/o Wolfram und io "/,Titan.