PL222081B1 - Sposób podwyższania gęstości nasypowej trójpolifosforanu sodu - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób podwyższania gęstości nasypowej trójpolifosforanu sodu, umożliwiający otrzymywanie produktu o wysokiej gęstości nasypowej.

Powszechnie znana i szeroko stosowana w praktyce przemysłowej metoda wytwarzania trójpolifosforanu sodu (Na5P3O10) polega na neutralizacji kwasu fosforowego sodą przy stosunku molowym Na : P zbliżonym do 1,67. Otrzymany roztwór zawierający mieszaninę ortofosforanów (fosforanów mono- i disodu) suszy się rozpyłowo, przez co następuje proces ich dehydratacji i częściowej kondensacji. Następnie produkt otrzymany z rozpyłowego suszenia roztworu ortosforanów kalcynuje się w temperaturze 400-550°C, w efekcie czego zachodzi proces dalszej kondensacji ortofosforanów do trójpolifosforanu sodu. Wytworzony tą znaną metodą trójpolifosforan sodu (TPFS) posiada po kalcy₃ nacji gęstość nasypową około 0,54 kg/dm³. Granule kalcynowanego TPFS mają wygląd pustych w środku kuleczek (tzw. wydmuszek). Powierzchnia kuleczek jest pofałdowana, różnej grubości i porowata.

Trójpolifosforan sodu stosowany jest głównie do produkcji proszków do prania, środków myjących i czyszczących. Jego zawartość w proszkach do prania wynosi przeciętnie od 20 do 40% wag.

Przyczyną szerokiego stosowania TPFS w produkcji proszków do prania są jego korzystne cechy, takie jak właściwości sekwestracyjne pozwalające na wiązanie rozpuszczalnych w wodzie kompleksów jonów metali, zwłaszcza magnezu i wapnia. Ma on odczyn alkaliczny, co pozwala ograniczyć skutki twardości wody, zapobiegać tworzeniu się osadów na elementach grzejnych pralek, powodować wtórne rozpuszczanie osadów zawierających wapń i magnez, które pozostały w odzieży po poprzednich praniach. Zwiększa także aktywność powierzchniową czynnych składników detergentów.

Stały postęp w dziedzinie proszków do prania, środków myjących i czyszczących doprowadził do powstania szeregu nowych rozwiązań. Wytwarzane są produkty w postaci proszków kompaktowych czy tabletek, o zwiększonej gęstości nasypowej i podwyższonej zawartości środków powierzchniowo czynnych. Obecnie produkowane proszki do prania mają gęstości nasypowe od około

0,80 kg/dm³ nawet do powyżej 1,00 g/dm³.

Oczywistym jest, że otrzymywanie proszków do prania o wspomnianej gęstości nasypowej nie jest możliwe przy wykorzystaniu do ich produkcji TPFS wytworzonego przedstawioną powyżej znaną metodą.

Stąd też obecnie dla produkcji proszków do prania stosuje się szereg metod pozwalających podnieść gęstość nasypową TPFS.

Najprostszym sposobem zwiększenia gęstości nasypowej TPFS, otrzymywanego przez kalcynację wysuszonego rozpyłowo roztworu ortofosforanów - jest zmielenie granul kalcynowanego TPFS.

₃

Operacja taka pozwala osiągnąć gęstość nasypową zmielonego TPFS na poziomie 0,85 kg/dm³. Otrzymany produkt jest jednak drobnoziarnistym pyłem, co znacznie ogranicza możliwości jego zastosowań, gdyż preferowaną obecnie formą TPFS jest produkt granulowany. Uziarnienie uzależnione jest od potrzeb wytwórcy proszków piorących.

Inna dosyć szeroko stosowana metoda, zwana metodą kompaktowania, polega na otrzymywania TPFS tzw. „ciężkiego” (tj. o wysokiej gęstości nasypowej) poprzez sprasowanie TPFS, uzyskanego w procesie kalcynacji wysuszonego rozpyłowo roztworu ortofosforanów, na prasie walcowej pod bardzo wysokim ciśnieniem, co niszczy te strukturę „wydmuszek”, a następnie zmielenie zaglomerowanego produktu i rozdziale na sitach odpowiednich frakcji ziarnowych. Tą metodą otrzymuje się granu₃ lowany TPFS o gęstości nasypowej w granicach lub nieco powyżej 1,0 kg/dm³.

Z publikacji: Marcin Banach i inni, pt. „Tripolifosforan sodu o dużym ciężarze nasypowym otrzymany metodą chemiczną, Przemysł Chemiczny 88/11 (2009), s. 1236-1239, znany jest sposób otrzymywania TPFS o dużej gęstości nasypowej, w którym orto- i pirofosforany, powstałe podczas suszenia rozpyłowego roztworów fosforanu sodu, miesza się przed kalcynacją z wodą w stosunku 1:0,22. Mieszaninę tą kalcynuje się w temperaturze 550°C dla uzyskania Fazy 1 oraz w temperaturze 400°C dla uzyskania Fazy II.

Podobnie w publikacji: Marcin Banach i inni, pt. „Wpływ parametrów procesu wytwarzania tripolifosforanu sodu na jego gęstość nasypową, Przemyśl Chemiczny 2010 nr 4, s.286-288 wskazano możliwość wytwarzania TPFS o podwyższonej gęstości nasypowej, rzędu 0,9-0,95 kg/dm³, przy użyciu wysuszonych rozpyłowo fosforanów sodu zmieszanych z wodą.

W artykule: Marcin Banach i inni, pt. „A Chemical method of the production of „heavy” sodium tripolyphosphate with the higher content of Form I or Form II”, Polish Journal of chemical Technology,

PL 222 081 B1

Volume 11, Number 2/2009, pages 13-20, ujawniono możliwość podwyższenia gęstości nasypowej ₃

TPFS do wartości rzędu 1,04-1,07 kg/dm³ poprzez zmieszanie ze sobą przed kalcynacją stałych ortofosforanów sodu, wody i trójpolifosforanu sodu o granulacji poniżej 0,25 mm.

Ponadto z publikacji: Katarzyna Gorazda i inni, pt. „Zwiększanie gęstości nasypowej tripolifosforanu sodu metodą chemiczną’, Przemysł Chemiczny 2010 nr 89/4 s.356-358 znany jest sposób otrzymywania TPFS o podwyższonej gęstości nasypowej. W publikacji ujawniono, że gęstość nasypową TPFS zwiększa się poprzez ucieranie mieszaniny stałych fosforanów sodu, po procesie suszenia rozpyłowego, z roztworem ortofosforanów sodu, a następnie kalcynację otrzymanych mieszanek w temperaturze 350-550°C. Wspomniane mieszanki sporządzano przez rozcieranie 100 g stałych fosforanów sodu z 25 g roztworu ortofosforanów sodu.

Według tych znanych rozwiązań, dodatek wody lub wodnego roztworu fosforanów sodu powoduje częściowe rozpuszczanie wysuszonych rozpyłowo ortofosforanów, wypełnianie por powierzchni „wydmuszek’ i jej wygładzenie, a także wnikanie wody do wnętrza wydmuszek. Wskutek tego wsad do kalcynacji zawiera już surowiec o charakterystyce fizykochemicznej innej niż uzyskany podczas suszenia rozpyłowego roztworów fosforanów, dzięki czemu można, po kalcynacji, otrzymać TPFS ₃ o gęstości nasypowej powyżej 0,85 kg/dm³.

Literatura patentowa podaje szereg rozwiązań otrzymywania TPFS o wysokiej gęstości nasypowej poprzez kompaktowanie TPFS otrzymywanego przez kalcynowanie wysuszonego roztworu ortofosforanów.

Przykładowo, według opisu patentowego GB 1063828 trójpolifosforan sodu o wysokiej gęstości nasypowej jest formowany przez kompaktowane TPFS zwilżonego wodą w ilości do 1,5% wag. w stosunku do TPFS, którą spryskuje się TPFS. Alternatywnie, zamiast wody stosuje się roztwór ortofosforanów, który rozprowadza się na TPFS. Po kompaktowaniu i przed albo po wysuszeniu TPFS może być granulowany.

Z kolei, sposób wytwarzania kompaktowanego trójpolifosforanu sodu zgodnie z polskim zgłoszeniem patentowym P-340514 polega na tym, że półprodukt będący trójpolifosforanem sodu, głównie w postaci fazy I (wysokotemperaturowej), nawilża się wodą w sposób szybki i równomierny tak, by uzyskać materiał o zawartości wody 4-9,5% wag., korzystnie 7% wag., a następnie kompaktuje się go na walcach.

Zagadnieniem technicznym postawionym do rozwiązania jest podwyższenie gęstości nasypowej trójpolifosforanu sodu wytworzonego przez kalcynowanie produktu rozpyłowego suszenia roztworu ortofosforanów, przy jednoczesnym wyeliminowaniu z procesu wytwarzania operacji kompaktowania czy zwilżania półproduktu wodą lub wodnym roztworem fosforanów sodu.

Stwierdzono niespodziewanie, że gęstość nasypową TPFS można również podwyższyć poprzez dodanie zawiesiny wysuszonych rozpyłowo fosforanów sodu w roztworze ortofosforanów sodu do TPFS - produktu po kalcynacji. Mechanizm tego procesu polega na rekrystalizacji w układzie roztworu przesyconego ortofosforanów sodu oraz hydratacji TPFS. Granule stałego TPFS sodu pełnią rolę zarodków krystalizacji, na których powierzchni jak i wewnątrz struktury, zachodzi proces rekrystalizacji. W układzie takim następuje równoczesna hydratacja TPFS, częściowe rozpuszczanie i rekrystalizacja. Uzyskana w ten sposób półsucha mieszanka stanowi zagęszczony półprodukt kierowany do kalcynacji. W wyniku procesu temperaturowego następuje ponowna kondensacja do TPFS o znacznie wyższym upakowaniu kryształów, a co za tym idzie wyższej gęstości nasypowej.

Zgodnie z wynalazkiem, sposób podwyższania gęstości nasypowej trójpolifosforanu sodu, charakteryzuje się tym, że granule TPFS będącego produktem kalcynowania rozpyłowo wysuszonego roztworu ortofosforanów sodu, rozdrabnia się w obecności zawiesiny wysuszonych rozpyłowo fosforanów sodu w roztworze ortofosforanów sodu, a następnie kalcynuje w znany sposób w temperaturze 400-550°C.

W sposobie według wynalazku stosunek masowy rozdrabnianego TPFS do zawiesiny fosforanów sodu wynosi od 2,2:1 do 1,4:1, przy czym stosuje się zawiesinę o temperaturze 70-90°C, zawierającą roztwór ortofosforanów o zawartości związków fosforu 11,6-17,4% (w przeliczeniu na P2O5) zmieszany z fosforanami sodu (fazą stałą) w stosunku masowym roztwór do fosforanów sodu w zawiesinie od 1,5:1 do 1:1.

₃

Tak uzyskany produkt kalcynacji (TPFS) ma gęstość nasypową w granicach 0,90-0,96 kg/dm³.

Korzystnie, otrzymany jak wyżej produkt kalcynacji (TPFS) rozdrabnia się powtórnie w obecności wskazanej wyżej zawiesiny fosforanów sodu w roztworze ortofosforanów sodu, a następnie powtór4

PL 222 081 B1 nie kalcynuje w znany sposób, przy masowym stosunku skalcynowanego TPFS do zawiesiny wynoszącym od 2,2:1 do 1,4:1.

Po ponownym zmieszaniu uzyskanego jak wyżej kalcynowanego TPFS z zawiesiną, kalcyno₃ wany po raz kolejny produkt zwiększa jeszcze swoją gęstość nasypową do poziomu do 1,09 kg/dm^{1 2 3}, wskutek podobnych mechanizmów jak opisano wyżej.

W efekcie sposobem według wynalazku można otrzymać „ciężki” trójpolifosforan sodu o wyso₃ kiej gęstości nasypowej, regulowanej w zakresie od 0,99 do 1,09 kg/dm³, zawierający podstawową frakcję granulowaną o uziarnieniu 0,3-0,8 mm.

Sposobem według wynalazku można wytwarzać trójpolifosforan sodu o wysokiej gęstości nasypowej, zawierający zarówno Fazę I jak i Fazę II. Przy temperaturze kalcynacji 400°C uzyskuje się TPFS „ciężki” zawierający Fazę II, a przy temperaturze 550°C TPFS „ciężki” zawierający tylko Fazę I.

Sposób podwyższania gęstości nasypowej trójpolifosforanu sodu ilustrują następujące przykłady.

P r z y k ł a d I ₃

Do 90 części wagowych kalcynowanego TPFS o gęstości nasypowej 0,95 kg/dm³, (uzyskanego w znany sposób) dodano 53 części wagowe zawiesiny zawierającej roztwór ortofosforanów sodu o stężeniu związków fosforu 13,7% P2O5 i wysuszone rozpyłowo fosforany sodu. Stosunek wargowy obu tych składników wynosił 1:1. Zawiesinę przygotowano mieszając oba składniki w mieszalniku laboratoryjnym w temperaturze 80°C. Mieszaninę kalcynowano w laboratoryjnym piecu komorowym ogrzewanym elektrycznie przez 60 minut, otrzymując w temperaturze kalcynacji 400°C TPFS zawierający wyłącznie Fazę II, a przy maksymalnej temperaturze kalcynacji 550°C trójpolifosforan sodu za₃ wierający wyłącznie Fazę I, w łącznej ilości 120 części wagowych o gęstości nasypowej 1,08 kg/dm³, zawierający frakcję granulowaną o uziarnieniu 0,3-0,8 mm w ilości 89%.

P r z y k ł a d II ₃

Do 95 części wagowych kalcynowanego TPFS o gęstości nasypowej 0,92 kg/dm , (uzyskanego w znany sposób) dodano 56 części wagowych zawiesiny zawierającą roztwór ortofosforanów sodu o stężeniu związków fosforu 13,9% P2O5 i wysuszone rozpyłowo fosforany sodu. Stosunek wagowy obu tych składników wynosił 1:1. Zawiesinę przygotowano mieszając oba składniki w mieszalniku laboratoryjnym w temperaturze 80°C. Mieszaninę kalcynowano w laboratoryjnym piecu komorowym ogrzewanym elektrycznie przez 60 minut, otrzymując w temperaturze kalcynacji 400°C TPFS zawierający wyłącznie Fazę II, a przy maksymalnej temperaturze kalcynacji 550°C trójpolifosforan sodu za₃ wierający wyłącznie Fazę I, w łącznej ilości 127 części wagowych o gęstości nasypowej 1,09 kg/dm³, zawierający podstawową frakcję granulowaną o uziarnieniu 0,3-0,8 mm w ilości 89%.

Claims (2)

1. Sposób podwyższania gęstości nasypowej trójpolifosforanu sodu, znamienny tym, że trójpolifosforan sodu, będący produktem kalcynowania rozpyłowo wysuszonego roztworu ortofosforanów sodu, rozdrabnia się w obecności zawiesiny fosforanów sodu w roztworze ortofosforanów sodu, przy stosunku masowym rozdrabnianych fosforanów do zawiesiny wynoszącym od 2,2:1 do 1,4:1, przy czym stosuje się zawiesinę która ma temperaturę 70-90°C i zawiera roztwór ortofosforanów o zawartości związków fosforu 11,6-17,4% P2O5 zmieszany z wysuszonymi rozpyłowo fosforanami sodu w stosunku masowym roztwór do fosforanów w zawiesinie 1,5:1 do 1:1, po czym całość kalcynuje się w temperaturze 400-550°C.

2. Sposób wg zastrz. 1, znamienny tym, że produkt kalcynacji mieszanki trójpolifosforanu sodu i zawiesiny fosforanów sodu w roztworze ortofosforanów sodu ponownie miesza się z zawiesiną fosforanów sodu w roztworze ortofosforanów sodu, przy stosunku masowym produktu kalcynacji mieszanki trójpolifosforanu sodu i zawiesiny fosforanów sodu w roztworze ortofosforanów sodu do zawiesiny wynoszącym od 2,2:1 do 1,4:1, przy czym stosuje się zawiesinę która ma temperaturę 70-90°C i zawiera roztwór ortofosforanów o zawartości związków fosforu 11,6-17,4% P2O5 zmieszany z wysuszonymi rozpyłowo fosforanami sodu w stosunku masowym roztwór do fosforanów w zawiesinie 1,5:1 do 1:1, po czym całość ponownie kalcynuje się w temperaturze 400-550°C.