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Herstellung von Trialkaliphosphat aus phosphoriger Säure oder deren
Salzen Es ist bekannt, daß man Trinatriumphosphat (N a3 P 0..) durch Umsetzung von
Phosphorsäure mit Natronlauge oder mit Natriumkarbonat und Natronlauge erhält. Werden
die Salze der phosphorigen Säure, wie Mono- oder Dinatriumphosphit, auf Temperaturen
über etwa Zoo" erhitzt, so zersetzen sie sich unter Abspaltung von Phosphorwasserstoff
in ein Gemisch von N atriumphosphat und N atriumpyrophosphat; die erhaltenen Stoffe
sind durch gleichzeitig gebildeten und ausgeschiedenen roten Phosphor braun gefärbt.
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Weiterhin ist bekannt, daß man phosphorige Säure unter Zusatz von
Oxydationsmitteln, wie Bromwasser, in Phosphorsäure überführen kann.
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Die Erfindung betrifft nun ein einfaches, in technischem Maßstab durchführbares
Verfahren zur Erzeugung von Trialkaliphosphat aus phosphoriger Säure (H3P03) ohne
zusätzliche Anwendung von Oxydationsmitteln, wobei die unerwünschte Bildung von
Phosphorwasserstoff und bzw. oder von rotem Phosphor vermieden wird. Es treten also
praktisch keine Verluste an Phosphor ein.
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Nach dem Verfahren gemäß der Erfindung wird zu phosphoriger Säure
die zur Bildung von Trialkaliphosphat rechnungsmäßig erforderliche Menge Alkalilauge
gegeben, worauf das Gemisch auf Temperaturen über etwa 2oo°, vorzugsweise über q00",
beispielsweise auf q.5o bis 5oo", erhitzt wird, wobei sich unter Wasserstoffentwicklung
das Trialkaliphosphat bildet.
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Es steht nichts im Wege, statt der phosphorigen Säure deren Alkalisalze,
wie Mononatriumphosphit (Na H2 P 03) oder Dinatriumpyrophosphit (Na2H2P20.), in
der Ausgangsmischung unter Beibehaltung der angegebenen Verfahrensbedingungen einzusetzen.
Es
wurde gefunden, daß im Verlaufe der erfindungsgemäßen Umsetzung
der im Gemisch vorhandenen Alkahlauge bzw. der darin vorliegenden Hydroxylgruppe
die Wirkung eines Oxydationsmittels zuzuschreiben ist.
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Man kann nach dem Verfahren gemäß der Erfindung ohne unerwünschte
Nebenumsetzungen beispielsweise die folgenden, praktisch vollständig verlaufenden
Umsetzungen durchführen H,P03 + 3Na0H = Na3P04 + 2H20 + H2, NaH,P03 + 2NaOH = Naj04
+ H20 + H2, Na2H,P20, + 4NaOH = 2Na3P04 + H20 + 2H2.
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Zur Vermeidung des sich dann als notwendig erweisenden Verdampfens
größerer Wassermengen ist es vorteilhaft, wenn auch nicht notwendig, bei dem Verfahren
gemäß der Erfindung von möglichst konzentrierten Lösungen auszugehen, beispielsweise
einer etwa g7°/@gen phosphorigen Säure bzw. einer gesättigten oder nahezu gesättigten
Lösung eines Salzes der phosphorigen Säure und einer etwa 5o°/oigen Alkalilauge.
Die Umsetzung der eingesetzten Stoffe vollzieht sich unter Wärmeentwicklung, wobei
sich im allgemeinen Temperaturen von etwa ioö bis 12o° einstellen und zunächst eine
Umsetzung nach der Gleichung H,P03 +3NaOH =Na2HP03 +NaOH +2H20 stattfindet. Hierbei
verdampfen schon Teile des in dem Gemisch vorhandenen Wassers. Beim Erhitzen auf
höhere Temperaturen geht das flüssige Gemisch in den festen Zustand über und beginnt
bei etwa 21o° Wasserstoff abzuspalten, woraus zu schließen ist und durch Versuch
auch bestätigt wurde, daß sich beispielsweise gemäß der Gleichung Na2HP03 + NaOH
= Nä3P04 + H2 Trialkaliphosphat gebildet hat. Bei einer Temperatur von etwa 300°
wird die Wasserstoffentwicklung und damit der Umsatz der im Einsatz vorliegenden
Stoffe sehr lebhaft. Bei Erhitzung auf etwa 43o bis 45o° ist nach etwa 25 Minuten
die Umsetzung vollständig geworden, und das entstandene Erzeugnis besteht praktisch
vollständig aus Trialkaliphosphat. Enthält die phosphorige Säure noch Reste organischer
Stoffe, so ist das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene Erzeugnis nicht
weiß, sondern infolge nicht vollständiger Zersetzung der beigemengten Kohlenstoffteilchen
od. dgl. grau gefärbt. Wird der Erhalt eines reinweißen Endstoffes angestrebt, so
ist dieser leicht durch weitere Erhitzung auf Temperaturen über etwa 6oo° zu erhalten.
Außerdem ist beim Erhitzen auf diese höheren Temperaturen die Umsetzung bereits
nach etwa 15 Minuten erfolgt. Ausführungsbeispiel In ein mit Rührwerk versehenes
und mit Steinzeugplatten innen ausgemauertes eisernes Gefäß werden 309 kg 97°/oiger
phosphoriger Säure und 895 kg 49°/oiger Natronlauge gegeben. Das Gemisch
setzt sich unter Wärmeentwicklung in Dinatriumphosphit, Natronlauge und teilweise
verdampfendes Wasser um, wobei die Temperatur des Einsatzgemisches auf etwa 118°
ansteigt. Das erhaltene, bei ioo° eine Dichte von 1,59 aufweisende sämige Gemisch
wird nun in eine eiserne Doppelschnecke unter gleichzeitiger Zuführung von einer
solchen Menge vorzugsweise am Ende des Verfahrens angefallenen, etwa Zoo bis 2oo°
heißen Trialkaliphosphats geleitet, daß eine feuchtkrümelige Masse entsteht. Die
Zusatzmenge an Trialkahphosphat beträgt vorteilhaft etwa das Doppelte des vorhandenen
dickflüssigen Gemisches. Die feuchtkrümelige, mindestens ioo°, vorteilhaft 15o°
heiße Masse wird nun dem Eintragende, also der Heizgasaustrittsseite eines im Innern
mit Gas beheizten Drehrohrofens zugeführt. Die Temperaturen des den Ofen an der
Zuführungsstelle der zu erhitzenden Masse verlassenden Heizgases betragen etwa 15o
bis 2oo°. Im ersten Drittel der Ofenlänge kommt die sich darin vorwärts bewegende
Masse auf Temperaturen von etwa 200°, wobei die Wasserstoffabspaltung und damit
im Zusammenhang die Umsetzung der eingebrachten Stoffe langsam beginnt. Im zweiten
Drittel des Ofeninnern steigert sich die Temperatur des den Ofen durchlaufenden
Gutes auf etwa 3oo bis 400°, so daß die Umsetzung und damit im Zusammenhang die
Wasserstoffentwicklung lebhafter werden. Im letzten Drittel des Drehofeninnern erreicht
das den Ofen durchlaufende, nunmehr trockene Gemisch Temperaturen um 5oo°, gegebenenfalls
auch 6oo° und darüber. Bei Temperaturen von 500° ist es noch grau gefärbt, während
bei Anwendung höherer Temperaturen, beispielsweise über 6oo°, ein praktisch reinweißes
Erzeugnis anfällt. Das beim Erhitzen auf 400° und darüber anfallende, aus Trialkaliphosphat
bestehende Erzeugnis wird nach Bedarf abgefüllt, wobei Zoo bis 2oo° heiße Teilmengen
davon in die das durch Vermischung von H3P03 und Na 0 H erhaltene Gemisch von Dinatriumphosphit
und Natronlauge enthaltende Doppelschnecke rückgeführt werden. Die Verweilzeit der
den Drehrohrofen durchlaufenden Masse ist abhängig von der im Ofen erreichten Wärme.
Treten an dessen Austrittsseite für das Trialkaliphosphat Temperaturen von i ooo°
und mehr auf, so ist nach dem Durchlaufen des Ofens im Verlaufe von 1o bis 12 Minuten
die Umsetzung des eingefüllten Gutes beendet. Werden nur etwa 85o bis goo° erreicht,
so beträgt die Laufzeit durch den Ofen etwa 2o und beim Erreichen von nur 7oo° etwa
4o Minuten. Ein Anbacken oder Verkrusten der Ofenwandungen tritt an keiner Stelle
ein. Das den Ofen verlassende Erzeugnis enthält 4z,6 bis 42,8 °/o P20, d. h. es
besteht zu 98 °/o bis 9g °/o aus Na. P04.