DE713893C - Herstellung von Alkalitriphosphaten aus Aluminium und Phosphorsaeure enthaltenden Ausgangsstoffen durch nassalkalischen Aufschluss - Google Patents

Description

• Herstellung von Alkalitriphosphaten aus Aluminium und Phosphorsäure enthaltenden Ausgangsstoffen durch naßalkalischen Aufschluß Die Nutzbarmachung des Phosphorsäuregehaltes von Aluminium und Phosphorsäure enthaltenden Ausgangsstoffen, wie mineralischen Aluminiumphosphaten, in Form von reinem,Al'kaliphosphat, z. B. Trinatriumphosphat, auf dem Wege eines naßalkalischen Aufschlusses stieß bisher auf große Schwierigkeiten, einerseits weil das Inlösunggehen von Tonerde bei dem alkalischen Aufschluß :der genannten Ausgangsstoffe nicht zu vermeiden war und ,andererseits wegen des Eehlens eines technisch brauchbaren, wirtschaftlich vorteilhaften Verfahrens für die Ausscheidung der Tonerde aus den alkaliphosphathaltigen Aufschlußlaugen. So bedingt z. B. die Ausscheidung der Tonerde mit Wasserglas aus den Aufschlußlösungen einen Verlust an wertvollem Alkali infolge der Bildung von minderwertigen Alkalitonerdesilicaten.
• Es wurde gefunden, daß Aluminiumphosphat oder solches enthaltende, jedoch nur schwach eisenphosphathaltige, d. h. weniger als z % Eisen enthaltende, z. B. mineralische Ausgangsstoffe mit ,ausgezeichneter Ausbeute an Alkali und Phosphorsäure auf Alkaliphosphat verarbeitet werden können, wenn man unter Verzicht auf die umständliche Gewinnung der Tonerde zum Aufschluß höchstens nur so viel einer alkalisch reagierenden Flüssigkeit, wie z. B. Natron- oder Kalilauge, verwendet, wie theoretisch zur Umwandlung des Phosphorsäuregehaltes des Ausgangsstoffes in Trialkaliphosphat erforderlich ist, d. h. bei Verwendung von Natronlauge auf r Mol P2 05 etwa 6 Mole Na OH, und ferner für das Vorhandensein von so viel Tonerde in der Aufschlußlauge in Form von gelöstem Alkalialuminat sorgt, daß in dieser Lauge auf z Mol P205 des aufzuschließenden Phosphats mindestens z Mol A12 O3 vorhanden ist.
• Es wurde festgestellt, daß es möglich ist, mit einer Alkalilauge von dieser Zusammensetzung aus dem Aluminiumphosphat enthaltenden Ausgangsmaterial nur die Phosphorsäure, und zwar praktisch vollständig, herauszulösen, ohne daß eine Anreicherung der Tonerde in der Aufschlußlauge eintritt, und aus der so erhaltenen Aufschlußlösung durch Auskristallisieren das darin enthaltene Trialkaliphösphat bis auf einen ganz geringen -Rest in reiner Form zu gewinnen. Die Mutterlauge kann, da ihr Gehalt an Alkalialuminat unverändert bleibt, zum Aufschluß neuer Mengen von aluminiumphosphathaltigem Ausgangsmaterial beliebig oft verwendet werden.

  Die 13)ehandlung des Aluminiumphosphat

  enthaltenden Ausgangsmaterials erfolgt erfin-

  dungsgemäß in der Wärine, wobei es sich als

  besonders zweckmäßig erwiesen hat, in die-'

  auf etwa .4o bis 3' angewärmte All,:alilau,e.

  das das Aluminiumphosphat enthaltende Miiü=:'

  tvrial rasch einzutragen, wobei die Tempera-

  tur infolge des exotherinen Verlaufs der Um-

  setzung auf etwa 7o bis 8j° steigt. Höhere

  Temperaturen. z.13). solche über 83 bis go°,

  und längere Einwirkung der Lauge auf das

  Aluminium und Phosphorsäure enthaltende

  Ausgangsmaterial sollten vermieden werden,

  da andernfalls der verbleibende Rückstand

  Lehr voluminös, sclileiniig und schwer aus-

  <<-as; iibar anfällt. Es sollte daher auch, so-

  ,tald die Temperatur des Umsetzungsgemisches

  .licht mehr steilst, die Lauge alsbald von dein

  verbliebenen. an Tonerde reichen Rückstand,

  z. B. durch Abpressen, Zentrifugieren oder

  Abnutschen, getrennt werden. Durch syste-

  inatisches Auswaschen kann dein Rückstand

  noch die darin vorhandene Phosphorsäure

  leicht bis auf einen Restgehalt von weniger

  als i % P.05 entzogen «-erden.

  Vorteilhaft wird die Konzentration der

  Aufschlußlauge so gewählt. daß diese einem

  I'20; Gehalt von etwa 7o bis ioo g P20.5 im

  Liter entspricht. Durch Abkühlen auf etwa

  1,5- kann man aus einer solchen Aufschluß-

  lauge das darin enthaltene Trinatriumphos-

  phat bis auf einen in der Mutterlauge ver-

  bleii ,enden geringen Rest von wenigen Gramm

  P-103 im Liter in reiner kristallisierter

  Form zur Aussche'dung bringen. Die Aus-

  scheidung kann durch Zusatz von weiterem

  festem oder gelöstem Ätzalkali erleichtert oder

  1egebenenfalls auch ausschließlich durch Zu-

  >atz von Ätzalkali bewirkt «-erden.

  Die z. B. durch Zentrifugieren von der j

  Lauge allgetrennten Kristalle kann man durch

  leichtes Nachwaschen mit verdünnter Alkali-

  lauge von der anhaftenden Aluminatlauge und

  sodann durch Nachwaschen mit .etwas kaltem

  Wasser von der anhaftenden Alkalilauge be-

  freien.

  Das in dieser Weise gewonnene Tri-

  ;atriumphosphat enthält nur etwa 0,3 °/o Ton-

  rde und ist in N%-asser klar löslich. Die mit

  len @N'aschwässern vereinigte Mutterlange,

  ,welche die gesamte Tonerde der Aufschluß-

  <isung enthält, kann, gegebenenfalls nach

  !=inengung durch Verdampfung und Ergän-

  .ung ihres Gehaltes an freiem Ätzalkali auf

  iie dem Phosphorsäuregehalt des aufzuschlie-

  3enden Aluminiumphosphats theoretisch ent-

  @prechende eienge, ohne weiteres zum Auf-

  ;chluli einer neuen Menge von Aluminium-

  ihosphat enthaltendem Ausgangsmaterial in

  ierselben Weise wie bei dem ersten Aufschluß

  ,erwendet werden, wobei der Tonerdegehalt

  der Lauge praktisch unverändert bleibt, da

  wiederum nur die Phosphorsäure des auf-

  geschlossenen Aluminiumphosphats in Lösung

  .geht.

  `--Die für den ersten Aufschluß benötigte

  ;@l.hminiumhaltige Lauge kann durch Auflösen

  -E an Tonerdehydrat in überschüssiger Natron-

  lauge hergestellt werden. Zweckmäßiger wird

  man im allgemeinen aber so verfahren, daß

  man für den ersten Aufschluß so viel Alkali-

  lauge verwendet, daß nicht nur die Phosphor-

  säure des vorhandenen Aluminiumphosphats

  in Trialkaliphosphat, z. B. Trinatriumphos-

  phat, übergeführt, sondern auch die ihr äqui-

  valente Menge von Aluminium in Lösung ge-

  bracht wird, wozu, wie festgestellt wurde, ein

  L'berschuß von 70 bis So °/o über die theo-

  retisch für die Bindung der Phosphorsäure

  nötige Menge ausreicht, andernfalls noch feh-

  lendes Alutninat als solches zugesetzt werden

  kann. _

  In der beschriebenen Weise können nach

  der Erfindung außer anderen, Aluminium-

  phosphate enthaltenden Stoffen, insbesondere

  mineralische Aluminiumphosphate mit ge-

  ringem Eisenp.hosphatgehalt, z. B. entspre-

  chende Redondaphosphate, verarbeitet «-erden.

  Bei der Verarbeitung dieses Phosphats muß

  inan, da es auf i Mol P205 weniger als i 1 1

  M203 enthält, zwecks Erzielung des erfin-

  dungsgemäß benötigten Aluminiumgehaltes

  der Aufschlußlösung entweder bei der ersten

  Aufschlußcharge die dem P.,05-Gehalt äqui-

  valente Menge von A1203 als Aluminat zu-

  setzen oder beim ersten Ansatz einen der-

  artigen Überschuß an Ätzalkali über die für

  die Bindung der vorhandenen Phosphorsäure

  in Form von Trialkaliphosphat theoretisch

  erforderliche Menge verwenden, daß auch die

  Tonerde des Redon.daphosphats vollkommen

  in Form von Alkalialuminat gelöst wird, und

  die Lauge durch Zusatz der fehlenden Menge

  von Alkalialuminat auf den dein P_ O;-Gehalt

  des Redondaphosphats entsprechenden Gehalt

  an Al'kalialuminat bringen.

  Als besonders vorteilhaft hat sich das er-

  findungsgemäße Verfahren erwiesen für die

  Aufarbeitung von Aluminiumphosphat ent-

  haltenden Rückständen, die beim _lufschließen

  von Lithiumphosphat enthaltenden, vorzugs-

  weise mineralischen Ausgangsstoffen, wie

  Ainblygonit mit Schwefelsäure, dadurch er-

  halten werden, daß man das Ausgangsmaterial

  finit einer dem vorhandenen Lithium und den i

  anderen vorhandenen Alkalien und Erdalkalien

  äquivalenten bzw. nicht erheblich größeren

  Menge von Schwefelsäure bei Temperaturen

  behandelt, bei denen durch die in Freiheit

  gesetzte Phosphorsäure die primär gebildeten t

  Sulfate des Aluminiums und des Eisens in

  wasserunlösliche Phosphate oder Oxyde über-

  ,geführt werden, .eine Zersetzung des gebildeten Lithiumsulfats aber noch nicht erfolgt.
• Bei Anwendung des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung auf die beim Extrahieren der nach diesem Verfahren erhaltenen Aufschlußprodukte mit Wasser verbleibenden, Aluminiumphosphat enthaltenden Rück-: stände ist es möglich, die darin enthaltene Phosphorsäure auf die einfachste und billigste Weise durch Überführung in reines Trialkaliphosphat, wie Trinatriumphosphat, nutzbar zu machen.
• Die Erfindung beruht auf der neuen' Erkenntnis, daß Natronlauge in Gegenwart von gelöstem Aluminat in der Wärme aus Aluminiumphosphat so lange nur die Phosphorsäure herauslöst, bis -die Lösung auf i Mol ursprünglich vorhandene Tonerde i Mol P2 0S enthält. Erst wenn durch Anwendung von mehr Natronlauge P205 über dieses Verhältnis hinaus in Lösung geht, - wird auch die Tonerde des Aluminiumphosphats gelöst.
• Beispiele i. Verarbeitet wird ein Extraktionsrückstand, der erhalten wurde durch Aufschluß vom Amblygonit mit einer dem darin enthaltenen Alkali und Erdalkali äquivalenten Schwefelsäuremenge und Auslaugen des Aufschlußproduktes mit Wasser oder Mutterlauge eines früheren Extraktionsprozesses. Dieser Rückstand enthält etwa 75 °% Trockensubstanz von folgender Zusammensetzung: etwa 46,oo % P2 05 _ 39,500/0. A12 0s,' - 4,00 01, Si 02, - 2,00 °/o Ca O, - 6,5o0/, S 0s, - 2,000/, Na, O.
• In 2500 1 einer auf 45° angewärmten Atznatronlauge mit 1072 kg Na O H (58o kg für Umwandlung des P,0,-Gehaltes in Trinatriumphosphat und 492 kg für die Lösung der .dem P2 05 Gehalt äquivalenten Menge Tonerde als Alüminat) werden iooo kg des erwähnten Rückstandes mit 75o kg Trockensubstanz möglichst rasch unter kräftigem Rühren .eingetragen. Die Temperatur steigt auf etwa 85°. Sobald sie ihr Maximum erreicht hat, wird das Reaktionsgemisch rasch durch eine Filterpresse gedrückt und der ungelöst verbliebene geringe Rückstand systematisch so ausgewaschen, daß Filtrat und Waschwässer zusammen eine heiße Lauge von etwa 7o° ergeben, .die im Liter etwa Sog P205 und die äqLdvalente Menge, d. h. 57,5 g, A12 0, enthält. Es werden etwa 41001 Lauge erhalten, aus denen sich beim Abkühlen auf 15° unter Zusatz von 58o kg Na O H in Form von konzentrierter Lauge die-Phosphorsäure bis auf etwa 3 g P--0, im Liter als praktisch von Tonerde freies Trinatriumphosphat ausscheidet. Nach Abzentrifugieren, leichtem Abdecken mit kaltem Wasser sowie vorsichtigem Trocknen erhält man 173o kg Tri-:natriurnphosphat mit 315 kg P245.
• Die etwa 42501 Mutterlauge werden auf 2ooo 1 eingedampft. Die eingedampfte Lösung enthält dann im Liter neben etwa 5 g P2 05 so viel freies Ätznatron, wie theoretisch zur Umwandlung des P205 Gehaltes des Aluminiumphosphats eines neuen Aufschlusses von iooo kg Amblygonitrückstand mit 75o kg Trockensubstanz in Trinatriumphosphat erforderlich ist und so viel Tonerde als Alumi-, nat, daß auf i Mol P205 des Amblygonitrückstandes etwa i Mol Ale 03 in der Lauge entfällt. In diese Lösung werden nach Abkühlung auf etwa 45° looö kg von .dem auch beim ersten Aufschluß verwendeten Amblvgonitrückstand rasch eingetragen. Durch Ab-.pressen von dem nun, praktisch die gesamte Tonerde des Amblygonitrückstandes enthaltenden Unlöslichen und systematisches Auswaschen mit den dünnsten letzten Waschwässern vom .ersten Ansatz «-erden 41oo 1 einer heißen Lauge von etwa 70° mit etwa 85 g P2 05 und 61 g Al, 0s im Liter erhalten, aus denen durch Abkühlen auf 15° unter Zusatz von konzentrierter Natronlauge iSoo kg Trinatriumphosphat erhalten werden. Die Mutterlauge hiervon wird zum Aufschluß von weiteren iooo kg Amblygonitrückstand verwendet usw. Im zweiten und den folgenden Ansätzen werden rund 950/" des P.0,-Gehaltes des Amblygonitrückstandes und auch rund 951/, des beim Aussalzen des Trinatriumphosp.hates zugesetzten und bei dem jeweilig nächsten Ansatz in der Mutterlauge wiederverwendeten Ätznatrons als festes Trinatriumphosphat gewonnen.
• 2. In die auf 28oo 1 eingedampfte, 580 kg freies Ätznatron, 25o kg Al. 0,5 in Form von Aluminat und 12,5 kg P205 als Trinatriumphosphat enthaltende Mutterlauge von der letzten Trinatriumphosphatkristallisation des Beispiels i werden nach Abkühlung auf 55° 91o kg fein gemahlenes Redondaphosphat mit ' etwa 38 °% P2 05 und etwa 2o °% Ale 03 Gehalt eingetragen. Nach Erreichung des Maximums der durch die Umsetzung steigenden Temperatur preßt man in der Filterpresse die Flüssigkeit rasch vorn Unlöslichen ab und erhält durch systematisches Waschen insgesamt etwa 42oo 1 Lauge mit 83 g P2 05 und 6o g A12 O, im Liter, d. h. rund 347 kg P2 05 und 252 kg A12 O" die beim Abkühlen auf etwa 15° unter Zusatz von 58o kg NaOH in Form von konzentrierter Natronlauge etwa 1825 kg praktisch von Tonerde freies Trinatriumphosphat mit rund 330 kg P205 ergeben, was einer Ausbeute von 961/, des Phosphorsäuregehaltes des Redondaphosphats und 96,5 des Ätznatrons entspricht. Die Mutterlauge kann nach entsprechendem Eindampfen: für@i den Aufschluß von neuen gio kg Redon@lz-,@ Phosphats verwendet werden. .

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Herstellung von Trialkaliphosphaten, wie Trinatriumphosphat, durch naßalkalischen Aufschluß von Aluminiumphosphat oder solches enthaltenden, jedoch nur schwach eisenphosphathaltigen, z. B. mineralischen Ausgangsstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß man die Ausgangsstoffe in der Wärme, vorzugsweise bei Temperaturen nicht über 85 bis go°, und zweckmäßig während möglichst kurzer Zeit mit einer Lösung behandelt, die neben nur so viel freiem Ätzalkali, wie theoretisch zur Umwandlung des Phosphorsäuregehaltes des Ausgangsmaterials in Trialkaliphosphat nötig ist, auf i Mol P2 05 im Ausgangsprodukt mindestens i Mol A1203 in Form von Alkalialuminat enthält, worauf man nach zweckmäßig möglichst beschleunigter Abtrennung der erhaltenen Trialkaliphosphatlösung von dem verbliebenen, praktisch die gesamte Tonerde des Ausgangsmaterials enthaltenden Rückstand, durch Ab- kühlung, und/oder Zusatz von weiteren Mengen Ätzalkali das Trialkaliphosphat ausscheidet und gegebenenfalls die verbleibende Mutterlauge wieder zum Aufschluß verwendet.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß man beim Aufschluß das Rohmaterial in die auf etwa qo bis 55'J angewärmte Aufschlußlauge einträgt, sodann nach Erwärmung auf maximal etwa 7o bis 85° die erhaltene Lösung von dem Rückstand abtrennt, worauf man diesen derart systematisch auswäscht, daß man eine Alkaliphosphatlösung mit 7o bis ioo g P205 im Liter erhält und anschließend aus dieser durch Abkühlung und;oder Zusatz von weiterem Ätzalkali das Trinatriumphosphat abscheidet.
3. 3. Verfahren nach Ansprüchen i und 2. dadurch gekennzeichnet, daß man den ersten Aufschluß unter Anwendung eines an sich bekannten Überschusses von Alkali über die zufÜberführung der vorhandenen Phosphorsäure in Trialkaliphosphat nötige Menge unter solcher Begrenzung der überschüssigen Alkalimenge durchführt, daß diese nur ausreicht, die in der Aufschlußlauge gemäß Anspruch i benötigte Menge von Aluminiumoxyd in Lösung zu bringen und daß man bei einem hierfür zu geringen Gehalt des Ausgangsmaterials an Aluminiumoxyd das noch fehlende Aluminat als solches zufügt. d.. Verfahren nach Anspruch i bis 3, gekennzeichnet durch Verwendung von durch Aufschluß von Lithiumphosphat enthaltenden, vorzugsweise mineralischen Ausgangsstoffen wie Amblygonit, mit Schwefelsäure und Extrahieren des Aufschlußproduktes mit Wasser erhaltenem, Aluminiumphosphat enthaltendem Aufschlußrückstand.