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Herstellung von Monoalkaliphosphaten durch teilweise Neutralisierung
von Phosphorsäure mit alkalisch reagierenden Alkaliverbindungen Die vorliegende
Erfindung betrifft die Herstellung von `ionoalkaliphosphaten, z. B. von für Düngezwecke
vorzüglich geeigneten Monokaliumphosphat unter Nutzbarmachung des Phosphorgehaltes
von Metallphosphorverbindungen, insbesondere Ferrophosphor.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden, Kaliumpyrophosphat oder ein Gemenge
von Kaliumpyröphosphat mit Kaliummetaphosphat durch Erhitzen von Phosphorsäure in
wäßriger Lösung in Monokaliumorthophosphat oder Dinatriumorthophosphat durch Behandlung
mit Phosphorsäure in Mononatriumortophosphat überzuführen.
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Nach der Erfindung erfolgt die Herstellung der Monoalkaliphosphate
aus den zu bedeutend billigerem Preise wie die genannten Ausgangsstoffe und im Zustande
vorzüglichster Reinheit aus Metallphosphorverbindungen, insbesondere Ferrophosphor
erhältlichen Trialkaliphosphaten, wie Trikaliumphosphat, indem man diese z. B. in
wäßriger Lösung mit der entsprechenden Menge von z. B. auf nassem Wege gewonnener
Phosphorsäure zur Umsetzung bringt, wobei gleichzeitig der Vorteil erzielt wird,
daß bei dem Absättigen der Phosphorsäure mit dem alkalisch reagierenden Triphosphat
zunächst der größte Teil der in der technischen Phosphorsäure enthaltenen Verunreinigungen
ausgefällt und z. B. durch eine einfache Filtration aus der Lösung entfernt werden
kann. Das Verfahren nach der Erfindung gestattet unmittelbar die Nutzbarmachung
des in billigster Form zur Verfügung stehenden Phosphorgehaltes der in bekannter
Weise durch Erhitzen von mineralischen Rohphosphaten, wie TricaIciumphosphat, mit
Metallen oder Metalloxyden und Reduktionsmitteln, z. B. Kohle, erhältlichen Metallphosphorverbindungen
auf dem Wege über die aus diesen in einfachster Weise durch Umsetzung mit Alkalisalzen
erhältlichen Trialkaliphosphaten für die Herstellung der bisher unter wirtschaftlich
befriedigenden Bedingungen nicht erhältlichen Monoalkaliphosphate und ermöglicht
erstmalig die Verwendung dieser die wertvollen Bestandteile Phosphorsäure,und z.
B. Kali in außerordentlich günstigem Verhältnis enthaltenden Verbindungen für Düngezwecke.
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Unter den erfindungsgemäß nunmehr zu billigstem Preise erhältlichen
Alkaliphosphaten hat sich insbesondere das ohne Kristallwasser kristallisierende,
luftbeständige Monokaliumphosphat als ein außerordentlich wertvolles, insbesondere
für die Winterdüngung geeignetes stickstofffreies Düngemittel erwiesen, welches
wegen der genannten Eigenschaften außerordentlich bequem und vorteilhaft zu handhaben
ist und vor dem tribasischen Salz den für die praktische Verwendung außerordentlich
bedeutsamen Vorteil bietet, daß es nicht wie dieses hygroskopisch ist. Die hohe
Konzentration,
in welcher dieses Produkt die Phosphorsäure und das
Kali enthält, ergibt gegenüber sonstigen Düngemitteln eine erhebliche Frachtersparnis.
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Als Ausgangsstoffe können Verbindungen des Phosphors mit beliebigen
Metallen, insbesondere Eisen, zur Verwendung kommen, wie sie z. B. in bekannter
Weise erhalten werden durch Erhitzen von mineralischen Rohphosphaten, wie Tricalciumphosphat
oder Aluminiumphosphat, mit Metallen oder Metalloxyden oder Metallen und Metalloxyden
sowie mit Reduktionsmitteln, z. B. Kohle, in zur Reduktion sowohl des Phosphats
zu elementarem Phosphor wie auch das Metalloxyds zum Metall, z. B. Eisen, ausreichender
Menge. Diese Metallphosphorverbindungen werden mit Kaliumsulfat oder Kaliumcarbonat,
gegebenenfalls auch mit anderen geeigneten Kaliumsalzen, bei erhöhter Temperatur,
z. B. in bekannter Weise im Schmelzfluß, mit Vorteil im elektrischen Ofen durch
Widerstandsheizung, umgesetzt. Durch Auslaugen des Glühproduktes erhält man eine
z. B. konzentrierte Lösung von Trikaliumphosphat. Diese wird mit Phosphorsäure,
vorteilhaft in Form einer ebenfalls ziemlich hochprozentigen Lösung in solcher Menge
zur Umsetzung gebracht, wie zur Umwandlung des tertiären Kaliumphosphats in das
primäre Salz erforderlich ist nach der Gleichung K3P04 -E- 2H,P04 = 3KH,P04 Mit
besonderem Vorteil arbeitet man so, daß man die Umsetzung des Trikaliumphosphats
mit der Phosphorsäure bei Gegenwart möglichst geringer Mengen von Wasser durchführt,
z. B. derart, daß man sowohl die Phosphorsäure wie auch das Trikaliumphosphat in
Form so starker, gegebenenfalls konzentrierter oder annähernd konzentrierter Lösungen,
z. B. solcher von etwa q.o bis 6o °/a, anwendet, daß sich nach dem Mischen und Erkalten
der infolge der Neutralisationswärme heiß gewordenen Lösung ein erheblicher Teil
des gebildeten Monokaliumphosphats in Kristallform abscheidet. Als vorzüglich geeignet
für die Durchführung dieser Umsetzung hat sich eine Phosphorsäurelösung erwiesen,
wie sie z. B. mit etwa 54 "/o P20, nach dem Verfahren von Nordengren erhalten werden
kann. Durch Anwendung der Phosphorsäure in an sich bekannter Weise in Form von Phosphorpentoxyd
läßt sich die bei der Umsetzung vorhandene Wassermenge noch weiter verringern.
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Bei dieser Arbeitsweise kann man erreichen, daß man aus der auf gewöhnliche
Temperatur erkalteten Lösung ohne weiteres 6o °/o und mehr des insgesamt gebildeten
Monokaliumphosphats in Kristallform erhält. Durch weiteres Herunterkühlen läßt sich
die Ausbeute noch erhöhen, z. B. durch Herunterkühlen auf ii ° auf etwa 8o °/o.
Die erhaltene Mutterlauge wird zweckmäßig in den Prozeß zurückgeführt, indem man
sie zum Laugen. von frischem, Trikaliumphosphat enthaltendem Glühprodukt aus Metallphosphid
und Kalisalz benutzt, worauf die erhaltene Lösung erneut zur Umsetzung mit Phosphorsäure
verwendet werden kann. Da hierbei die in der Salzlösung vorhandene Wassermenge immer
dieselbe bleibt, so kann man auf diese Weise, gegebenenfalls ohne jedes Eindampfen,
also unter Ersparnis der Kosten sowohl für Brennmaterial wie auch für besondere
Eindampfeinrichtungen und die Unterhaltung derselben, das gesamte aus den zugeführten
Reaktionskomponenten gemäß der obigen Gleichung gebildete Monokaliumphosphat, z.
B. durch Zentrifugieren des Umsetzungsgemisches, in Form wasserfreier Kristalle
von ausgezeichneter Reinheit gewinnen.
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Das Auslaugen des Trikaliumphosphats mittels der von der Umsetzung
mit Phosphorsäure erhaltenen Lösung erfolgt vorteilhaft bei erhöhter Temperatur,
gegebenenfalls derart, daß man das beim Erhitzen des Ferrophosphors oder der sonstigen
Metallphosphorverbindung z. B. mit einem Kaliumsalz, wie Kaliumcarbonat oder -sulfat,
in bekannter Weise erhaltene Umsetzungsprodukt in noch heißem Zustande auf die Lösung
zur Einwirkung bringt, z. B. derart, daß man das das Trikaliumphosphat enthaltende
geschmolzene Umsetzungsprodukt direkt in dünnem Strahl in die Lösung einfließen
läßt oder es zunächst z. B. vermittels mechanischer Vorrichtungen, wie Verteilerscheiben,
fein verteilt und in diesem Zustand mit der gegebenenfalls auch fein verteilten
Lösung in Berührung bringt. Beispiel i 1 Trikaliumphosphatlauge mit 497 g Trikaliumphosphat/l,
hergestellt durch Umsetzung von Eisenphosphor mit Kaliumsulfat, wird mit 38o ccm
Nordengren-Phosphorsäure mit 858 g P20,/1 bei etwa q.0° neutralisiert. Beim Abkühlen
der Flüssigkeit auf etwa ii° fallen 8o',', des Phosphorinhaltes als Monokaliumphosphat
kristallinisch aus. Die Mutterlauge wird in der oben beschriebenen Weise zum Auslaugen
einer neuen Trikaliumphosphatmenge verwendet.
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Bei Umsetzung der Metallphosphorverbindungen mit den Salzen anderer
Alkalien, z. B. mit Natriumcarbonat oder -sulfat, lassen sich durch Vereinigung
der so erhaltenen Trialkaliphosphate mit Phosphorsäure oder Phosphorpentoxyd in
der beschriebenen Weise auch die einbasischen Phosphate anderer Alkalien herstellen.