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Verfahren zur Durchführung der Umsetzung zwischen Kaliumphosphaten
und äquivalenten Mengen Ammoncarbonat in wäßrig-ammoniakalischer Lösung Aus den
Untersuchungen von W e i k & S t u mm (Berichte 1928, Seite 1145) ist es bekannt,
daß die Alkali- und Ammonsalze mehrbasischer Säuren in wäßrigem Ammoniak weniger
löslich sind als in reinem Wasser und daß insbesondere Phosphorsäure die stärkste
Löslichkeitserniedrigung erfährt. Bezüglich der relativen Löslichkeitsverhältnisse
der verschiedenen Alkaliphosphate in Ammoniaklösungen ist dort nichts erwähnt.
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Anderseits ist in der Patentliteratur die allgemeine Regel aufgestellt,
daß Ammonsalze in Ammoniaklösungen eine höhere Löslichkeit als die entsprechenden
Kaliumsalze aufweisen, und es ist dort vorgeschlagen worden, von diesem Löslichkeitsunterschied
zum Zwecke der Gewinnung von Alkalisalzen durch doppelte Umsetzung in ammoniakalischer
Lösung Gebrauch zu machen.
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Es wurde nun gefunden, daß die genannte Regel nicht ausnahmslos Gültigkeit
hat, indem nämlich aus einer Lösung, die primäres, sekundäres oder tertiäres Kaliumphosphat
enthält, mit Ammoniak nahezu sämtliche Phosphorsäure als Triammonphosphat ausgefällt
werden kann, wenn der Lösung gleichzeitig so viel Kohlensäure durch Zusatz von Ammoncarbonat
oder Kohlendioxyd zugeführt wird, daß das als Phosphat eingebrachte Kalium als Kaliumcarbonat
gebunden wird. An sich kann die Neutralisation des bei der Umsetzung entstehenden
freien Allkalis auch durch eine andere Säure erreicht werden, solange das entstehende
Kaliumsalz nur in konzentrierten Ammoniaklösungen wesentlich leichter löslich ist
als Triammonphosphat. Es empfiehlt sich aber aus folgenden Gründen, gemäß Erfindung
für diesen Zweck Kohlendioxyd zu verwenden 1. Pottasche ist das wertvollste der
in dieser Weise erhältlichen Kaliumsalze.
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2. Ein die Löslichkeitsgrenze überschreitender Überschuß von Pottasche
wird durch Entmischung der Gesamtlösung in flüssiger Schicht ausgeschieden und läßt
sich daher auch leicht vom Bodenkörper (Triammonphosphat) trennen.
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In stark ammoniakalischer Lösung verläuft die Umsetzung beipielsweise
für Dikaliumphosphat nach der Gleichung K2HP04 + C02 -@- 3 NH3 -!- H20 - (NH4)3P04
-` K2C03.
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Zur Durchführung der Reaktion wird zweckmäßig die Konzentration der
Ausgangsphosphatlösung so niedrig gewählt, daß das entstehende Kaliumcarbonat noch
gelöst bleibt. Die für die vollständige Fällung der Phosphorsäure als Triammonphosphat
zuzuführende Ammoniakmenge ist dabei um so größer, je kleiner die Phosphatkonzentration
der Ausgangslösung ist,
beträgt aber selbst bei konzentrierten Ausgangslösungen
mindestens etwa 2o Gewichtsprozent. Das abgeschiedene Triammonphosphat wird von
der Lösung abgetrennt und mit konzentriertem Ammoniakwasser gewaschen.
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Das erhaltene Triammonphosphat kann nachträglich gegebenenfalls durch
Erhitzen unter Ammoniakabspaltung in Mono- oder Diammonphosphat übergeführt werden.
Das Filtrat vom Triammonphosphat kann durch Eindampfen auf Pottasche verarbeitet
werden. Beispiel Eine Lösung von 17q. kg K,HP04 in 6oo kg Wasser wird unter Einleitung
von 5o kg C02 mit Ammoniakgas behandelt, bis die Lösung etwa 2o Gewichtsprozent
NH3 enthält. Nach demAbkühlen werden aus der ammoniakalischen Pottaschelauge Zoo
kg (NH4)3P04 # 3 H20 erhalten, enthaltend g80/0 der eingesetzten Menge Phosphorsäure.
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Führt man bei der Herstellung von Kaliumcarbonat und Alkali- oder
Ammonphosphaten in Gegenwart von freiem Ammoniak der Lösung Ammoniak nicht bis zur
Sättigung zu, so wird eine praktisch quantitative Abscheidung des Triammonphosphats
nicht erreicht; ebenfalls wesentlich ist es, in derart verdünnter Lösung zu arbeiten,
daß man einen von Kaliumphosphat und Kaliumcarbonat freien Bodenkörper erhält, der
dann aus Triammonphosphat besteht.
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In der Zeichnung ist zur Verdeutlichung des Einflusses der Arbeitsbedingungen
gemäß Erfindung auf die Ausbeute an Triammonphosphat die Abhängigkeit der Sättigungskonzentration
an Triammonphosphat bzw. Kaliumcarbonat von dem Ammoniakzusatz für eine an beiden
Salzen gesättigte wäßrige Ausgangslösung bei 2o' in der Form dargestellt, daß die
Summe (N H4)3P 04 + K"C O3 -r- N H, -@- H20 = zoo Gewichtsprozent gesetzt
wurde. Kurve A gibt die Sättigungskonzentration für Kaliumcarbonat und Kurve B diejenige
für Triammonphosphat in Abhängigkeit von der Konzentration des freien Ammoniaks
in der Lösung an. Man erkennt, daß bei höheren Konzentrationen beider Salze die
Löslichkeitsgrenze für Pottasche bereits bei Ammoniakgehalten erreicht wird, bei
denen eine quantitative Abscheidung von Triammonphosphat noch nicht erfolgt ist,
während andererseits bei weniger konzentrierten Lösungen die praktisch quantitative
Abscheidung von Triammonphosphat bereits beendet ist, bevor die Löslichkeitsgrenze
für Pottasche erreicht ist. Um das Absinken der Salzkonzentrationen bei steigendem
Ammoniakgehalt der Lösung unter den Bedingungen des obigen Beispiels zu veranschaulichen,
sind in die Zeichnung die entsprechenden Kennlinien für einen Ansatz von 149 Teilen
Triammonphosphat und 138 Teilen Kaliumcarbonat in 6oo Teilen Wasser eingetragen.
Dabei bedeutet C den Verlauf der Konzentration des Triammonphosphats und D die Veränderung
der Konzentration der Pottasche infolge der Ammoniakzufuhr. Man erkennt, daß bei
einer Ammoniakkonzentration von etwa 18% die Abscheidung des Triammonphosphats bereits
praktisch vollständig ist, während die Abscheidung von Pottasche noch nicht einmal
begonnen hat.
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Um die entstandene Pottasche aus ihrer Lösung unter Beschränkung der
Eindampfarbeit auf ein Mindestmaß bei gleichzeitig möglichst sparsamem Ammoniakverbrauch
wiederzugewinnen, empfiehlt es sich naturgemäß, die Verdünnung der Ausgangslösung
nicht weiter zu steigern, als zur vollständigen Abscheidung von pottaschefreiem
Triammonphosphat erforderlich ist: Insofern entspricht das oben beschriebene Beispiel
bereits weitgehend den optimalen Arbeitsbedingungen, da dort eine annähernd an Pottasche
gesättigte Mutterlauge hinterbleibt. Im übrigen ist aber bei den angegebenen Konzentrations-
und Temperaturbedingungen auch eine Überschreitung der Sättigungskurve für Pottasche
durch allzu reichliche Zufuhr von Ammoniak nicht bedenklich, da unter diesen Umständen
die Pottasche nicht in fester Form auszufallen beginnt, sondern unter Bildung einer
zweiten, ammoniakarmen flüssigen Phase in diese übertritt und so im Bedarfsfalle
leicht von der ammoniakreichen Phase getrennt werden kann.