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Verfahren zur Herstellung von Phosphaten aus Metalloxyden und Metallsalzen
Die nachstehend beschriebene Erfindung betrifft die Herstellung von Phosphaten aus
Metalloxyden und Metallsalzen, ausgenommen Metaphosphate und Tricalciumphosphat,
durch Umsetzung mit Phosphorpentoxyd. Sie besteht darin, daß elementarer Phosphor
zu Phosphorpentoxyd verbrannt und dieses in Gas- oder Dampfform auf die Oxyde oder
Salze zur Einwirkung gebracht wird, wobei die bei der Verbrennung des Phosphors
entstehende Wärme zur Aufrechterhaltung einer so hohen Temperatur ausgenutzt wird,
daß eine Hydratisierung der entstehenden Phosphate nicht eintreten kann. Um dies
zu erzielen, läßt man die Verbrennungsprodukte des Phosphors möglichst unmittelbar
nach ihrer Entstehung auf die Oxyde oder Salze einwirken.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden, Phosphate durch Einwirkung von
Phosphorpentoxyd auf Metallsalze in der Hitze darzustellen. Diese bekannten Verfahren
wurden indessen bei Temperaturen durchgeführt, die unterhalb der Hydratisierungstemperatur
der entstehenden Phosphate liegen, und führten in Gegenwart von Wasserdampf zu sauren
Ortho- oder Pyrophosphaten. Von diesen bekannten Verfahren unterscheidet sich die
Erfindung durch Einhaltung einer so hohen Umsetzungstemperatur, daß eine Hydratisierung
der entstehenden Phosphate nicht erfolgt. Unter diesen Bedingungen entstehen auch
in Gegenwart von Wasserdampf niemals saure Phosphate, und es können so verschiedenartige
Metallphosphate gewonnen werden bis zu einem Phosphorsäuregehalt, der den der Metaphosphate
erreicht oder sogar erheblich darüber liegt. Es gelingt demnach auf diesem Wege,
neue Phosphate mit einem bisher unerreicht hohen Gehalt an Phosphorsäure aus den
entsprechenden Metalloxyden oder Metallsalzen unmittelbar herzustellen. Als Ausgangsmaterial
dienen die Oxyde, Hydroxyde oder Salze der Metalle, ausgenommen Metaphosphate und
Tricalciumphosphat; insbesondere können nach dem Verfahren Alkali- und Erdalkaliphosphate
in einfachster Weise gewonnen werden aus ihren entsprechenden Oxyden, Carbonaten,
Sulfaten oder Chloriden. In manchen Fällen ist es zweckmäßig, den zur Einwirkung
gelangenden Verbrennungsprodukten des Phosphors Wasserdampf oder/und sauerstoffhaltige
Gase, wie Luft, zuzumischen. Da die Reaktionstemperatur hierbei stets über der Hydratisierungstemperatur
der entstehenden Phosphate gehalten wird, wird die Bildung saurer Phosphate trotz
Anwesenheit von Wasserdampf mit Sicherheit vermieden.
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Die Wahl der Gaszusammensetzung und der anzuwendenden Umsetzungstemperatur
hängt in gewisser Hinsicht von der Natur des Ausgangsmaterials ab; so werden insbesondere
Chloride
vorteilhaft mit Phosphorpentoxydgasen oder -dämpfen behandelt, welche gleichzeitig
noch Luft oder/und .Wasserdampf enthalten, da hierdurch ihre Zersetzung erleichtert
wird.
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Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens besteht
darin, daß man die bei der Herstellung des Phosphors durch Reduktion von Phosphaten
entstehenden phosphorhaltigen Gase ohne vorherige Abscheidung des Phosphors unmittelbar
verbrennt und so zur Einwirkung bringt. Man kann in diesem Falle so verfahren, daß
man nicht nur den in den Gasen enthaltenen Phosphor und einen Teil des Kohlenoxyds,
sondern das gesamte Kohlenoxyd verbrennt, um die erhöhte Verbrennungswärme für die
Reaktion auszunutzen.
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Man kann den umzusetzenden Metallsalzen oder Metalloxyden auch von
vornherein etwas Metallphosphat zusetzen. Es hat sich gezeigt, daß diese Maßnahme
in vielen Fällen die Ingangsetzung der Reaktion erleichtert. Beispiel z Herstellung
von Kaliumphosphaten aus Kaliumsulfat In eine Schmelze von Kaliummetaphosphat, die
sich in einem wärmeisolierten, feuerfesten Behälter befindet, trägt man ständig
Kaliumsulfat ein, während gleichzeitig durch ein in die Reaktionsmasse eintauchendes
Röhrensystem phosphorpentoxydhaltige Dämpfe eingeleitet werden, die durch Verbrennung
von Phosphor in dem Röhrensystem selbst erzeugt werden. Die entwickelte Wärme wird
so unmittelbar auf die Schmelze übertragen und erteilt ihr eine Temperatur von etwa
i ooo bis i Zoo °. Die Eintragung des Kaliumsulfats wird so geregelt, daß diese
Temperatur ständig aufrechterhalten wird. Die Verbrennungsgase des Phosphors werden,
um eine möglichst schnelle und vollständige Umsetzung zu erhalten, in feiner Verteilung
durch die gesamte Masse hindurchgedrückt und das gebildete Kaliumphosphat ständig
oder von Zeit zu Zeit abgezogen.
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Je nach dem eingehaltenen Verhältnis zwischen Phosphorpentoxyd in
den Reaktionsgasen und dem vorgelegten Kaliumsulfat wechselt die Zusammensetzung
des erzeugten Kaliumphosphats, die ferner noch in gewissem Maße von den übrigen
Arbeitsbedingungen - Temperatur, Schichthöhe, Strömungsgeschwindigkeit usw. -abhängt.
Es bedarf nur weniger Versuche, um das Dosierungsverhältnis und jene Arbeitsbedingungen
festzustellen, welche den jeweils gewünschten Phosphaten entsprechen. Man erhält
auf diesem Wege Kaliumphosphate, die beispielsweise dem Kaliummetaphosphat nahestehen,
oder Erzeugnisse mit noch höherem Phosphorsäuregehalt. Das entweichende Reaktionsgas,
welches bei richtiger Einstellung des Prozesses im wesentlichen frei an P205 ist,
enthält neben S03 noch erhebliche Mengen SO, und kann in verschiedener Weise
verwertet werden.
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Beispiel 2 Herstellung von Natriumphosphaten aus Na-# triumchlorid
Zur Umsetzung von Natriumchlorid kann man sich der im Beispiel i geschilderten Anordnung
bedienen, nur wird die Temperatur in diesem Falle niedriger gehalten. Insbesondere
unter Zumischung von etwas Wasserdampf zu den Verbrennungsgasen kann man die vollständige
Austreibung des Chlors bereits bei 8oo bis i ooo ° erzielen. Beispiel 3 Herstellung
von Magnesiumphosphaten aus Magnesiumcarbonat In einen wärmeisolierten und stehenden
Schacht, der mit Füllkörpern beschickt ist, wird von oben her kontinuierlich feinkörniger
Magnesit aufgegeben. Im unteren Teil des Schachtes wird die Verbrennung phosphorhaltigen
Gases mit Luft derart durchgeführt, daß die nach oben streichenden Verbrennungsgase
den Magnesit auf die erforderliche Reaktionstemperatur von etwa i ioo bis 1300'
bringen. Die sich bei der Reaktion bildende Schmelze von Magnesiumphosphat rieselt
über die Füllkörper dem Gasstrom ständig entgegen, wobei eine weitere Anreicherung
an P20" stattfindet. Das Reaktionsprodukt sammelt sich im unteren Teil des Ofens
und wird von Zeit zu Zeit von dort abgelassen.
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Die Zusammensetzung des Reaktionsproduktes ist je nach Temperatur,
Durchsatzgeschwindigkeit, Gasgeschwindigkeit, Gaszusammensetzung und Ofenhöhe verschieden.
Durch Variierung der Bedingungen kann man beispielsweise reines Magnesiummetaphosphat
oder Magnesiumpyrophosphat, aber auch noch erheblich phosphorsäurereichere Salze
herstellen.