DE1667755B2 - Verfahren zur herstellung einer waessrigen mononatriumphosphatloesung - Google Patents
Verfahren zur herstellung einer waessrigen mononatriumphosphatloesungInfo
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Description
Die Erfiiiduiv: betrifft ein Verfahren zur Herstellung
einer wäßrigen Mononatriumphosphatlösunn mil niedrigem
Gehalt an Sulfationen durch Aufschluß von Rohphosphat mit Phosphorsäure in Gegenwart von
Natriumsulfat bei Temperaturen zwischen etwa 50 und 95°C und Abfiltrieren des ausgefällten Calciumsulfathalbhydrats.
Es ist bekanntlich möglich, das als Rückstand bei gewissen
Verfahren anfallende Natriumsulfat für die Herstellung
von Natriumphosphat zu verwenden. Das Natriumsulfat kann in der Praxis nach zwei verschiedenen
Methoden Aährend der Herstellung von Natriumphosphat aus Rohphosphat eingeführt werden.
Nachstehend wird für die Pezeichnung des Rohphosphats die Formel 4CaO-P2O5 j? braucht, aber die
gleichen Erwägungen gelten natürlich auch für die Rohphosphate, die eine andere Formel haben.
Nach der ersten Methode kann das Natriumsulfat im Augenblick des Aufschlusses des Rohphosphats
mit Schwefelsäure gemäß der folgenden Gleichung (1) eingeführt werden:
__ 1 ι? xioDn ία r-oQn _i_
Bei der zweiten Methode kann das Natriumsulfat bei einem erneuten Aufschluß des Rohphosphats mit vorher
hergestellter Phosphorsäure nach der folgenden Gleichung verwendet werden:
(4 CaOPnO5) + 6 H3PO4 + 4 Na8SO4 (2)
* _ β u Moor» _L_ α Γ*αη α. η η
— ο n2rNari_/4 -f- t v.<iau< -t- n2\_/
— ο n2rNari_/4 -f- t v.<iau< -t- n2\_/
In beiden Fällen erhält man bei Verwendung eines genügenden Säureüberschusses in guten Ausbeuten
eine flüssige Masse, die ein Gemisch von freier Phosphorsäure und Mononatriumphosphat enthält,
das lediglich neutralisiert werden muß, um es in Mononatriumphosphai zu überführen.
Ein solches Verfahren wares omit theoretisch sehr vorteilhaft, da es im Vergleich zu den üblichen Verfahren
zur Herstellung von Natriumphosphat aus Rohphosphat die gleichzeitige Einsparung von Schwefelsäure
und Natriumcarbonat ermöglichen würde. In der praktischen Anwendung hat ein solches Verfahren
jedoch einen großen Nachteil, der dadurch bedingt ist, daß die Lösungen, die aus einer Säure von normaler
Konzentration mit einem P2O5-Gehalt von 28 bis 30%
erhalten werden, immer reich an SO4---Ionen sind. Man erhält auf diese Weise flüssige Massen, die 4 bis 5 g
SO4-- pro 100 g P2O5 enthalten, und in vielen Fällen,
insbesondere für die Herstellung von Natriumtripolyphosphat, für das es sehr strenge Normen gibt, unbrauchbar
ist.
Die bei bekannten Verfahren erhältlichen Natriumphosphatlösungen müssen somit zumindest für gewisse
Zwecke einer anschließenden Entschwefelung unterworfen werden. Diese Maßnahme ist viel schwieriger
als die Entschwefelung von Phosphorsäure und erfordert teure Reagenzien, beispielsweise Bariumsalze, da
die weniger teuren Calciumsalze auf G.-und eines Gleichgewichts, das sich während der Ausfällung einstellt, keine vollständ!ge Entschwefelung ermöglichen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugründe, diese Nachteile auszuschalten und die direkte
Herstellung von wäßrigen Natriumphosphatlösungen, deren Gehalt an SO4- so niedrig ist, daß diese Lösungen direkt verwendet werden können, zu ermögis liehen.
Die Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren zur Herstellung einer wäßrigen Mononatriumphosphatlösung
mit niedrigem Gehalt an Sulfationen durch Aufschluß von Rohphosphat mit Phosphorsäure in
Gegenwart von Natriumsulfat bei Temperaturen zwischen etwa 50 und 95 C und Abfiltrieren des ausgefällten
Calciumsulfathalbhydrats, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man eine Phosphorsäure mit
einem P2O5-GehJt von mindestens 38 Gewichtsprozent einsetzt. Vorzugsweise wird bei Temperaturen
zwischen 55 und 8O0C gearbeitet.
Aus der USA -Patentschrift 3 211 523 ist zwar bereits
ein Verfahren zur Herstellung von Mononatriumphosphat mit niedrigem Fluorgehalt bekannt, doch
wird bei diesem bekannten Verfahren der Konzentration der zum Aufschluß verwendeten Schwefelsäure
keine besondere Bedeutung beigemessen; das Ziel des bekannten Verfahrens ist vielmehr die Erzielung besonders
großer Calciumsulfatkristalle, um die gebildeten Suspensionen leichter filtrieren zu können,
indem Lösungen und Feststoffe mehrfach umgewälzt werden. Diese Gipskristalle haben aber nicht die Fähigkeit,
Sulfationen zu binden, wie dies erfindungsgemäß beim Calciumsulfathalbhydrat der Fall ist.
. ι' ι » » ι ti ,FCi
Bestimmte wesentliche Merkmale des Verfahrens
gemäß der Erfindung sowie die Vorteile, die sich aus gewissen Besonderheiten des Verfahrens ergeben,
werden nachstehend erläutert. In erster Linie fällt das Calciumsulfat unter den obengenannten Reaktions-
« bedingungen in Form des Halbhydrats und nicht in
Form von Gips aus, wie dies beim Aufschluß von Rohphosphat
nut einer Phosphorsaure von niedrigerer Konzentration von beispielsweise 28 bis 30% P2O5
der Fall ist.
Dieses Halbhydrat weist eine Form auf, die sehr verschieden von dem Produkt ist, das beispielsweise
bei der klassischen Herstellung von konzentrierter Phosphorsäure anfällt. Dies wird durch die Abbildungen
und Zeichnung veranschaulicht.
Fig. 1 ist e;ne Mikroskopaufnahme des Halbhydrats,
das beim Aufschluß in Gegenwart von Natriumsulfat gemäß der Erfindung erhalten wird.
F i g. 2 ist eine bei der gleichen Vergrößerung erhaltenen
Mikroskopaufnahme des Halbhydrats, das bei der Herstellung von konzentrierter Phosphorsäure
mit etwa 40% P2O5 erhalten wird.
F i g. 3 ist eine graphische Darstellung des Gehaltes an SO4— in verschiedenen Lösungen aus dem Auf-Schluß
von Rohphosphat.
Die besondere Form der gemäß der Erfindung erhaltenen
Kristalle stellt ein wesentliches Merkmal der Erfindung dar (man vergleiche das Aussehen der
Kristalle in F i g. 1 und 2).
Das ausgefällte Halbh>drat, das unter den BeOngungen des Verfahrens gemäß der Erfindung ausgefällt
wird, hat die Eigenschaft, im Augenblick seiner BiI-dung einen Anteil des Natriumsulfats zu binden, der
bedeutend sein kann. Ferner läßt sich dieses Halbhydrat leicht abfiltrieren und gut waschen, ohne das
Natriumsulfat mitgenommen wird. Hierbei werden direkt Natriumphosphatlösungen mit geringer Konzentradon an Sulfationen erhalten. So ist der Gehalt
an SO4- in der Phosphatlösung und im ersten Waschwasser einer schnellen Wäsche auf dem Filter nicht
höher als 1 bis 1,5 g/100 g P2O5.
Man weiß nicht genau, in welcher Form das Natriumsulfat im ausgefällten Halbhydrat vorliegt. Eine
Begrenzung der Erfindung durch weitere theoretische Erwägungen ist somit nicht beabsichtigt. Es ist jedoch
bekannt, daß der Zustand des Natriumsulfats nicht einer einfachen Kristallisation entspricht, die aus einem
Sättigungszustand der Mutterlauge herrührt. In allen Fällen ist die Anwesenheit von Natriumsulfat in der
einen oder anderen Form in der Fällu.ig unbestreitbar nachgewiesen worden. Das Natriumsulfat kann beispielsweise
aus der Fällung freigemacht und extrahiert werden. Der Gehalt der Fällung an Natriumsulfat
kann außerdem sehr hoch sein.
Hs ist ferner zu bemerken, daß beim Verfahren gemäß der Erfindung ein direktes Abfiltrieren des
Ha'.bhydrats aus dem Reaktionsgemisch vorgesehen ist. Es ist nicht möglich, beispielsweise eine Zwischenhydratisierung
zu Gips nach Zugabe von Wasser vorzunel.men, da der Gehalt an SO4 in der Lösung
sofort steigen würde. Die direkte Abtrennung des Halbhydrats durch Filtration ist auch deshalb vorteilhaft.
weil die Filtration sowie das Waschen des Filterkuchens erleichtert werden. Ferner erstarrt das abgetrennte
Halbhydr.it bei der Umwandlung in Gips nicht und bleibt während seiner Trocknung sehr bröckelig.
Ein weiterer Vorteil des Verfahrens gemäß der Erfindung, auf den nachstehend eingegangen wird, macht
einen wesentlichen Unterschied zwischen der Wirkung der bei bekannten Verfahren verwendeten Phosphorsäure
mit niedriger Konzentration von beispielsweise 28 bis 30 % P2O5 und der erfindungsgemäß verwendeten
konzentrierten Phosphorsäure von beispielsweise 38 bis 40% P2O5 deutlich. Es wurde festgestellt, daß im
Verlaufe von Aufschlußreaktionen, bei denen zu Beginn unterschiedliche SO4 -Mengen eingesetzt werden,
die beim Verfahren gemäß der Erfindung erhaltene Fällung auf Basis des Hnlbhvdrats in irgendeiner
Weise die Rolle eines Puffers spielt, denn es hält unterschiedliche Natriumsulfatmengen zurück, während
der Gehalt der Lösung nur sehr wenig schwankt, zumindest bei SO4- -Mengen zwischen 85 und 95%.
Die Kurven in F i g. 3 veranschaulichen diese Eigenschaft.
Als Abszissen (x) sind die pro 100 g Rohphosphat eingesetzten SO4--Mengen in Gramm und
als Ordinaten (y) die SO4 --Mengen in Gramm aufgetragen,
die sich pro 100 g P2O5 in der Natriumphosphatlösung
befinden. Die Kurve A entspricht einer Aufschlußreaktion mit 39%iger Phosphorsäure
und die Kurve B einer Aufschlußreaktion mit 28%iger Phosphorsäure. Es ist zu bemerken, daß diese Eigenschaft
besondere Vorteile haben kann, wenn die Konzentration an SO4--Ionen der für -.';n Aufschluß
verwendeten Phosphorsäure leicht schwankt.
Bei den Versuchen, die in den folgenden Beispielen beschrieben werden, wurde die erfindungsgemäße
Reaktion uncer Verwendung von Phosphorsäure durchgeführt. Alle Versuche wurden bei 60°C unter Ver-Wendung der folgenden Ausgangsmaterialien durchgeführt:
Feststoff gemisch: 75%iges marokkanisches Phosphat, auf die für die Herstellung von Superphosphat
übliche Feinheit gemahlen, und gemahlenes Natriurasulfat (mit 52,7% Na2SO4).
Phosphorsäure mit 38 bis 39% P2O5. (Gehalt an
freiem SOr = 1,8 g/100 g PO)
Ein kontinuierlicher Aufschluß wurde durchgeführt, indem in einen Reaktor, der ein vorher gut bewegtes Gemisch enthielt, stündlich 793 g Feststoffgemisch und 893 g P2O5 in Form von 39%iger Phosphorsäure eingeführt
wurden. Gleichzeitig wurde eine gewisse Wasserrr.enge von etwa 440 -'Std. zugeführt, die so
berechnet war. daß das durch den Aufschluß loslich
gemachte P2O5 in geeigneter Weise verdünnt, das dem
Halbhydrat entsprechende Hydratwasser zugeführt und die Verdampfung ausgeglichen wurde. Diese
W..sserzugabe wurde ausgenutzt, um gleichzeitig eine
geringe Natriumsulfatmenge einzuführen, die so bemessen war, daß eine Gesamtmenge an SO1
(SO1 'der Phosphorsäure plus SO, des Na2SO1) von 89 g/100 g Gestein erhalten wurde.
(SO1 'der Phosphorsäure plus SO, des Na2SO1) von 89 g/100 g Gestein erhalten wurde.
Der Aufschluß wurde bei einer Temperatur von 6O0C und bei einer Verweilzeit in der Kammer von
3,25 Std. durchgeführt. Die abgezogene breiartige Masse wurde unter vermindertem Druck filtriert
(Dicke des Kuchens 20 mm).
Die Fällung wurde anschließend auf dem Filter zuerst dreimal mit im Kreislauf geführtem Waschwasser
aus vorherigen Versuchen und darn mit Wasser gewaschen. Für jede Wäsche wurde eine Flüssigkeitsmenge
verwendet, die etwa 270 ml/kg breiartige Masse entsprach. Diese Waschen wurden bei einer Temperatur
von etwa 70° C vorgenommen.
Die Filtrationsdauer wurde je nach dem Fortschritt der Waschen zwischen 2 Min. und 30 Sek. variiert.
Hierbei wurden erhalten:
eine Lösung, die folgende Bestandteile enthielt:
__
,*r* ~ no* /mn do
,*r* ~ no* /mn do
r η'Ιικ /m Dn
ein ersjes Waschwasser das mit der Losung vereiwurde und folSende
Bestandteile enthielt:
PoO5 = 36%,
SO4- = 1,05 g/100 g P2O5,
CaO = 1,5 g/100 g P2O5.
PoO5 = 36%,
SO4- = 1,05 g/100 g P2O5,
CaO = 1,5 g/100 g P2O5.
Die quantitative Bestimmung der im Kuchen festgehaltenen P2O5 ergab, daß der Gesamtverlust (Verlust
beim Aufschluß plus Verlust bei der Wäsche) 1,1 % der insgesamt eingesetzten P2O5 betrug.
Die Unterruchung des Halbhydrats (Ermittlung des Hydratisierungsgrades und Betrachtung des Röntgendiagramms) ergab, daß es während der Wäschen teilweise hydratisiert worden war. Es ließ sich trotzdem sehr gut handhaben. Ein Teil dieses feuchten Halbhydrats wurde langer als einen Monat an der Luft liegengelassen. Es bedeckte sich mit einer Natriumsulfatschicht, blieb aber trotz vollständiger Umwandlung in Gips äußerst bröckelig.
Die Unterruchung des Halbhydrats (Ermittlung des Hydratisierungsgrades und Betrachtung des Röntgendiagramms) ergab, daß es während der Wäschen teilweise hydratisiert worden war. Es ließ sich trotzdem sehr gut handhaben. Ein Teil dieses feuchten Halbhydrats wurde langer als einen Monat an der Luft liegengelassen. Es bedeckte sich mit einer Natriumsulfatschicht, blieb aber trotz vollständiger Umwandlung in Gips äußerst bröckelig.
Der Aufschluß wurde in der gleichen Weise, wie im Beispiel 1 beschrieben, durchgeführt, wobei jedoch eine
andere SO4~-Menge verwendet wurde, nämlich (unter
Berücksichtigung des SO4--Gehaltes der Phosphorsäure)
94 g/100 g Gestein. Die breiartige Masse wurde filtriert und die Fällung auf die im Beispiel 1 beschriebene
Weise gewaschen. Hierbei wurden erhalten:
eine Lösung mit folgenden Bestandteilen:
P2O6 =36 bis 37%,
SO4-*= 1,3 g/100 g P2O5,
CaO = 1,05 g/100 g P2O5;
SO4-*= 1,3 g/100 g P2O5,
CaO = 1,05 g/100 g P2O5;
ein erstes Waschwasser, das mit der Lösung vereinigt wurde und folgende Bestandteile enthielt:
P2O5 =36%,
SO4" = 1,3 g/100 g P2O5,
CaO = 1,05 g/100 g P2O5.
Der Gesamtverlust an P2O5 betrug etwa 1 %, bezogen
auf die insgesamt eingesetzte P2O5. Das auf die im
Beispiel 1 beschriebene Weise getrocknete Halbhydrat blieb völlig locker und bröckelig.
Der Aufschluß und die Wäsche wurden unter den im Beispiel 1 genannten Bedingungen durchgeführt,
jedoch wurde eine S04""-Menge von 84,5 g/100 g Gestein
verwendet. Hierbei wurden erhalten:
eine Lösung mit folgenden Bestandteilen:
SO4-= 0,85 g/100 g P2O5,
CaO =2,15 g/100 g P2O5;
CaO =2,15 g/100 g P2O5;
ein erstes Waschwasser mit folgenden Bestandteilen:
SO4- =0,8 g/100 g P2O5,
CaO = 2,2 g/100 g P2O5.
CaO = 2,2 g/100 g P2O5.
Der Gesamtverlust an P2O5 betrug 2%, bezogen auf
die insgesamt eingesetzte P2O5.
An Stelle von Phosphorsäure mit 38 bis 39% P1O5
wurden für den ersten Aufschluß Schwefelsäure von 66° Bd und Phosphorsäure mit etwa 30% P2O5 verwendet.
Im übrigen wurde wie im Beispiel I verfahren, wobei kontinuierlich in einen Reaktor, der ein
Gemisch aus einer vorherigen Reaktion enthielt, stündlich die folgenden Materialien eingeführt wurden:
793 g Feststoffgemisch wie in den vorigen Beispielen,
925 g Rohphosphat zur Ergänzung,
720 g H2SO4 von 66° Βέ,
2100 g Phosphorsäure mit 29,3% P2O5,
»5 440 g Wasser mit Zugabe von Na2SO4.
720 g H2SO4 von 66° Βέ,
2100 g Phosphorsäure mit 29,3% P2O5,
»5 440 g Wasser mit Zugabe von Na2SO4.
Die insgesamt zugeführte SP1---Menge betrug
89 g/100 g des in Feststoffgemisch enthaltenen Gesteins. Der Aufschluß wurde bei einer Temperatur von
ao 700C mit einer Verweilzeit des Gemisches im Reaktor
von 3,5 Std. durchgeführt.
Wie im Beispiel 1 wurde die abgezogene breiartige Masse unter Vakuum filtriert und der Filterkuchen
gewaschen. Auf Grund der gebildeten größeren Menge
as des Halbhydrats erforderte jedoch die Filtration ungefähr
die 5fache Dauer. Im wesentlichen die gleichen Ergebnisse wie im Beispiel 1 wurden erhalten.
Es ist ferner m Ircmerken. daß die Verwendung
von Natriumsulfat bei der Reaktion den Vorteil hat, Haß eine Phosphatlösung erhalten wird, die auf Grund
der nachstehenden bekannten Reaktion entkieselt und von Fluor befreit ist:
H2SiF6 + Na2SO4->
Na2SiF6 + H2SO4.
Bei der Reaktion gemäß der Erfindung bleibt der größte Teil des Natriumfluorsüicats unlöslich im Halbhydrat.
Der andere Teil kann während der Kühlung der Lösung ausgefällt werden. Die restlichen Gehalte
an Fluor betragen so beispielsweise etwa 0,2 bis 0,3 % F, bezogen auf P2O5 in den kalten Lösungen, oder
1 bis 1,3% F, bezogen auf P2O5 in den heißen Lösungen,
während in einer kalten und stabilisierten Säure, die ohne Natriumsulfat erhalten wurde, der
entsprechende Fluorgehalt 5,7 % F beträgt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- Patentanspruch :Verfahren zur Herstellung einer wäßrigen Mononatriumphosphatlösung mit niedrigem Gehalt an Sulfationen durch Aufschluß von Rohphosphat mit Phosphorsäure in Gegenwart von Natriumsulfat bei Temperaturen zwischen etwa 50 und 95° C und Abfiltrieren das ausgefällten Calciumsulfathalbhydrats, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Phosphorsäure mit einem P2O6-GeIIaIt von mindestens 38 Gewichtsprozent einsetzt.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR67903A FR1508109A (fr) | 1966-07-01 | 1966-07-01 | Procédé pour la fabrication de phosphate de soude par utilisation de sulfate de soude |
FR67903 | 1966-07-01 | ||
DEU0014013 | 1967-06-28 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1667755A1 DE1667755A1 (de) | 1972-03-30 |
DE1667755B2 true DE1667755B2 (de) | 1972-12-28 |
DE1667755C DE1667755C (de) | 1973-07-26 |
Family
ID=
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US3520653A (en) | 1970-07-14 |
GB1146131A (en) | 1969-03-19 |
ES342485A1 (es) | 1968-11-01 |
NL6709088A (de) | 1968-01-02 |
BE700696A (de) | 1967-12-01 |
DE1667755A1 (de) | 1972-03-30 |
JPS4816432B1 (de) | 1973-05-22 |
FR1508109A (fr) | 1968-01-05 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
EHJ | Ceased/non-payment of the annual fee |