PT91139B - Processo para a preparacao de fosfatos por fusao - Google Patents

Description

PROCESSO PARA A PREPARAÇÃO DE FOSFATOS POR FUSÃO

RUONE-POULENC OHIUIE

A presente invenção diz respeito a um novo processo para a preparação de fosfatos, assim como aos produtos por este processo.

Sabe-se que certos fosfatos podem ser obtidos por fusão dos seus precursores. Assim, podem preparar-se por fusão halo, geno-fosfatos que são sais do anião PO^X , formula na qual X representa um átomo de halogéneo.

Estes sais são geralmente obtidos por fusão de precurs& res que podem ser, por um lado, sais de ácido ortofosfórico, ácido pirofosforico ou ácido metafosforico e, por outro lado, sais de halogenetos, como os halogenetos de metais alcalinos ou alcalino-terrosos e, em particular, o fluoreto de sodio.

Igualmente, sabe-se que se podem preparar, por fusão dos seus precursores, fosfatos do tipo polifosfatos, que são os polímeros dos ortofosfatos ou dos pirofosfatos. Entre os polifos fatos que podem ser obtidos por fusão podem citar-se os que per tencem às seguintes famílias:

tripolifosfatos, que são sais do ácido tripolifosfórico (do qual apenas foi possível evidenciar a existência de sais) de formula Η^Ρ^Ο-^θ;

metafosfatos, que são sais dos ácidos metafosforicos de formula (HPO^)_n, na qual o símbolo n representa um numero inteiro (quando n e igual a 3 ou 4, o ácido ou o seu sal encont

ra—se sob a forma cíclica e quando n é maior ou igual ί, o ácido ou o seu sal estão sob a forma linear).

Os polifosfatos podem preparar-se por fusão de ortofosfatos.

Sob a acção do calor, os ortofosfatos condensam-se até à obtenção do polímero pretendido. No entanto, podem empregar-se igualmente outros precursores.

Assim, os tripolifosfatos podem ser obtidos por fusão dos pirofosfatos e os metafosfatos por fusão dos pirofosfatos, tripolifosfatos ou de outros metafosfatos.

Neste caso, igualmente, trata-se de um fenómeno de condensação que se produz sob o efeito do calor (ou termocondensação). Esta termocondensação de libertação de vapor de água.

De uma maneira geral, os fosfatos são salificados por um ou vários elementos metálicos.

A quantidade e a natureza destes elemento metálicos podem depender dos precursores fosfatados descritos anteriormente, mas podem igualmente depender de outros precursores tais como sais minerais como, por exemplo, os sais de halogenetos citados anteriormente e de sais de metais alcalinos ou alcalino-terrosos .

Até ao presente, a preparação dos fosfatos por fusão realizou-se por meio de fornos do tipo de fornos de vidro. No entanto, estes fornos apresentam numerosos inconvenientes.

Assim, estes fornos de grandes dimensões são dotados de paredes constituídas por tijolos de materiais refractários liga dos entre si por meio de um cimento

De uma maneira geral,

material refractário é a zirconia.

Por este motivo, os fosfatos obtidos com utilização destes fornos são sempre poluídos por zircánio, o que pode tor ná-los pouco adaptados em certos domínios de aplicação, por exemplo, no campo agro-alimentar.

Por outro lado, estes fornos não têm a vantagem de ser polivalentes. Assim, se estes fornos se utilizaram para prepa rar, por exemplo, um polífosfato de um elemento metálico, o em prego ulterior do mesmo forno para preparar um polífosfato de um outro elemento metálico provoca mais uma vez uma poluíçao.

Com efeito, vestígios do elemento metálico do primeiro polifosfato vao ficar presentes no forno de vidro. Quando este último é utilizado para preparar o outro polífosfato, estes vestígios vão diminuir a pureza do produto obtido. Por esse facto, um mes. mo forno de vidro não é geralmente utilizado sem inconvenientes, a menos que se destine a preparação do mesmo fosfato.

Alem disso, verificou-se que estes fornos, quando eram utilizados para a produção de produtos corrosivos, como os halo geno-fosfatos e certos polifosfatos, perfuravam-se ao fim de um certo tempo de utilização. Esta perfuração parece ser essencial mente devida ao ataque do cimento que liga os tijolos do forno pems referidos produtos corrosivos.

Acresce ainda, que os fornos de vidro são grandes consu midores de energia, tornando assim o custo dos materiais a preparar relativamente elevado e, em virtude das suas dimensões im portantes, é preciso várias horas, senão vários dias, antes de se atingir a temperatura de fusão.

A fim de obviar os inconvenientes citados antes dos pro cessos de preparação dos fosfatos, a requerente desenvolveu um processo para a preparaçao por fusão destes produtos que, ass.im, não são poluídos pelo zircdnio.

Por outro lado, este processo permite a obtenção sucessiva de fosfatos que podem apresentar elementos metálicos diferentes. Este processo á, além disso, relativamente económico em consumo de energia, de realização rápida e necessita apenas um espaço restrito.

Um primeiro objecto da presente invenção é pois um tal processo de fusão.

Um outro objecto da invenção é constituído pelos fosfatos obtidos por este processo.

A presente invenção refere-se, portanto, a um processo para a preparação de fosfatos por fusão dos seus precursores, caracterizado pelo facto de a fusão se realizar por indução electromagnética.

No quadro da invenção, a fusão é geralmente realizada por indução electromagnética de alta frequência.

Verifica-se que a preparação por fusão dos fosfatos, implicando geralmente a termocondensação dos precursores dos re feridos fosfatos, provoca uma libertação de água no banho de fu são (no quadro da invenção, entende-se portanto por termoconden sação, a condensação sob efeito do caior.de precursores, traduzindo-se esta condensação nomeadamente por uma libertação de água).

Ora, sabe-se que a presença de água em tais condições provoca aumento considerável da resistividade. Concluiu-se que esta libertação de água teria podido provocar um entrave que se

5.

pode considerar como inibitório para um tal processo de preparação dos fosfatos por fusão mediante indução.

No entanto, a realização prática da presente invenção permitiu mostrar de maneira surpreendente que isso não acontecia e que a preparação dos fosfatos por fusão por indução á, portanto, completamente realizável.

Por esse motivo, a presente invenção alarga-se igualmente a um processo de preparação de compostos por fusão e ter mocondensação dos precursores dos referidos compostos, caracterizado pelo facto de a fusão e a termoconder.sação se realizarem por indução electromagnática.

No quadro da presente invenção, a fusão realiza-se, pre ferivelmente, num forno de indução que, de maneira vantajosa, pode funcionar em contínuo.

A título de fornos de indução, podem citar-se os fornos de indução com auto-cadinhos. Estes fornos caracterizam-se pelo facto ce se formar socre as respectivas paredes uma crosta isoladora (ou auto-cadinho) constituída pelo produto a prepa~ar.

A título de fornos com auto-cadinho, podem citar-se os fornos de cadinhos 'frios descritos, aliás, na técnica anterior.

Os fomos com cadinhos frios compreendem geralmente, por um lado, um pote constituído por um material com condutor do ca lor, tal como o cobre, cujas paredes são>arrefecidas por circulação de um líquido de arrefecimento, tal como a água e, por ou tro lado, uma espira percorrida por uma corrente de indução de alta frequência.

Alguns fornos com cadinho frio podem ser utilizados em contínuo. Assim, o pedido de patente de invenção francesa núb me ro

2.595-715 descreve um forno que possui um fundo perfura, do com um orifício através do qual se escoam os produtos prepa rados por fusão.

De maneira vantajosa, utilizam-se, no âmbito da presen te invenção, fornos de auto-cadinhos, designados por fornos de espira directa ou de espiras directas. Estes fornos são consti tuídos oor uma ou várias espiras de material condutor, tal como cobre, arrefecidas por circulação de um liquido de arrefecimento, tal como a água.

A espira ou as espiras, percorridas por uma corrente de indução de alta frequência, constituem elas próprias as paredes do forno.

De maneira geral, os fornos com espiras directas apresentam em relação aos fornos com cadinhos frios a vantagem de te rem um menor-consumo de energia eléctrica e possuírem um melhor rendimento térmico.

De maneira preferível, no quadro da presente invenção, utilizam-se fornos de indução de espira única. Assim, verificou-se que um forno como o descrito na patente de invenção euro peia número 119587 permite obter muito bons resultados. Este forno possui uma parede cilíndrica cortada segundo uma linha com a forma helicoidal que constitui uma espira^rúnica, plana, de várias voltas. Este forn.o pode ser posto em funcionamento de maneira contínua.

De acordo com o processo da presente invenção, os precursores dos fosfatos a preparar são introduzidos no forn.o de in dução. Os precursores podem, por exemplo, encontrar-se sob a forma de um pó ou, eventualmente, de uma pasta

A corrente de indução que percorre ss paredes co forno permite aquecer os citados precursores por indução electromag·nética até se atingir a sua fusão.

Vantajosamente, a fusão dos precursores é provocada por meio de um dispositivo de iniciação.

Este dispositivo de iniciação pode ser constituído,por exemplo, por uma barra ou _por uma coroa de material tal como platina, zircónio ou grafite, que se introduz na massa da carga de precursores. 0 iniciador aquece por convecção uma certa quantidade de precursores e depois é retirado da massa. Geralmente, o iniciador é retirado quando 36 a óO Λ da referida massa se encontra jé no estado fundido. A fusão é então realizada unicamente por indução electromagnética.

facto de o iniciador poder ser constituído por zircénio, provoca apenas uma ligeira poluição dos procutos preparados por este elemento. Com efeito, o iniciador é retirado de maneira suficientemente rápida para poluir apenas numa proporção muito fraca os produtos preparados, e isso, unicamente na primeira fase da produção. De preferência, o iniciador é cons tituldo por grafite, que é não poluente. Além disso, o desgaste de um tal tipo de iniciador é muito pequeno.

Em virtude do arrefecimento enérgico, forma-se rapidamente sobre as paredes internas do forno- uma crosta de fosfatos, que vai isolar o produto em fusão das paredes do forno. 0 produto em fusão pode então ser recuperado cor despejamento superior do forno.

λ medida que o produto preparado é recuperado, pode ali. mentar-se o forno continuamente com novas cargas de precursores.

por exemplo por meio de uma tremonha vibrante.

Um aperfeiçoamento do processo que constitui o objecto da presente invenção consiste em se realizar a fusão dos precur sores na presença do sal pretendido termoconder.sado previamente fundido no forno de indução. 0 volume do sal fundico termocondensado deve ser suficiente para criar um aquecimento por indução e uma massa térmica susceptível de fundir os precursores in troduzidos ulteriormente. Este modo operatório permite uma realização da fusão muito mais rápida dos precursores e evita a condensação de vapor de água sobre as paredes.

Quando uma operação de preparaçao de um fosfato de acor do com o processo da presente invenção está terminada, pode então realizar-se uma nova operação, a qual pode visar a preparação de um outro fosfato.

Para realizar isto, basta partir a crosta formada sobre as paredes do forno e introduzir nele os precursores do novo produto que se pretende preparar.

De acorco com uma característica secundária da presente invenção, podem-se recobrir as paredes internas do forno no qual são introduzidos os precursores com uma camada de material refractário. A título de material refractá^io s utilizar, pode ci tar-se a zircónia ou a sílica.

produtos a paredes do então sobre esta preparar se vai forno.

camada fo rmar que a e não crosta constituída pelos directamente sobre as

De novo, o facto de esta camada poder ser de zircónia não afecta se não em pequena medida a pureza do produto a preparar, uma vez que se vai formar rapidamente uma crosta dos meneio nados fosfatos sobre a camada de zircónia, isolando esta última

dos produtos em fusão.

De uma maneira geral, s corrente de indução necessária para realizar a fusão dos precursores dos fosfatos a preparar possui uma frequência compreendida entre 50 hertz e 500 quilo hertz e, de preferência, compreendida entre 5 θ 9-0 quilohertz.

A título de fosfatos que podem preparar-se por fusão de acofdo com o processo da presente invenção, podem citar-se os halogeno-fosfatos e os polifosfatos.

A título de halogeno-fosfatos, podem citar-se os fluorofosfatos de pelo menos um metal alcalino ou alcalino-terroso e, mais particularmente, o monofluorofosfato dissódico.

Como polifosfatos que se podem preparar pelo processo de acordo com a presente invenção, podem citar-se os que pertencem às famílias dos tripolifosfatos ou dos metafosfatos, tais como o hexametafosfato de sódio, o pentapolifosfato de sódio ou o tetrapolifosfato de sódio. Todos estes sais possuem pelo menos um elemento metálico.

A titulo de elemento metálico, podem citar-se, nomeadamente, os metais alcalinos ou alcalino-terrosos, o alumínio, o cobre, o vanádio e o ferro.

A presente invenção tem igualmente como objecto os fos. fatos e, nomesdamente, os halogeno-fosfatos e os polifosfatos obtidos por fusão dos seus precursores segundo o processo descrito anteriormente.

Os Exemplos seguintes são apresentados a título indica tivo e não podem ser considerados como um limite do domínio e do espírito ria invenção.

Exem/5

Exemplos

Exemplo 1

Processo psra a preparaçao de hexametafosfato de sódio

Em um forno de indução com auto-cadinhos de espira única, tal como o descrito na patente de invenção europeia número 199877, que possui um diâmetro interno de 600 milímetros e uma altura de 3θθ milímetros e cujas paredes internas são re cobertas com uma camada de zircónia, introduz-se uma carga ini ciai de 110 quilogramas de hexametafosfato de sódio. 0 forno é alimentado por um gerador com a potência de 50 quilovátios e que funciona à frequência de 35 quilohertz. Nesta carga, introduz-se um iniciador de zircónio, que permite iniciar a fusão. Este iniciador é retirado do banho de fusão ao fim de cerca de duas horas e proçede-se então 3 uma alimentaçao em contínuo de pirofosfato ácido dissódico.

A alimentação realiza-se por meio de uma tremonha vibratória, na proporção de ÓO a o0 quilogramas/hora. 0 hexame tafosfato de sódio produzido é recuperado continusmente por vazamento superior para uma lingoteira e depois arrefecido.

A produção de hexametafosfato de sódio é igual a cerca de 80 quilogramas/hora.

produto depois de arrefecidos é pulverizado por meio de um pulverizador de lâminas e analisado.

Este produto apresenta as seguintes características: comprimento da cadeia médio igual a 23q percentagem de Ρ2θ5 ^em peso superior a 05 /:

ausência de produtos cujo comprimento da cadeia está compreendido entre 1=3;

quantidade de matéria insolúvel nula.

pH de uma solução aquosa a 1 % em peso do hexametafosfato de sódio assim produzido é igual a ó,25.

Exemplo 2

Processo de preparaçao de pentapolifosfato de sódio.

No mesmo forno que se descreveu no Exemplo 1 que é per corrido pela mesma corrente de indução, introduz-se uma carga inicial de 120 quilogramas de pentapolifosfato de sódio. Introduz-se um iniciador de zircónio, que se retira ao fim de duas horas.

Alimenta-se então o forno em monossódico e ortofosfato dissódico, é seguinte:

contínuo com ortofosfato cuja proporção em massa

NaH₂P0₁₊A^Ta₂.HP0₁₊ = 2.

por meio de uma tremonha vibratória, na proporção de cO a 30 quilogramas/hora.

pentapolifosfato de sódio produzido é recuperado con tinuamente por vazamento superior para uma lingoteira e depois arrefecido.

A produtividade de per apolifosfato de sódio é igual a quilogramas/hora.

produto arrefecido é pulverizado num moinho de lãmi nas e analisado.

produto obtido apresente as seguintes característica s :

comprimento da cadeia médio, compreendido entre 4,5 θ relação Νε/ρ igual a 1,31; densidade do vidro igual a 2,4-5.

Uma solução aquosa a 1 % deste pentafosfato de sódio possui um valor de pH. a 7,8.

Uxemplo 3

Processo de Preparação de Monofluorofosfato Cissódico (Na^PCLF)

I—

No mesmo forno que se descreveu no Txemplo 1 e percorrido pela mesma corrente de indução, introdusem-se 70 quilogrs mas de uma carga inicial constituída por:

% de hexametafosfato de sódio e 20 % de fluoreto de sódio.

Ustes precursores sao aquecidos por meio de um iniciador de grafite ate a fusão.

Ao fim de setenta e cinco minutos, retira-se o ir.iciae alimenta-se o forno em contínuo com um pó com a mesma nature ra que se descreveu antes.

A alimentação realira-se po” meio de uma tremonha vibratória, na proporção de óO a 5j quilogramas/hora.

Após cerca de duas boras, o produto obtido é recuperado em contínuo por transvasamento par? uma lingoteira, _e depois η

a rrefecido.

p-oduto analisado possui um teo~ de rnonofluorofosfa to dissódico igual a 36 %.

Uma solução aquosa a 1 t do produto assim obtido possui um valor de pK igual a 7,3.

Exemplo 4

Processo para a Preparação de Tetrapolifosfato de sódio

No mesmo forno que se descreveu no Exemplo 1 e é percorrido pela mesma corrente de indução, introduzem-se 30 quilogramas de uma carga inicial constituída por uma mistura de fosfato monossódico e fosfato dissódico cuja relação em massa

NaH.PO, /Na_oHP0, = 1,33.

O 4- 2. 4

Estes precursores são aquecidos por meio ce um iniciador de grafite até à fusão.

Ao fim de setenta e cinco minutos, retira-se o iniciador e alimenta-se o forno em contínuo com um pó com a mesma na tureza que a que se descreveu antes.

A alimentação realiza-se por meio de uma tremonha vibratória, na proporção de óO a 30 quilogramas/hora.

Depois de ce^ca de duas horas, o produto obtido é recuperado em contínuo por transvazamente pa^a uma lingoteira e depois arrefecido.

produto possui as seguintes características:

comprimento médio da cadeia compreendido entre j ,9 e

1b

b,3 relação molar Na/p = 1,33 + 0,01; pH da solução aquosa a 1 % - 3,05; percentagem de ?2θ5 ⁼ 59>θ5 ⁺ 0,5Rei-15-

Claims (14)

1. Reivindicaçoes

   1.- Processo para a preparação de fosfatos mediante fusão dos seus precursores, caracterizado pelo facto de se realizar a fusão por indução electromagnética.
2. 2. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de se realizar a fusão num forno de indução de auto-cadinho.
3. 3. - Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo facto de o forno ser um forno de cadinho frio.
4. 4. - Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo facto de o forno ser um forno de espira directa.
5. 5. - Processo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo facto de o forno ser um forno de espira única.

   -166. - Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado pelo facto de o mencionado processo ser realizado em contínuo.
6. 7. - Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado pelo facto de a fusão dos citados precursores se iniciar por meio de escorvamento.
7. 8. - Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado pelo facto de se realizar a operação de fusão dos precursores na presença do fosfato termocondensado pretendido previamente fundido.
8. 9. - Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado pelo facto de a fusão por indução se realizar por meio de uma corrente de indução que possui uma frequência compreendida entre 50 hertz e 500 quilo-hertz e, de preferência, compreendida entre 5 e 40 quilo-hertz.
9. 10. -Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado pelo facto de a fusão se realizar num forno de indução cujas paredes internas são revestidas com uma camada de um material refractário.
10. 11.- Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado pelo facto de se prepararem fosfatos qu são halogenofosfatos ou polifosfatos.
11. 12. - Processo de acordo com a reivindicação 11, caracteriza do pelo facto de se prepararem halogenofosfatos que são fluorofos fatos de, pelo menos, um metal alcalino ou alcalino-terroso.
12. 13. - Processo de acordo com a reivindicação 12, caracteriza do pelo facto de se preparar um fluorofosfato do tipo monofluorofosfato dissódico.
13. 14. - Processo de acordo com a reivindicação 11, caracteriza do pelo facto de se prepararem polifosfatos que são tripolifosfatos ou metafosfatos.
14. 15. - Processo de acordo com a reivindicação 14, caracteriza do pelo facto de se prepararem metafosfatos do tipo de hexametafo fato de sódio, pentapolifosfato de sódio ou tetrapolifosfato de sódio

    Lisboa, 12 de Julho de 1989 0 Aflont· Oficial da Propriedade Industria!