DE2358780C3 - Verfahren zur Herstellung von Phosphorsäure - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von PhosphorsäureInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Phosphorsäure durch Mischen von
Phosphatgestein mit Schwefelsäure, Formen der Mischung zu Körnern, Trocknen der Körner bei 80 bis
300°C während 10 bis 240 Minuten, und selektives Extrahieren der Phosphorsäure aus den Körnern unter
Verwendung eines Lösungsmittels.
Es ist bekannt, Phosphorsäure durch Umsetzung von Phosphatgestein mit einer wäßrigen Lösung von
Schwefelsäure unter Bildung einer Aufschlämmung, Abtrennung der erhaltenen Phosphorsäure von dem als
Nebenprodukt gebildeten Gips und Konzentrierung der dabei erhaltenen Phosphorsäure herzustellen. Jedoch ist
dieses bekannte sog. Naßverfahren nachteilig, da Betriebsschwierigkeiten in der Stufe der Abtrennung
durch Filtration der rohen verdünnten Phosphorsäure von der Aufschlämmung des als Nebenprodukt
gebildeten Gipses auftreten und die erhaltene Phosphorsäure beträchtliche Mengen an Verunreinigungen,
wie anorganische Komponenten, beispielsweise Eisenkomponenlen
und organische Verbindungen enthält und das Produkt braun gefärbt ist. Die Anwendung der
nach diesen bekannten Naßverfahren hergestellten Phosphorsäule ist auf die I lerstellung von Düngemitteln
begrenzt.
Es wurden verschiedene Versuche unternommen, um reine Phosphorsäure aus roher Phosphorsäure, die nacii
dem Naßverfahren hergestellt wurde, zu gewinnen. So ist z. B. ein Verfahren bekannt, wobei die rohe nach dem
Naßverfahren hergestellte Phosphorsäure mit einem aliphatischen Alkohol mit 4 bis 8 Kohlenstoffatomen
oder einem geeigneten Lösungsmittel wie Tributylphosphat kontaktiert wird und dadurch selektiv die
Phosphorsäure aus dem Rohprodukt extrahiert wird. Obwohl dieses Verfahren insofern zufriedenstellend ist,
als relativ reine Phosphorsäure aus der nach dem Naßverfahren hergestellten rohen Phosphorsäure gewonnen
werden kann, wird bei diesem Verfahren das Lösungsmittel in der wäßrigen Phase gelöst oder
Wasser in der Phase des organischen Lösungsmittels gelöst und infolgedessen erbringt das Verfahren
Probleme hinsichtlich der Rückgewinnung des organischen Lösungsmittels aus der wäßrigen Phase oder der
Entfernung des Wassers aus der Phase des organischen Lösungsmittels bei der Rückführung der organischen
Phase zu der Exlraktionsstufe. Somit ist auch diese Arbeitsweise wirtschaftlich nachteilig.
Entsprechend dem Verteilungsverhältnis von der Phosphorsäure in einer organischen Lösungsmittelphase
und einer wäßrigen Phase ist die Konzentration der Phosphorsäure in der organischen Lösungsmittelphase
niedrig, und es ist deshalb schwierig, die Phosphorsäurekomponcnte
in hoher Konzentration mit einem hohen Extrp.ktionsverhältnis in die organische Lösungsmittelphase
in technisch annehmbarer Weise überzuführen. Darüber hinaus kann bei diesen Verfahren keine
zufriedenstellende Ausbeute der Phosphorsäure erhalten werden. Wenn man beabsichtigt, eine wesentliche
Menge der in der wäßrigen Phase enthaltenen Phosphorsäurekomponente in die organische Lösungsmittelphase
zu transportieren, ist es notwendig, die Flüssigkeit-Flüssigkeit-Kontaktierarbeitsgänge wiederholt
durchzuführen. Somit ist auch diese Arbeitsweise in wirtschaftlicher Hinsicht nicht zufriedenstellend.
Es wurden auch noch verschiedene andere Verfahren beschrieben, beispielsweise ein Verfahren, bei welchem
die Phosphorsäurekomponente ur.ter Anwendung eines organischen Sulfoxids selektiv extrahiert wird (vgl.
US-PS 34 38 746), oder die Phosphorsäurekomponente unter Anwendung eines durch Auflösung eines organisehen
Amins oder eines quaternären Ammoniumsalzes in einem organischen Lösungsmittel, beispielsweise
einem flüssigen Kohlenwasserstoff gebildeten Extraktionslösungsmittels extrahiert wird (vgl. US-PS
33 67 749) oder Eisen-Verunreinigungen aus einem Phosphatgestein-Salzsäure-Zersetzungsprodukt unter
Anwendung eines aliphatischen Alkohols mit 5 bis 18 Kohlenstoffatomen oder eines Ketons oder einem Ester
extrahiert werden (vgl. US-PS 34 97 330). Jedoch sind auch die vorstehend angegebenen Arbeitsweisen mit
den vorstehend beschriebenen Nachteilen zwangsläufig verbunden.
In der DE-OS 17 67 503 ist ein Verfahren zur Herstellung von Phosphorsäure beschrieben, bei welchem
ein Alkalisalz und/oder amorphe Kieselsäure als Zerfallverhinderungsmittel zugesetzt wird, wenn ein
festes Reaktionsprodukt durch Umsetzung von Phosphatgestein mit Schwefelsäure hergestellt wird, um
dadurch den Zerfall des zurückbleibenden Materials bei der Extraktion von Phosphorsäure aus dem Reaktionsprodukt
zu verhindern. Dabei wird die Reaktionsmischung bei 100bis300°Cerhitzt.
Ferner ist in der DE-OS 19 63 359 ein Verfahren zur Herstellung von konzentrierter Phosphorsäure bzw.
deren Verbindungen als Phosphatgestein beschrieben, wobei ein Gemisch aus gemahlenem Phosphatgestein,
geschmolzenem Ammoniumbisulfat und Wasser aufgeschlossen wird, die Phosphorsäure aus der Aufschlußmasse
mit einem nichtwäßrigen polaren organischen Lösungsmittel extrahiert und anschließend vom Lösungsmittel
abgetrennt wird, wobei als Lösungsmittel n-Butanol verwendet wird. Bei diesem bekannten
Verfahren ist es für die Erzielung einer vollstärdigen Zersetzung des Phosphatgesteins erforderlich, das
Ammoniumbisulfat in sehr hoher Menge zu verwenden, wobei eine große Menge an Ammoniumsulfat als
Nebenprodukt anfä'lL
Schließlich beschreibt die GB-PS 6 36 964 ein Verfahren zur Herstellung von Phosphorsäure, bei dem
ein Gemisch von Phosphatgestein und Schwefelsäure bei 200 bis 3000C während 10 bis 30 Minuten
wärmebehandelt wird. Es wird jedoch hierbei kein organisches Lösungsmittel zur Extraklon von Phosphorsäure
aus dem Phosphatgestein-Reaktionsgemisch verwendet, außerdem werden in dieser Patentschrift
keine Hinweise auf die optimal anzuwendenden Bedingungen gegeben,
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens von praktisch reiner Phosphorsäure durch
Mischen von Phosphatgestein mit Schwefelsäure, Formen der Mischung zu Körnern, Trocknen der
Körner bei 80 bis 3000C während 10 bis 240 Minuten,
und selektives Extrahieren der Phosphorsäure aus den Körnern unter Verwendung eines Lösungsmittels,
wobei Phosphorsäure für großtechnische Verwendung in hoher Konzentration und hoher Ausbeute erhalten
werden kann und der Verlust des zur Extraktion eingesetzten organischen Lösungsmittels auf ein Minimum
zurückgeführt wird.
Es wurde mit Bezug auf die gebräuchlichen Arbeitsweisen zur Herstellung von Phosphorsäure von
relativ hoher Reinheit aus roher Phosphorsäure festgestellt, daß die den bekannten Arbeitsweisen
anhaftenden Nachteile nicht vermieden werden können, wenn ein einmal hergestelltes flüssiges Produkt von
roher Phosphorsäure mit einem organischen Lösungsmittel kontaktiert wird.
Es wurden daher umfangreiche Untersuchungen zur Entwicklung eines Verfahrens ausgeführt, bei dem die
Phosphorsäure direkt aus dem Reaktionsprodukt zwischen dem Phosphatgestein und der Schwefelsäure
unter Anwendung eines organischen Lösungsmittels extrahiert werden kann. Dabei wurde festgestellt, daß
bei der direkten Überführung der Phosphorsäure von dem Phosphatgestein-Schwefelsäure-Reaktionsprodukt
in ein organisches Lösungsmittel die Konzentration der in dem organischen Lösungsmittel gelösten Phosphorsäurekomponente
(Extraktkonzentration)ind die Menge der in die organische Lösungsmittelphase transportierten
Phosphorsäurekomponente (Gewinnungsverhältnis) in enger Beziehung zu der Gesamtmenge des in
dem Phosphatgestein-Schwefelsäure-Reaktionsprodukt in dem mit der Phosphorsäurekomponente (P2O5) oder
Gips (CaSO4) im gebundenen Zustand vorliegenden Wassers und dem im f/c!e.i Zustand vorliegenden
Wasser stehen und daß, wenn ein körniges festes Reaktionsprodukt zwischen Phosphatgestein und
Schwefelsäure mit einem spezifischen Übertragungsindex, der in enger Beziehung mit dem im Reaktionsprodukt
vorliegenden Wasser [einschließlich des in der Phosphorsäurekomponente (P2O5), Gips (CaSO4) u. dgl.
gebundenen Wassers], wie nachstehend im einzelnen erläutert, als Ausgangsinaterial verwendet wird und mit
einem organischen Extraktionslösungsmittel kontaktiert wird, eine sehr reine Phosphorsäure in sehr hoher
Ausbeute und sehr hoher Konzentration und sehr hohem Gewinnungsverhältnis und sehr hohem Herstellungsausmaß
gewonnen werden kann, wobei gleichzeitig der Verlust an organischem Lösungsmittel auf einen
sehr niedrigen Wert verringert wird. Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zur
lu Herstellung von Phosphorsäure durch Mischen von Phosphatgestein mit Schwefelsäure, Formen der Mischung
zu Körnern, Trocknen der Körner bei 80 bis 3000C während 10 bis 240 Minuten, und selektives
Extrahieren der Phosphorsäure aus den Körnern unter Verwendung eines Lösungsmittels, geschaffen, das
dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Körner unter solchen Bedingungen trocknet, daß der Transportindex
E der Körner innerhalb des Bereiches von 1,0 bis 2,8 liegt, wobei der Transportindex E durch die folgende
Formel definiert wird:
(P2O5)
100 - [(CaO) + (SO3) + (P2O5) + (F) + (M)] '
worin (P2O5) den Gew.-%-Satz des P2O5, (CaO) den
Gew.-%-Satz des CaO,(SO3) den Gew.-%-Satz des SO,,
(F) den Gew.-%-Satz des F und (M) den Gew.-%-Satz der Summe von Al2Oi SiO2, Fe2O3, MgO, K2O und Na2O
bezeichnen, und daß man die Phosphorsäure aus den Körnern in an sich bekannter Weise mit einem
jü organischen Lösungsmittel extrahiert und das organische
Lösungsmittel von der Phosphorsäure durch Destillation entfernt.
Das Verfahren gemäß der Erfindung hat verschiedene Vorteile gegenüber den üblichen Verfahren zur
Reinigung eines flüssigen Produktes von roher Phosphorsäure durch Extraktion desselben mit einem
organischen Lösungsmittel oder einem wäßrigen Extraktionsmittel. Insbesondere ist beim üblichen
Reinigungsverfahren, bei welchem, wie vorstehend ausgeführt, die Phosphorsäure aus der rohen Phosphorsäure
mit einem organischen Lösungsmittel durch Flüssigkeit-Flüssigkeit-Kontakt extrahiert wird, die
Konzentration der Phosphorsäure in der organischen Lösungsmittelphase äußerst niedrig, und es ist notwendig,
den Flüssigkeit-Flüssigkeit-Kontaktierarbeitsgang vielmals zu wiederholen. Hingegen ist es nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren möglich, die Phosphorsäurekomponente in die organische Lösungsmittelphase
mit wesentlich höherer Konzentration zu transportieren, als dies bei den üblichen Verfahren der Fall ist,
indem lediglich ein körniges festes Reaktionsprodukt zwischen Phosphatgestein und Schwefelsäure mit einem
Transportindex innerhalb des vorstehenden Bereiches direkt mit einem organischen Lösungsmittel kontaktiert
wird und es kann die gewünschte reine Phosphorsäure mit einem weit höheren Gewinnungsverhältnis als 90%
erhalten werden, wenn ein Kreislauf des Extraktionsarbeitsganges in kontinuierlicher Weise durchgeführt
wird.
bo Bei dem üblichen Klinkerverfahren, wobei ein körniges festes Reaktionsprodukt zwischen Phosphatgestein
und Schwefelsäure mit einem wäßrigen Medium unter Extraktion der Phosphorsäurekomponente kontaktiert
wird, zerfallen die kleinen körnigen Massen des
b5 Phosphatgestein-Schwefelsäure-Reaktionsprodukts,
mit Ausnahme derjenigen, die unter Bildung von Gipsdihydrat hergestellt wurden (vgl. DE-OS
23 36 843.6), und wenn diese kleinen körnigen Massen
bei hohen Temperaturen calciniert werden, um den Zerfall in Wasser zu verhindern, wird das Verhältnis der
Gewinnung der Phosphorsäurekomponente drastisch erniedrigt. Im Gegensatz dazu ist bei dem Verfahren
gemäß der Erfindung die Neigung der Granulate zum Zerfall stark verringert, so daß der Extraktionsarbeitsgang
und die Abtrennung des Extraktes von dem zurückbleibenden Gips stark erleichtert ist, da der
körnige Feststoff einer Extraktion mit einem organischen Lösungsmittel wie Butanol unterworfen wird.
Vermischung von
Phosphatgestein und Schwefelsäure
Phosphatgestein und Schwefelsäure
Gemäß der Erfindung wird Phosphatgestein und Schwefelsäure in der 1. Stufe gemischt.
Die Schwefelsäure kann zu dem Phosphatgestein als wäßrige Lösung von Schwefelsäure als konzentrierte
Schwefelsäure oder als wasserfreie Schwefelsäure, beispielsweise als rauchende Schwefelsäure, zugesetzt
werden. Es kann auch mit Phosphorsäure verdünnte Schwefelsäure, wobei die Phosphorsäure nicht an der
Reaktion teilnimmt, d. h. ein Gemisch von Schwefelsäure und Phosphorsäure, verwendet werden.
Wenn ein Gemisch aus Phosphorsäure und Schwefelsäure zur Bildung der Ausgangsschwefelsäure für die
Umsetzung eingesetzt wird, kann die Phosphorsäurekonzentration in den Granulaten des Reaktionsproduktes
erhöht werden, und Phosphorsäure von hoher Konzentration kann mit hohem Herstellungsausmaß bei
der Extraktion des festen Reaktionsproduktes hergestellt werden. Dieses Merkmal ist vorteilhaft, da eine aus
der abschließenden Säurewäsche des festen Reaktionsproduktes, wie nachfolgend erläutert, gewonnene
verdünnte Phosphorsäurelösung oder eine Phosphorsäureabfallflüssigkeit
oder eine in irgendeiner anderen Stufe erhaltene Phosphorsäurelösung von niedriger
Konzentration hierbei zusammen mit der Schwefelsäure verwendet werden können.
Die eingesetzte Menge der Schwefelsäure ist nicht besonders kritisch, sofern die Menge ausreichend ist,
daß die Schwefelsäure mit der Calciumkomponente und anderen basischen Komponenten in dem Phosphatgestein
reagiert und die Phosphorsäurekomponente in löslicher Form frei setzt. Deshalb ist es günstig, wenn die
Schwefelsäure in einer Menge von 0,90 bis 1,15 Äquivalente, insbesondere 0,95 bis 1,10 Äquivalente,
bezogen auf die gesamten basischen Komponenten des Phosphatgesteines, verwendet wird.
Wasser kann vorhanden sein, wenn das Phosphatgestein mit der Schwefelsäure vermischt wird. Es ist auch
) möglich, das Mischen ohne Zusatz von Wasser von außen auszuführen. Falls Wasser bei der Mischstufe
vorliegt, kann hierdurch ein gründliches Vermischen von Phosphatgestein und Schwefelsäure hervorgerufen
werden. Es wird üblicherweise bevorzugt, daß das
K) Wasser in einer Menge von weniger als 122 Gewichtsteilen, insbesondere weniger als 82 Gewichtsteilen auf 100 Gewichtsteile, auf Trockenbasis, des
Phosphatgesteines eingesetzt wird. Falls zu viel Wasser vorliegt, kann eine Synärese der Phosphorsäurekompo-
> nente oder des Wassers stattfinden, und es dauert lange Zeit, um das Gemisch zu trocknen, damit das letzte
Reaktionsprodukt erhalten wird.
Wasser kann in Form einer wäßrigen Lösung der Schwefelsäure oder als wäßrige Aufschlämmung des
Phosphatgesteinpulvers oder getrennt zugeführt werden.
Das Vermischen von Phosphatgestein und Schwefelsäure sollte während einer praktisch ausreichenden Zeit
zur Beendigung der Zersetzung des Phosphatgesteines.
2"> d. h. zur Beendigung der Ausbildung von Gips im Gemisch durchgeführt werden.
Da die Reaktion zwischen Phosphatgestein und Schwefelsäure eine exotherme Reaktion ist, erhöht sich
die Temperatur des Gemisches allgemein auf 50 bis
jo 200°C. Um die Reaktion zwischen Phosphatgestein und
Schwefelsäure zu begünstigen, ist es möglich, das Gemisch positiv von außen zu erhitzen. Erforderlichenfalls
kann das Reaktionsgemisch von außen gekühlt werden, um die Abdampfung von Wasser zu verhindern.
r> Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird es bevorzugt, das Phosphatgestein und die Schwefelsäure
unter den folgenden Bedingungen zu vermischen:
Temperatur (0C): | 20 bis 200 |
Mischzeit (min): | 10 bis 120 |
Phosphatgesteins | |
konzentration (C) in der | |
Aufschlämmung: | 034 bis 0,53 |
Die Phosphatgesteinkonzentration (C) in der Aufschlämmung ergibt sich nach folgender Gleichung:
C — s~
(Gewicht des Phosphatgesteins)
(Gewicht des Phosphatgesteins) + (Gewicht von Schwefelsäure und Wasser)
Wenn das Mischen unter den vorstehend angegebenen Bedingungen ausgeführt wird, wird ein schlammartiges
oder plastisches Gemisch erhplten, woraus die Granulate des festen Reaktionsproduktes zwischen dem
Phosphatgestein und der Schwefelsäure sehr leicht hergestellt werden können.
Die Mischstufe kann unter Anwendung jedes geeigneten Mischers ausgeführt werden. Da die
Fluorkomponente des Phosphatgesteins in Gas während der Mischstufe überführt wird, wird das Vermi- bo
sehen vorzugsweise unter solchen Bedindungen ausgeführt,
daß keine Gasblasen in dem pastenartigen oder plastischen Gemisch zurückgehalten werden. Für das
Mischen wird eine horizontale oder senkrechte Mischvorrichtung, die mit einer oder einer Mehrzahl b5
von Schnecken oder Rührflügeln ausgestattet ist, verwendet. Um die Temperatur innerhalb der Mischvorrichtung
beim vorgeschriebenen Wert zu halten, kann ein Kühl- oder Heizmedium durch das innere dei
Schnecke oder die Rührflügel geführt werden.
Wenn der Transportindex des festen Phosphatge stein-Schwefelsäure-Reaktionsproduktes innerhalb de;
vorstehend angegebenen Bereiches gemäß der Erfin dung gehalten wird und die Körner mit den
organischen Lösungsmittel zur selektiven Extraktioi von Phosphorsäure kontaktiert werden, kann du
Extraktion und Gewinnung der Phosphorsäure wirksarr ausgeführt werden, ohne daß irgendwelche speziellei
Bedingungen bei der Stufe des Vermischens voi Phosphatgestein und Schwefelsäure eingehalten wer
den müssen.
Im Rahmen der vorliegenden Untersuchungen wurdi gefunden, daß bei der Extraktion von Phosphorsäuri
aus dem kornförmigen Reaktionsprodukt zwischei Phosphatgestein und Schwefelsäure bei der Kontaktie
rung desselben mit Wasser spezielle Vorsichsmaßnah
men wie sie nachfolgend aufgeführt werden, getroffen
werden müssen, um den Zerfall des kornförmigen Reaktionsproduktes zu verhindern:
(1) Die Schwefelsäure wird in einer Menge angewandt,
die die äquivalente Menge zur Calciumkomponente im Phosphatgestein nicht überschreitet;
(2) die Mischreaktion zwischen dem Phosphatgestein und der Schwefelsäure wird unter solchen Bedingungen
ausgeführt, daß Gipsdihydrat stabil gebildet wird. Beispielsweise wird die Temperatur bei einem
solch niedrigen Wert, der 100°C nicht überschreitet,
gehalten, oder es wird eine relativ große Menge an Wasser im Reaktionsgemisch angewandt;
(3) ein Zerfallverhinderungsmittel, wie Alkalisalze oder Silicatkumponenten, wird zu dem festen
Phosphatgestein-Schwefelsäure-Reaktionsprodukt zugegeben.
Gemäß der Erfindung kann sogar, falls keine derartige Vorsichtsmaßnahme bei der Herstellung der
Granulate des festen Phosphatgestein-Schwefelsäure-Reaktionsproduktes vorgenommen werden, der Zerfall
der Körner in dem Extraktionsmedium wirksam verhindert werden und, selbst wenn ein Zerfall
stattfinden würde, könnte die Abtrennung des Extraktes von Rückstand sehr leicht bewirkt werden.
Gemäß der Erfindung wird eine Phosphorsäure von hoher Konzentration in hoher Ausbeute durch eine
einfache Arbeitsweise erhalten, selbst wenn (Γ) das Vermischen des Phosphatgesteines und der Schwefelsäure
in Gegenwart von Schwefelsäure in solch großer Menge, welche die zu der im Gestein vorliegenden
Calciumkomponente äquivalente Menge übersteigt, durchgeführt wird oder (2') die Vermischung von
Phosphatgestein und Schwefelsäure unter solchen Bedingungen durchgeführt wird, daß Gipsdihydrat nicht
stabil gebildet wird, beispielsweise unter einer Bedingung von
f> - 0,111 P + 0,00334 P* - 0,000593 />3 + 107,2,
worin t die Temperatur (0C) des Phosphat-Schwefelsäuregemisches
und P die Konzentration im Gemisch angibt. Ganz allgemein kann erfindungsgemäß Phosphorsäure
von hoher Konzentration in hoher Ausbeute selbst dann leicht gewonnen werden, falls Phosphatgestein
und Schwefelsäure in Gegenwart einer geringen Menge Wasser reagiert werden oder falls Phosphatgestein
und Schwefelsäure bei solch hoher Temperatur, die etwa 107°C überschreitet, vermischt werden.
Herstellung des
iesieii riiOSphälgcStiin-SchweiciSäure-
Reaktionsj roduktes
Gemäß der Erfindung wird das auf diese Weise gebildete Gemisch von Phosphatgestein und Schwefelsäure
getrocknet, um ein festes Reaktionsprodukt mit stabiler Form zu erhalten. Verschiedene Verfahren
können zur Überführung des Gemisches zu trockenen Körnern in an sich bekannter Weise angewendet
werden.
Eines der wichtigsten Merkmale der Erfindung beruht darin, daß die Herstellung des festen Phosphatgestein-Schwefelsäure-Reaktionsproduktes
so ausgeführt wird, daß der Transportindex (E) des Reaktionsproduktes gemäß der vorstehend angegebenen Formel innerhalb
des Bereiches von 1,0 bis 2,8 liegt Durch Anwendung eines Phosphatgestein-Schwefelsäure-Reaktionsproduktes
mit einem Transportindex innerhalb des vorstehenden Bereiches und durch Kontaktierung
desselben mit einem organischen Lösungsmittel zur Extraktion der Phosphorsäure wird es erfindungsgemäß
möglich, die Phosphorsäure von hoher Konzentration in hoher Ausbeute in einem hohen Herstellungsausmaß zu
gewinnen.
Wie in dem nachfolgenden Beispiel 2 gezeigt, kann, falls der Wert E des schließlich erhaltenen festen
Phosphatgestein-Schwefelsäure-Reaktionsproduktes
1,0 oder größer ist, die Phosphorsäurekonzentration in der organischen Lösungsmittelphase weit stärker im Vergleich zu dem Fall erhöht werden, als in dem Fall, bei welchem eine große Menge Wasser im Reaktionsprodukt enthalten ist, und der Transport des überschüssigen Wassers in die organische Lösungsmittelphase oder das Auftreten einer Phasentrennung kann wirksam verhindert werden. Wenn ferner der Wert E innerhalb des vorstehenden Bereiches gehalten wird, können die Mengen an Verunreinigungen, wie Fluor oder Salzkomponenten, die in die organische Lösungsmittelphase transportiert werden, stark verringert werden.
1,0 oder größer ist, die Phosphorsäurekonzentration in der organischen Lösungsmittelphase weit stärker im Vergleich zu dem Fall erhöht werden, als in dem Fall, bei welchem eine große Menge Wasser im Reaktionsprodukt enthalten ist, und der Transport des überschüssigen Wassers in die organische Lösungsmittelphase oder das Auftreten einer Phasentrennung kann wirksam verhindert werden. Wenn ferner der Wert E innerhalb des vorstehenden Bereiches gehalten wird, können die Mengen an Verunreinigungen, wie Fluor oder Salzkomponenten, die in die organische Lösungsmittelphase transportiert werden, stark verringert werden.
Im Beispiel 2 wird auch gezeigt, daß, wenn der Wert £"
2,8 oder kleiner ist, das Verhältnis der Gewinnung von P2O5 bei einer einstufigen Extraktion im Vergleich zu
dem Fall stark erhöht werden kann, bei welchem ein stark dehydriertes Reaktionsprodukt angewandt wird
und daß sich dieses hohe Gewinnungsverhältnis in keiner Weise bei den üblichen Flüssigkeit-Flüssigkeit-Extraktionsverfahren
erwarten läßt. Gemäß der Erfindung wird somit ein festes Reaktionsprodukt zwischen
Phosphatgestein und Schwefelsäure mit einem Wert E im Bereich von 1,0 bis 2,8 direkt mit dem organischen
Lösungsmittel zur Extraktion der Phosphorsäure kontaktiert, so daß die Phosphorsäurekomponente in
einem hohen Gewinnungsverhältnis gewonnen wird, wobei die Phosphorsäurekonzentration in dem organischen
Lösungsmittelextrakt bei einem sehr hohen Wert gehalten wird.
Der Transportindex Eist ein Wert, der sich etwa dem Gewichtsverhältnis von P2Osindem festen Phosphatgestein-Schwefelsäure-Reaktionsprodukt
zu dem gesamten in dem festen Reaktionsprodukt enthaltenen Wasser annähen (einschließlich des an P2O5 gebundenen
Wassers). Falls deshalb der Wassergehalt in dem festen Reaktionsprodukt (einschließlich des an P2O5 gebundenen
Wassers, wobei das gleiche auch nachfolgend zutrifft) groß ist, wird der Wert des Transportindex E
gering und, falls der Wassergehalt in dem festen Reaktionsprodukt gering ist. wird der Wert des
Transportindex groß. Falls das gesamte Wasser im festen Reaktionsprodukt an die Phosphorsäurekomponente
(P2O5) gebunden ist und in horrn von Orthophosphorsäure
(H3PO4) vorliegt, ist das Gewichtsverhältnis (E') der Phosphorsäurekomponente zu Wasser das
folgende:
[H2O]
142
3MoI · 18
Dieser Wert von Ρ2θ5/Η2Ο = 2,63 steht praktisch in
der Mitte des Bereiches des Transportindex fvon 1,0 bis 2,8 wie er erfindungsgemäß notwendig ist.
Phosphatgestein-Schwefelsäure-Reaktionsprodukte mit einem Wert £von 1,0 bis 2,8 umfassen als Mittelwert ein
Produkt, worin Wasser in Form von Orthophosphorsäure vorliegt Produkte, worin freies Wasser innerhalb
eines bestimmten Bereiches enthalten ist und Produkte, worin die Entwässerung im Vergleich zu Orthophosphorsäure
etwas fortgeschritten ist. Falls das gesamte
Wasser im festen Reaktionsprodukt in Form von Pyrophosphorsäure (H4P2O7) vorliegt, beträgt das
Gewichtsverhältnis E" von P2O5/H2O 3,95, was
außerhalb des Bereiches des erfindungsgemäß vorgeschriebenen Transportindex liegt. ■>
Der Wert E hat eine Beziehung sowohl zur Menge
der in das organische Extraktionslösungsmittel transportierten Phosphorsäurekomponente als auch der
Konzentration der in das organische Extraktionslösungsmittel transportierten Phosphorsäurekomponente.
Deshalb wird dieser Wert EaIs Transportindex in der vorliegenden Beschreibung angegeben.
Die Bedingungen zur Herstellung eines festen Phosphatgestein-Schwefelsäure-Reaktionsproduktes
mit einem Transportindex von 1,0 bis 2,8 variieren in r> gewissem Ausmaß in Abhängigkeit von dem Zustand
des Phosphatgestein-Schwefelsäure-Gemisches und der Behandlungszeit und Behandlungstemperatur. Falls
beispielsweise die Trocknungstemperatur höher als 200°C ist, kann ein festes Reaktionsprodukt mit einem
Transportindex E innerhalb des erfindungsgemäß erforderlichen Bereiches durch Abkürzung der Trocknungszeit
auf weniger als 30 min oder durch Verhinderung der Kondensation der Phosphorsäurekomponente,
beispielsweise durch Einverleibung von freier Schwefelsäure in das feste Reaktionsprodukt hergestellt werden.
In dieser Weise kann die Ausbildung von Pyrophosphorsäure oder einer Polyphosphorsäure mit einem
höheren Kondensationsgrad gesteuert werden, und der Transportindex kann innerhalb des erfindungsgemäß m
geforderten Bereiches gehalten werden. Ganz allgemein wird es bevorzugt, wenn Zeit- und Temperaturbedingungen
zur Erzielung eines Transportindex von 1,0 bis 2,8 experimentell innerhalb von Temperaturen von
80 bis 300°C und Zeiträumen von 10 bis 240 min gewählt j>
werden und die Trocknung des Phosphatgestein-Schwefelsäure-Gemisches unter den auf diese Weise gewählten
Temperatur- und Zeitbedingungen ausgeführt wird.
Im Hinblick auf die leichte Handhabung ist es allgemein günstig, wenn das in der Trocknungsstufe
erhaltene feste Phosphatgestein-Schwefelsäure-Reaktionsprodukt die Form von Körnern mit einem
Durchmesser von 0,1 bis 50 mm, insbesondere 0,5 bis 20 mm, hat. Da der Phosphorsäureextrakt leicht von
dem als Nebenprodukt gebildeten Gips erfindungsge- 4> maß abgetrennt werden kann, tritt kein spezieller
Nachteil auf, selbst wenn das feste Reaktionsprodukt eine pulverförmige Form annimmt.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann das Vermischen von Phosphatgestein und Schwefelsäure und die ->o
Hersteilung des trockenen festen Reaktionsprodukte;» gleichzeitig in einer Stufe oder getrennt in zwei Stufen
durchgeführt werden.
Um den Zerfall des Phosphatgestein-Schwcfelsäure-Reaktionsproduktes
in einem organischen Extraktionslösungsmittel zu verhindern, wird das Gemisch von
Phosphatgestein und Schwefelsäure vorzugsweise getrocknet, um einen körnigen Feststoff von stabilisierter
Form zu erhalten. Beispielsweise hat ein durch Vermischen von Phosphatgestein mit 98°/oiger Schwe- t>o
feisäure in einer Menge äquivalent zu den gesamten basischen Komponenten in dem Phosphatgestein
erhaltenes Reaktionsprodukt ein etwas klebriges Aussehen, und wenn ein derartiges körniges Produkt in
n-Butanol als Extraktionslösungsmittel gebracht wird, b5
zeigt es eine Neigung zum Zerfall im Extraktionslösungsmittel. Wenn jedoch das vorstehende Reaktionsprodukt zunächst bei 1500C während 1 Std. getrocknet
wird und dann in Butanol gegeben wird, zeigt das körnige Produkt keine Neigung zum Zerfall. Wenn
andererseits dieses trockene körnige Produkt in Wasser eingebracht wird, zerfällt es leicht. Aus den vorstehenden
experimentellen Ergebnissen ist ohne weiteres ersichtlich, daß, falls ein Phosphatgestein-Schwefelsäure-Reaktionsprodukt
zu einem körnigen Feststoff getrocknet wird, der Zerfall des Reaktionsproduktes in
einem organischen Extraktionslösungsmittel verhindert werden kann und deshalb die Gewinnung des
Phosphorsäureextraktes oder die Rückgewinnung des verbliebenen organischen Lösungsmittels stark erleichtert
wird.
Extraktion der Phosphorsäurekomponente
Die Extraktion der Phosphorsäurekomponente aus dem festen Reaktionsprodukt zwischen Phosphatgestein
und Schwefelsäure kann mittels bekannter Feststoff-Flüssigkeit-Extraktionsarbeitsgänge bewirkt
werden.
Sämtliche organischen Lösungsmittel, die zur Auflösung der Phosphorsäurekomponete fähig sind, können
im Rahmen der Erfindung eingesetzt werden. Beispiele derartiger organischer Lösungsmittel sind die folgenden:
(1) aliphatische Alkohole
(2) organische Sulfoxide
(3) organische Phosphate
(4) organische Amine
(5) quaternäre Ammoniumsalze
Die organischen Lösungsmittel können einzeln oder als Gemische von zwei oder mehreren eingesetzt
werden. Die Lösungsmittel können in einem mit anderen inerten organischen Lösungsmitteln wie
Kerosin oder anderen Kohlenwasserstofflösungsmitteln von verdünnter Form eingesetzt werden. Im Fall von
Extraktionslösungsmitteln der Arten (3) und (4) wird es bevorzugt, daß sie in einer in einem organischen
Verdünnungsmittel, beispielsweise Kohlenwasserstofflösungsmitteln, gelösten Form eingesetzt werden.
Im Rahmen der Erfindung wird die Anwendung von aliphatischen Alkoholen, insbesondere n-Butanol, bevorzugt.
Obwohl es gewünscht wird, daß diese Lösungsmittel in praktisch wasserfreiem Zustand
eingesetzt werden, ist es möglich, daß Wasser in dem organischen Lösungsmittel in einer Menge enthalten ist,
welche das vorstehende Erfordernis des Wertes £ erfüllt.
Die Extraktion kann kontinuierlich oder ansatzweise ausgeführt werden. Es ist auch möglich, die Extraktion
mehrstufig auszuführen.
Die Extraktion wird in einem geschlossenen System zur Verhinderung der Abdampfung und Entweichung
des Lösungsmittels ausgeführt, wofür z. B. Feststoff-Flüssigkeit-Extraktionsgeräte
vom Festbett-Typ oder Fließbett-Typ, die mit einer gepackten Schicht ausgestattet
sind, oder vom Korbtyp oder Schneckentyp eingesetzt werden können.
Die Extraktionsbedingungen können beträchtlich in Abhängigkeit von dem eingesetzten Extraktionsmedium
und dem Extraktionsverfahren variieren. Es ist selbstverständlich, daß das feste Reaktionsprodukt mit
dem Extraktionslösungsmittel bei einer niedrigeren Temperatur als der Vergasungstemperatur des Lösungsmittels
kontaktiert werden muß, und in einigen Lösungsmitteln können Veresterung, Zersetzung oder
andere Nebenreaktionen stattfinden. Deshalb müssen
Il
Temperatur- und Druckbedingungen unter Berücksichtigung der vorstehenden Erläuterungen gewählt werden.
Im allgemeinen wird es bevorzugt, die Extraktion der Phosphorsäurekomponente aus dem festen Reaktionsprodukt
bei einer Temperatur im Bereich von Raumtemperatur bis 1500C, insbesondere Raumtemperatur
bis 100°C, unter Atmosphärendruck oder geringfügig
erhöhtem Druck auszuführen.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird es durch die Kontaktierung des festen Phosphatgestein-Schwefelsäure-Reaktionsproduktes
mit einem Transportindex E im Bereich von 1,0 bis 2,8 mit einem organischen Extraktionslösungsmittel, wie sie vorstehend
aufgeführt wurden, möglich, die Phosphorsäurekomponente im Reaktionsprodukt in die organische
Lösungsmittelphase in hoher Konzentration und mit einem hohen Gewinnungsverhältnis zu transportieren.
Weiterhin kann die Einverleibung der in dem Phosphatgestein enthaltenen Verunreinigungen, wie Fluor-,
Eisen- und Aluminiumkomponenten, verringert werden, und die Phosphorsäurekomponente kann wirksam
gewonnen werden. Aufgrund der Anwendung eines festen Reaktionsproduktes mit einem Wert £ innerhalb
des vorstehend aufgeführten Bereiches kann beim erfindungsgemäßen Verfahren die Phosphorsäurekomponente
in weit höherem Herstellungsausmaß als bei dem üblichen Klinkerverfahren gewonnen werden.
Ein wesentlicher Vorteil des Verfahrens gemäß der Erfindung beruht darin, daß die extrahierte Phosphorsäure
von dem als Nebenprodukt gebildeten Gips sehr leicht abgetrennt werden kann. Da ein organisches
Lösungsmittel, wie n-Butanol, als Lösungsmittel zur Extraktion der Phosphorsäure verwendet wird, ist die
Neigung der Granulate oder Körner des festen
Phosphatgestein-Schwefelsäure-Reaktionsproduktes zum Zerfall während der Extraktionsstufe stark
verringert im Vergleich zu dem Fall, bei welchem Wasser als Extraktionsmedium eingesetzt wird.
Selbst wenn ein festes Phosphatgestein-Schwefelsäure-Reaktionsprodukt
mit pulverförmiger Form oder Körnerform von sehr kleiner Teilchengröße angewandt
wird, kann die Abtrennung des Phosphorsäureextraktes von dem als Nebenprodukt gebildeten Gips sehr einfach
durchgeführt werden, da das erfindungsgemäß eingesetzte Lösungsmittel eine weit kleinere Oberflächenspannung
als Wasser hat. Talsächlich kann beim erfindungsgemäßen Verfahren die Filtration des Phosphorsäureextraktes
von dem als Nebenprodukt gebildeten Gips in einer 2- bis lOfach so hohen Menge wie bei
den üblichen Extraktionsverfahren ausgeführt werden. Somit kann gemäß der Erfindung die Abtrennung des
als Nebenprodukt gebildeten Gipses sehr einfach ohne Anwendung komplizierter Arbeitsgänge oder spezieller
Geräte ausgeführt werden.
Die Abtrennung der extrahierten Phosphorsäurekomponente aus dem Lösungsmittel kann nach
bekannten Arbeitsweisen erfolgen. Beispielsweise kann die die Phosphorsäurekomponente enthaltende organische
Lösungsmittelphase einer Destillation unterworfen werden, oder die Phosphorsäurekomponente kann aus
der organischen Lösungsmittelphase unter Anwendung von Wasser rückextrahiert werden, oder das zur
Extraktion verwendete organische Lösungsmittel kann selektiv aus der gewonnenen organischen Lösungsmittelphase
unter Anwendung von Kohlenwasserstoffen wie Hexan, Benzol, Toluol, Xylol, Propan und Butan
(japanische Patentveröffentlichung 28005/68) oder eines halogenierten Kohlenwasserstoffes wie Äthylendichlorid,
Trichlorethylen oder Methylchloroform (japanische Patentveröffentlichung 15462/72) extrahiert werden,
wobei die Phosphorsäurekomponente aus dem organischen Losungsmittel abgetrennt wird. Das selektiv mit
einem derartigen Kohlenwasserstoff oder halogenierten Kohlenwasserstoff extrahierte organische Lösungsmittel
kann von diesem Kohlenwasserstoff oder halogenierten Kohlenwasserstoff nach bekannten Verfahren
abgetrennt werden, und zu der Extraktionsstufe
ίο zurückgeführt werden und wiederholt als Extraktionsmedium verwendet werden. Da gemäß der Erfindung
der Transportindex £ innerhalb des Bereiches von 1,0 bis 2,8 im festen Phosphatgestein-Schwefelsäure-Reaktionsprodukt
gehalten wird, kann der Phosphorsäureex-
!5 trakt in einem Zustand gewonnen werden, der nicht
wesentlich freies Wasser enthält, oder, falls freies Wasser enthalten ist, ist dessen Menge äußerst gering.
Deshalb können, falls der Extrakt beispielsweise einer Destillation unter verringertem Druck unterworfen
wird, sowohl die Phosphorsäurekomponente als auch das organische Extraktionslösungsmittel in praktisch
wasserfreiem Zustand in sehr hohem Gewinnungsverhältnis gewonnen werden.
Wenn die dabei erhaltene Phosphorsäure mit einem Adsorptionsmittel, wie Aktivkohle, behandelt wird,
werden die darin enthaltenen organischen Verunreinigungen (organische Verunreinigungen im Ausgangsphosphatgestein
und organische Komponenten, die während der Extraktionsstufe einverleibt wurden) an
dem Adsorptionsmittel adsorbiert und von der Phosphorsäure abgetrennt. Deshalb wird es gemäß der
Erfindung möglich, Phosphorsäure, die frei von anorganischen Verunreinigungen oder organischen
Verunreinigungen ist, zu gewinnen. Ganz allgemein kann in dieser Weise Phosphorsäure von höherer
Reinheit und Konzentration als nach den üblichen Naßverfahren in hoher Extraktionswirksamkeit im
großtechnischen Maßstab gewonnen werden.
Falls ein Rest Phosphorsäure im Extraktionsrückstand zurückbleibt und es notwendig ist, diese restliche
Phosphorsäure rückzugewinnen, wird der Rückstand mit Schwefelsäure zur Überführung der restlichen
Phosphorsäure in die Schwefelsäure behandelt, und die erhaltene saure Flüssigkeit wird zur Verdünnung der
mit dem Phosphatgestein umzusetzenden Schwefelsäure verwendet, oder die saure Flüssigkeit wird auf dem
Ausgangsphosphatgestein absorbiert und das Gestein als Ausgangsmaterial so wie es ist oder erforderlichenfalls
nach einer Trocknung verwendet. Auf diese Weise
so kann die restliche Phosphorsäurekomponente wirksam zurückgewonnen werden. Falls weiterhin der Extraktionsrückstand
mit Natriumhydroxid od. dgl. behandelt wird, kann die Phosphorsäurekomponente in Lösungsform, beispielsweise als Filtrat, gewonnen werden,
während Metalloxide, wie Eisen, im Rückstand in der Form von Hydroxiden verbleiben.
Wenn der Rückstand, woraus die Phosphorsäurekomponente in der vorstehenden Weise entfernt wurde, in
verdünnter Schwefelsäure gemahlen wird und unter
bo Erhitzen gealtert wird, kann er in ein wertvolles
Produkt, nämlich Gipsdihydrat, überführt werden.
Vorteile der Erfindung
Ein großer Vorteil gegenüber den üblichen Verfahren
b5 zur Herstellung von reiner Phosphorsäure, wobei eine
rohe Phosphorsäure und ein organisches Lösungsmittel einer Flüssigkeits-Flüssigkeits-Extraktion unterworfen
werden, liegt darin, daß die Gewinnungswirksamkeit
entsprechend der folgenden Formel stark erhöht werden G«.winnunsswirksamkeit =
TP
(AS + WT)IRT
= TP CP,
worin TP das Vernältnis (°/o) des in die organische
Lösungsmittelphase transportierten P2O5, AS die
verwendete Menge des organischen Lösungsmittels, WTdie Menge des in die organische Lösungsmittelphase
transportierten Wassers und CP die Konzentration (Gewichtsverhältnis) von P2O5 in der organischen
Lösungsmittelphase und RTdas Gewicht an gewönne
nem P2O5 in der organischen Lösungsmittelphase bedeuten.
Die vorstehende Formel der Gewinnungswirksamkeit wurde auf der Basis abgeleitet, daß die Wirksamkeit
der Gewinnung der Phosphorsäure höher wird, wenn das Verhältnis (TP) von P2O5, das in einem Extraktionsarbeitsgang
in die organische Phase übergeführt wurde, höher wird, die Menge (AS)des je Gewichtseinheit (RT)
an gewonnenem P2O5 verwendeten Lösungsmittels geringer wird oder die Menge (WT) des in die
organische Lösungsmittelphase übergeführten Wassers je Gewichtseinheit (RT) gewonnenem P2O5 geringer
wird.
Bei den üblichen Flüssigkeits-Flüssigkeits-Extraktionsverfahren ist es, falls man den Transport von P2O5
in der rohen Phosphorsäure in die organische Lösungsmittelphase in einem hohen Verhälv.nis wünscht,
notwendig, das organische Lösungsmittel in großer Menge anzuwenden und deshalb ist die P2Os-Konzentration
in der erhaltenen organischen Lösungsmittelphase selbstverständlich niedrig.
Falls die Flüssigkeits-Flüssigkeits-Extraktion bei den üblichen Verfahren unter solchen Bedingungen, daß die
P2Os-Konzentration in der organischen Lösunj^niittelphase
erhöht wird, ausgeführt wird, kann, da das Verteilungsverhältnis von P2O5 in die organische
Lösungsmittelphase und Wasserphase gegeben ist, eine Verringerung des Verhältnisses des Transportes von
P2O5 in die organische Lösungsmittelphase nicht vermieden werden. In jedem derartigen Fall ist der
Transport von Wasser in die organische Lösungsmittelphase unvermeidlich. Deshalb besteht bei den üblichen
Flüssigkeits-Flüssigkeits-Extraktionsverfahren eine Grenze hinsichtlich der Gewinnungswirksamkeit, die
durch die vorstehende Formel angegeben wird, und es ist sehr schwierig, die Gewinnungswirksamkeit oberhalb
dieser Grenze selbst bei Änderung der Extraktionsbedingungen in verschiedenen Weisen zu erhöhen.
Da hingegen beim erfindungsgemäßen Verfahren die P2O5-Komponente direkt in die organische Lösungsmittelphase
aus dem festen Phosphatgestein-Schwerelsäure-Reaktionsprodukt unter Beibehaltung des körnigen
Zustandes übergeführt wird, wird eine wiederholte Extraktion des Reaktionsproduktes mit dem organischen
Lösungsmittel ermöglicht, und es wird möglich, die P2O5-Konzentration bei einerr. hohen Wert in der
organischen Lösungsmittelphase zu halten, während das Verhältnis (%) des Transportes von P2O5 in die
organische Lösungsmittelphase bei einem sehr hohen Wert liegt.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird es durch Anwendung eines Reaktionsproduktes mit einem
Transportindex von 1,0 bis 2,8 möglich, die Gewinnungswirksamkeit, wie im Beispiel 2 gezeigt wird, bei einem
Wert von mindestens 6,5 zu hallen, wenn auch dieser Wert in gewissem Ausmaß in Abhängigkeit von den
Extraktionsbedingungen variiert.
10
15
20
j« Die vorstehende Beziehung ist anhand der Zeichnung
leicht verständlich. In der Zeichnung sind auf der Abszisse der Transportindex und auf der Ordinate die
Gewinnungswirksamkeit angegeben. Die Kurve A wird durch Auftragung der in Beispiel 2 erhaltenen
Ergebnisse erhalten, und die Linie B zeigt die obere Grenze der Gewinnungswirksamkeit bei dem üblichen
Flüssigkeits-FIüssigkeits-Extraktionsverfahren. Wie aus Kurve A ersichtlich, kann, falls der Transportindex E
innerhalb eines Bereiches von 1,0 bis 2,8 gehalten wird, reine Phosphorsäure in weit höherer Gewinnungswirksamkeit
als beim üblichen Verfahren zur Herstellung reiner Phosphorsäure durch Flüssigkeits-Flüssigkeits-Extraktion
gewonnen werden.
Da weiterhin erfindungsgemäß die Menge des in die organische Lösungsmittelphase transportierten Wassers
äußerst gering ist, kann eine Phosphorsäure von weit höherer Konzentration erhalten werden, wenn das
Lösungsmittel aus der organischen Lösungsmittelphase durch Destillation od. dgl. entfernt wird. Das stellt einen
weiteren großen Vorteil der Erfindung dar.
Die nachf -lgenden Beispiele dienen zur weiteren Erläuterung der Erfindung.
Dieses Beispiel beschreibt eine Ausführungsform, wo eine Phosphorsäurekomponente aus einem festen
Phosphatgestein-Schwefelsäure-Reaktionsprodukt unter Anwendung von n-Butylalkohol extrahiert und
gewonnen wird.
Ein festes Phosphatgestein-Schwefelsäure-Reaktionsprodukt mit einem Transportindex £von 2,21, das
nach dem folgenden Verfahren hergestellt worden war, wurde als festes Ausgangsreaktionsprodukt verwendet.
Ein in Florida erhältliches Phosphatgestein wurde als Ausgangsgestein gewählt und zu Teilchen mit einer
Größe von 50 Mikron oder weniger pulverisiert. Die Analysenwerte dieses Phosphatgesteinpulvers sind in
Tabelle I angegeben.
b0
Wasser
P2O5
CaO
MgO
Fe2O3
Al2O3
SiO2
Gehalt
(Gew.-»/
(Gew.-»/
2,34
31,22
45,13
31,22
45,13
0,31
1,42
0,88
3,70
8,96
2 kg des vorstehenden Phosphatgesteinpulvers wurden mit 1,68 kg 98%iger konzentrierter Schwefelsäure
versetzt. Diese Menge der Schwefelsäure entsprich 1 Äquivalent H2SO4, bezogen auf die gesamten basischen
Komponenten (CaO, MgO, Fe2O3, Al2O3, Na2O, K2C
u. dgl.) im Phosphatgestein, wobei das gleiche auch nachfolgend gilt. Wenn das Gemisch gerührt wird, wire
eine starke Wärme erzeugt, und ein Abblasen findet statt, wobei sich die Ausbildung eines leimartigen fester
Reaktionsproduktes aus Phosphatgestein und Schwefel saure einstellt. Das Reaktionsprodukt wird zu nadelartiger
Form mit einem Durchmesser von etwa 1,5 nur
geformt und während 1 Stunde in einem bei 140 bis 1500C gehaltenen Trockner wärmebehandelt
Die Zusammensetzung des dabei erhaltenen festen Reaktionsproduktes ist in der folgenden Tabelle II
angegeben.
P2O5
CaO
SO3
MgO
Fe2O3
Al2O3
SiO.
Gehalt
(Gew.-%)
18,23
26,35
40,04
0,18
0,83
0,51
0,58
5,02
Der Transportindex E wurde entsprechend der vorstehenden Formel unter Anwendung der in Tabelle
Il angegebenen Analysen werte berechnet. Es wurde festgestellt, daß der Transportindex E des vorstehenden
Reaktionsproduktes 2,21 betrug.
Die Phosphorsäurekomponente wurde aus diesem festen Reaktionsprodukt mit einem Übertragungsindex
E von 2,21 unter Anwendung von wasserfreiem gereinigtem n-Butylalkohol in folgender Weise extrahiert und gewonnen.
Ein Soxhlet-Extraktor wurde als Extraktionsvorrichtung verwendet, und die Extraktion wurde so durchgeführt, daß der n-Butylalkohol bei etwa 8O0C in der
Extraktionszone gehalten wurde, und der n-Butylakohol
als Lösungsmittel wurde in einer Geschwindigkeit von 1 Cyclusje5 Minuten im Kreislauf geführt. Die Extraktion
wurde in dieser Weise während 2 Stunden fortgesetzt.
Nach Beendigung der Extraktion wurde der im Extraktionsrückstand im angehafteten Zustand verbliebene n-Butylalkohol durch Erhitzen des Rückstandes
unter verringertem Druck zurückgewonnen.
n-Butylalkohol-Phosphorsäure-Flüssigkeitsgemisch
wurde unter verringertem Druck nach üblichen Verfahren destilliert und dabei die Hauptmenge des
n-Butylalkohols gewonnen. Wenn der Gehalt der
Phosphorsäurekomponente höher als derjenige des n-Butylalkohols in dem verbliebenen Flüssigkeitsge
misch ist, wird dieses einer Dampfdestillation unter verringertem Druck unterzogen, so daß ein Gemisch
von n-Butylalkohol und Wasser aus der Phosphorsäurekoniponente abgetrennt und gewonnen wird und eine
Phosphorsaurelösung frei von n-Butylalkohol gewonnen wird, wodurch das Auftreien einer Veresterung von
n-Butylalkohol vermieden wird.
Die Zusammensetzung der Hauptkomponenten der
gewonnenen Phosphorsäuren ist in Tabelle III aufgeführt.
Der nach der Abtrennung von n-Butylalkohol hinterblicbene Rückstand, der hauptsächlich aus Gips
bestand, wurde analysiert und die in Tabelle III aufgeführten Ergebnisse erhalten. Wenn das Verhältnis
der aus dem festen Reaktionsprodukt in n-Butylalkohol transportierten Phosphorsäurekomponente (P?O5) aus
diesen Analysenwerten und den Analyscnwericn von CaO und P2O-, in dem Ausgangsphosphatgcsiein
berechnet wurden, wurden die in Tabelle III angegebenen
Werte erhallen.
Weiterhin wurde entsprechend der vorstehenden
Formel des Gewinnungsverhäknisses der Wert des
Gewinnungsverhältnisses aus dem Gehalt an P2Os,
n-Butylalkohol und HjO in dem homogenen Flüssigkeitsgemisch aus n-Butylalkohol und Phosphorsäure vor
der Abtrennung von n-Bu ty !alkohol berechnet und aus
dem dadurch erhaltenen Wert das Gewinnungsverhältnis ermittelt, wobei die in Tabelle IU aufgeführten
Ergebnisse erhalten wurden.
Hauptkomponentenzusammensetzung (Gew.-°/o) d er
gewonnenen Phosphorsäure
P2O5 47,26
CaO 0,01
R2O3*) 0,22
F 0,035
Hauptkomponentenzusammensetzung (Gew.-°/o) des
Extraktionsrückstandes
P2O5
CaO
SO3
3,79
32,13
49,23
Verhältnis des Transportes der
Phosphorsäurekomponente
83,0%
Gewinnungswirksamkeit
7,32
Gesamtgewinnungsverhältnis an n-Butylalkohol
97,7%
*) RjOj = Fc2Os
nachfolgend zuirifft.
nachfolgend zuirifft.
+ AhOj. wobei das gleiche auch
Der Extraktionsrückstand wurde in 2 n-Schwefelsäure eingetaucht und auf 80 bis 900C erhitzt, mit Wasser
gewaschen und getrocknet. Das getrocknete Produkt wurde zur Bestimmung der P2O- und CaO-Gehalte
analysiert, und das Gesamtgewinnungsverhältnis von P2O5, bezogen auf die P2O5-Komponente in dem
Ausgangsgestein, wurde berechnet. Die Ergebnisse sind in Tabelle IV enthalten.
Hauptkomponentenzusammensetzung (Gew.-%) des
behandelten Produktes des Extraktionsrückstandes
behandelten Produktes des Extraktionsrückstandes
CaO
P2O5
SOj
P2O5
SOj
37,81
0,46
58,15
Gesamtgewinnungsverhälinis an Phosphorsäure
98,20%
98,20%
Zum Vergleich wurden rohe Phosphorsäureflüssigkeiten mit den in Tabelle V angegebenen Zusammensetzungen,
welche : ach dem üblichen Naßverfahren hergestellt worden waren, unter Anwendung von
n-Butylalkohol nach dem bekannten Fliissigkcits-Flüssigkeits-Extraktionsverfahren
extrahiert und dadurch die Phosphorsäurekomponente in die n-Butvlalkohol-
phase überführt In der gleichen Weise wie vorstehend wurden die Analysenwerte der gewonnenen Phosphorsäure,
das Verhältnis des Transportes der Phosphorsäure und die Gewinnungswirksamkeit bestimmt und die in
Tabelle V angegebenen Werte erhalten.
Bei der Flüssigkeits-Flüssigkeits-Extraktion wurde
das Gewichtsverhältnis der rohen Phosphorsäure zu n-Butylalkohol auf 1 entsprechend der japanischen
Patentveröffentlichung 15462/72 eingestellt und die Extraktionstemperatur bei etwa 800C wie im Fall der
vorstehenden Feststoff-Flüssigkeits-Extraktion gehalten.
Vergleichsversuch
Vergleichsversuch 2
Vergleichsversuch 3
Vergleichsversuch 4
Zusammensetzung (Gew.-%) der rohen Phosphorsäure
P2O5
R2O3
CaO
Zusammensetzung (Gew.-%) der gewonnenen Phosphorsäure
P2O5
R2O3
R2O3
Verhältnis (%) des Transportes der Phosphorsäure
Ge winnungs Wirksamkeit
24,87 | 19,54 | 11,80 | 4,92 |
1,19 | 0,93 | 0,56 | 0,24 |
1,54 | 1,21 | 0.75 | 0,305 |
19,08 | 15,28 | 9,51 | 3,98 |
0,35 | 0,21 | 0,10 | 0,06 |
57,5 | 58.8 | 60,5 | 60,7 |
5,58 | 4,49 | 2,78 | 1,12 |
Wenn die in Tabelle III angeführten Ergebnisse mit denjenigen der Tabelle V verglichen werden, ergibt sich
leicht, daß, falls ein Phosphatgestein-Schwefelsäure-Reaktionsprodukt
mit einem Transportindex innerhalb des angegebenen Bereiches gemäß der Erfindung
verwendet wird und die Phosphorsäurekomponente direkt aus diesem Reaktionsprodukt unter Anwendung
von n-Butylalkohol extrahiert wird, die Phosphorsäurekomponente mit einem weit höheren Transportverhältnis
und höherer Konzentration, d. h. einer weit höheren Gewinnungswirksamkeit, gewonnen werden kann, als
bei dem üblichen Flüssigkeits-Flüssigkeits-Extraklionsverfahren, falls rohe Phosphorsäure mit n-Butylalkohol
extrahiert wird.
Man könnte annehmen, daß das Gewinnungsverhältnis der Phosphorsäure durch Anwendung einer
überschüssigen Menge an Schwefelsäure bei der Reaktion zwischen Phosphatgestein und Schwefelsäure
erhöht werden könnte. Jedoch ergibt die Anwendung einer überschüssigen Menge an Schwefelsäure die
unerwünschte Erscheinung, daß die Schwefelsäure in der gewonnenen Phosphorsäure enthalten ist, und es
muß in Betracht gezogen werden, daß Metallsalze in die Phosphorsäure zusammen mit dieser Schwefelsäure
transportiert werden.
Gemäß der Erfindung kann, wie sich aus Tabelle IV ergibt, die nicht durch n-Biiiylalkohol gewonnene
Phosphorsäurekomponente, die im Extraktionsrückstand verblieben ist, wirksam durch Behandlung des
Extraktionsrückstandes mit einer verdünnten Säure von niedriger Konzentration gewonnen werden. Darüber
hinaus kann die für diese Behandlung verwendete Abfallsäure günstigerweise zur Verdünnung der Ausgangsschwefelsäure
verwendet werden oder die Abfallsäure kann auf dem Ausgangsphosphatgestein absor
biert werden. Somit kann auch diese verbliebene PhosDhorsäurekomponente schließlich als reine Phosphorsäure
gewonnen werden und deshalb kann ein hohes Gewinnungsverhältnis der Phosphorsäure erfindungsgemäß
erreicht werden.
Wenn die rohe Phosphorsäure mit n-Butylalkohol nach dem Flüssigkeits-Flüssigkeits-Extraktionsverfahren
extrahiert wird, enthält der rückgewonnene n-Butylalkohol eine beträchtliche Menge an Wasser.
Falls dieser n-Butylalkohol deshalb erneut zur Extraktion verwendet würde, wird das Verhältnis des
Transportes der Phosphorsäure erniedrigt. Deshalb werden zusätzliche Stufen angewandt, um den n-Butylalkohoi
vom Wasser bei der Destillation der n-Butylalkoholphase
abzutrennen, um die Phosphorsäurekomponente zu gewinnen.
Im Hinblick auf die vorstehenden Ausführungen ergibt sich eindeutig, daß es industriell sehr vorteilhaft
ist, die Phosphorsäurekomponente direkt aus einem festen Phosphatgestein-Schwefelsäure-Produkt von
niedrigem Wassergehalt unter Anwendung eines organischen Lösungsmittels wie n-Butylalkohol zu
gewinnen.
In diesem Beispiel wurden, um die Einflüsse des Übertragungsindex auf die Gewinnungswirksamkeit
und das Phosphorsäuregewinnungsverhältnis zu ermitteln, Phosphalgestein-Schwefelsäure-Reaktionsprodukte
mit unterschiedlichen Transportindex mit n-Butylalkohol extrahiert.
Die als Ausgangsmaterialien zur Extraktion verwendeten Phosphatgcstein-Schwefelsäure-Reaktionsprodukte
wurden nach folgenden Verfahren hergestellt.
Das gleiche aus Florida erhältliche Phosphatgestein wie in Beispiel 1 wurde in der gleichen Weise wie in
Beispiel 1 gemahlen und das erhaltene Pulver als Ausgangsgestein verwendet.
Verfahren A
Unter Anwendung der gleichen Mengen an Phosphatgestein und Schwefelsäure wie in Beispiel 1 wurde
ein leimartig festes Phosphatgestein-Schwefelsäure-Reaktionsprodukt
in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt Dieses Reaktionsprodukt wurde zu
Körnern mit einem Durchmesser von etwa 1,5 mm geformt und unter den in Tabelle I angegebenen
Temperatur- und Zeitbedingungen wärmebeiiandelt und da:, feste Phosphatgestein-Schwefelsäure-Reaktionsprodukt
zur Extraktion erhalten.
Verfahren B
11 Wasser wurde zu 2 kg pulverförmigem Phosphatgestein
zugesetzt und die erhaltene Aufschlämmung mit 98%iger Schwefelsäure in einer Menge von 1,0
Äquivalenten, bezogen auf die gesamten basischen Komponenten in der Aufschlämmung (etwa 1,1
Äquivalente, bezogen auf die Calciumkomponente im Phosphatgestein), versetzt, d. h. 1,68 kg 98%ige Schwefelsäure.
Das erhaltene Gemisch wurde vermischt und umgesetzt, um ein pastenartiges Reaktionsprodukt zu
erhalten. Das pastenartige Produkt wurde während 30 Minuten in einem bei 1200C gehaltenen Trockner
vorbehandelt und dann zu Körnern mit einem Durchmesser von etwa 1,5 mm geformt. Dann wurde
das kornförmige Produkt unter den in Tabelle VI angegebenen Temperatur- und Zeitbedingungen wärmebehandelt
und ein festes Phosphatgestein-Schwefelsäure-Reaktionsprodukt zur Extraktion erhalten.
Aus jedem der auf diese Weise erhaltenen festen Phosphatgestein-Schwefelsäure-Reaktionsprodukte
wurde die Phosphorsäurekomponente mit wasserfreiem gereinigten n-Butylalkohol unter Anwendung der gleichen Extraktionsapparatur wie in Beispiel 1 in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 extrahiert und der Extraktionsrückstand, der hauptsächlich aus Gips bestand, erhalten.
Aus jedem der auf diese Weise erhaltenen festen Phosphatgestein-Schwefelsäure-Reaktionsprodukte
wurde die Phosphorsäurekomponente mit wasserfreiem gereinigten n-Butylalkohol unter Anwendung der gleichen Extraktionsapparatur wie in Beispiel 1 in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 extrahiert und der Extraktionsrückstand, der hauptsächlich aus Gips bestand, erhalten.
Im Fall des nach dem Verfahren B erhaltenen pastenartigen Reaktionsproduktes wurde die Paste in
dem zur Extraktion verwendeten n-Butylalkohol verrührt, bevor sie in den Soxhletextraktor eingebracht
wurde und das erhaltene korniormige Produkt in den Extraktor gepackt und in der gleichen Weise wie
vorstehend extrahiert.
Nach einer zweistündigen Extraktion wurde die Gewinnung des im Extraktionsrückstand im angehafteten
Zustand verbliebenen n-ButylaJkohols und des n-Butylalkohols aus dem gewonnenen homogenen
Flüssigkeitsgemisch aus n-Butylalkohol und Phosphorsäure in der gleichen Weise wie in Beispiels 1
ausgeführt Die Analysenwerte der Hauptkomponenten der gewonnenen Phosphorsäuren sind in Tabelle VI
pjlgegeben.
Jeder Extraktionsrückstand wurde analysiert, und das Verhältnis des Transportes der Phosphorsäurekomponente,
bezogen auf P2O5, im Ausgangsgestein wurde aus den Analysenwerten von CaO und P2O5 berechnet und
die in Tabelle Vi angegebenen Werte erhalten.
Obwohl die Extraktionszeit auf 2 Stunden in Beispie)
1 begrenzt ist, wurde in diesem Beispiel n-Butylalkohol zurückgeführt, bis die extrahierbare Phospliorsäurekomponente
vollständig extrahiert war. Die Hauptkomponenten des in diesem Fall erhaltenen Extraktionsrückstandes wurden analysiert und das Verhältnis des
Transportes der Phosphorsäure, bezogen auf P2O5-Komponente
im Ausgangsgestein, wurde aus den
ίο Analysenwerten von CaO und P2O5 bestimmt und die in
Tabelle VI angegebenen Werte erhalten.
Die für diese vollständige Extraktion erforderliche Zeit ist gleichfalls in Tabelle VI angegeben.
Weiterhin wurde die Gewinnungswirksamkeit aus
J5 dem Gehalt an P2O5, n-Butylalkohol und H2O in dem
homogenen Flüssigkeitsgemisch aus n-Butylalkohol und Phosphorsäure vor der Abtrennung des n-Butylalkohols
und aus dem berechneten Wert des Phosphorsäuretransportverhältnisses bestimmt und die in Tabelle VI
4» angegebenen Werte erhalten.
Versuch 1 | Versuch 2 | Versuch 3 | Versuch 4 | Versuch 5 | |
Reaktionsverfahren | A | A | A | A | B |
Wärmebehandlungsbedingungen | leimartiges Produkt |
pastöses Produkt |
|||
Temperatur (0C) | 140-150 | 140-150 | 140-150 | ||
Zeit (Std.) | 1,0 | 1,5 | 2,0 | ||
Zusammensetzung der Hauptkomponenten des festen Ruaktionsproduktes (Gew.-%) |
|||||
CaO | 23,55 | 26,35 | 26,40 | 27,00 | 21,63 |
P2O5 | 16,22 | 18,23 | 18,14 | 18,71 | 14,87 |
SO3 | 36,21 | 40,04 | 40,60 | 41,05 | 33,18 |
MgO | 0,16 | 0,18 | 0,19 | 0,19 | 0,14 |
Fe2O3 | 0,73 | 0,83 | 0,83 | 0,85 | 0,68 |
AI2O3 | 0,47 | 0,51 | 0,53 | 0,52 | 0,43 |
F | 1,63 | 0,58 | 0,64 | 0,59 | 1,63 |
SiO2 | 4,78 | 5,02 | 5,02 | 5,15 | 4,45 |
Transnortindex E | 1.00 | 2.11 | 2.43 | 3.16 | 0.65 |
21
Fortsetzung
22
Versuch
Versuch 2
Versuch 3
Versuch 4
Versuch 5
Zusammensetzung der Hauptkomponenten in dem nach 2stündiger Extraktion erhaltenen
Extraktionsrückstand (Gew.-%)
CaO | 35,57 | 32,13 | 32,08 | 34,72 | 31,20 |
P2O5 | 2,97 | 3,79 | 4,11 | 6,32 | 7,47 |
SO3 | 54,40 | 49,23 | 48,50 | 53,22 | 47,92 |
Transportverhältnis (%) der Phosphorsäure |
88,0 | 83,0 | 81,5 | 73,8 | 65,4 |
Zusammensetzung der Hauptkomponenten in dem nach 2stiindiger Extraktion gewonnenen Extrakt (Gew.-%) |
|||||
P2O5 | 42,38 | 47,26 | 46,90 | 44,58 | 40,33 |
CaO | 0,07 | 0,01 | 0,01 | 0,01 | 0,82 |
R2O3 | 0,39 | 0,22 | 0,22 | 0,20 | 0,98 |
Gewinnungswirksamkeit | 6,99 | 7,05 | 6,76 | 5,76 | 3,40 |
Transportverhältnis (%) der Phosphorsäure nach vollständiger Extraktion |
88,0 | 83,0 | 82,5 | 80,3 | 65,4 |
Erforderliche Zeit (Std.) zur vollständigen Extraktion
Tabelle Vl (Fortsetzung)
2,0
2,0
3,0
2,0
Versuch 6 | Versuch 7 | Versuch 8 | Versuch 9 | Versuch 10 | Versuch 11 | |
Reaktionsverfahren | B | B | B | B | B | B |
Wärmebehandlungsbedingungen | vorbehan | |||||
deltes | ||||||
Granulat | ||||||
Temperatur (0C) | 120-130 | 140-150 | 170-180 | 200-210 | 240-250 | |
Zeit (Std.) | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | |
Zusammensetzung der | ||||||
Hauptkomponenten des festen | ||||||
Reaktionsproduktes (Gew.-%) | ||||||
CaO | 22,98 | 24,03 | 24,80 | 25,92 | 26,30 | 27,05 |
P;O5 | 15,80 | 16,55 | 17,08 | 17,84 | 18,12 | 18,63 |
SO3 | 35,27 | 36,90 | 38,03 | 39,74 | 40,44 | 41,57 |
MgO | 0,15 | u, lu | 0,17 | 0.18 | 0,19 | η ίο |
Fe2O3 | 0,72 | 0,75 | 0,78 | 0,81 | 0,83 | 0,85 |
Al2O3 | 0,46 | 0,48 | 0,50 | 0,52 | 0,53 | 0,54 |
F | 1,59 | 1,66 | 1,72 | 1,80 | 1,28 | 0,86 |
SiO2 | 4,69 | 4,88 | 4,72 | 5,00 | 5,19 | 5,15 |
Transportindex E | 0,86 | 1,13 | 1,40 | 2,18 | 2,55 | 3,62 |
Zusammensetzung der | ||||||
Hauptkomponenten in dem nach | ||||||
2stündiger Extraktion erhaltenen | ||||||
Extraktionsrückstand (Gew.-%) | ||||||
CaO | 33,81 | 33,02 | 33,12 | 34,55 | 33,03 | 28,95 |
P2O5 | 2,97 | 3,23 | 3,53 | 4,03 | 5,18 | 13,47 |
SO, | 51,65 | 50,58 | 50,70 | 52,85 | 50,68 | 44,60 |
I ort set/ium
Versuch 6 Versuch 7 Versuchs Versuch 9 Versuch 10 Versuch 11
Transportverhältnis (%) der 87,4 85,9 84,7 83,3 77,7 33,0
Phosphorsäure
Zusammensetzung der
Hauptkomponenten in dem nach
2stündiger Extraktion gewonnen
Extrakt (Gew.-%)
Hauptkomponenten in dem nach
2stündiger Extraktion gewonnen
Extrakt (Gew.-%)
P2O5 43,92 48,83 49,08
CaO 0,44 0,10 0,03
R2O, 0,57 0,35 0,32
Ucwinnungswirksamkeit 6,82 6,91 7,i8
Transportverhältnis (%) der 87,4 85,9 84,7
Phosphorsäure nach vollständiger
Extraktion
Erforderliche Zeit (Std.) zur 2,0 2,0 2,0 2,3 3,0 4,5
vollständigen Extraktion
48,29 | 46,83 | 45,80 |
0,01 | 0,01 | 0,01 |
0,24 | 0,17 | Spur |
6,95 | 6,18 | 1,20 |
84,0 | 79,7 | 62,1 |
Aus den vorstehenden Werten zeigt es sich, daß, falls der Transportindex äußerst gering ist, d. h., wenn der
Wassergehalt groß ist, entweder das Verhältnis des Transportes der Phosphorsäure oder die Gewinnungswirksamkeit verringert wird. Dies dürfte auf die
wechselseitige Löslichkeit im n-Butylalkohol-Phosphorsäure-System
wie im Fall der Flüssigkeits-Flüssigkeits-Extraktion von roher Phosphorsäure, wie in Beispiel 1
angegeben, zurückzuführen sein, wo entweder das Transportverhältnis oder die Gewinnungswirksamkeit
bei einem Abfall der Konzentration an roher Phosphorsäure verringert wird.
Es ergibt sich auch, daß, wenn der Transportindex zu groß ist, entweder das Transportverhältnis oder die
Gewinnungswirksamkeit erniedrigt wird und gleichzeitig das Herstellungsausmaß verringert wird.
Im Hinblick auf die vorstehenden Darlegungen ergibt sich leicht, daß gute Extraktionsergebnisse erhalten
werden können, wenn das feste Phosphatgestein-Schwefelsäure-Reaktionsprodukt einen Transportindex
im Bereich von 1,0 bis 2,8 hat.
In diesem Beispiel wurde die Phosphorsäurekomponente
aus einem festen Phosphatgestein-Schwefelsäure-Reaktionsprodukt unter Anwendung verschiedener
Extraktionslösungsmittel extrahiert.
A) Das gleiche Phosphaigestein-Schwefeisäure-Reaktionsprodukt
mit einem Transportindex von 2,21, wie es in Beispiel 1 verwendet wurde, wurde als
Ausgangsreaktionsprodukt zur Umsetzung verwendet.
Als Extraktionslösungsmittel wurden Aceton, Äthyläther, Äthylalkohol und Isobutylalkohol verwendet.
Der gleiche Soxhletextraktor wie in Beispiel 1 wurde
zur Extraktion verwendet, und die Extraktion wurde so durchgeführt, daß das Extraktionslösungsmittel bei der
in Tabelle VII angegebenen Temperatur in der Extraktionszone verblieb und das Lösungsmittel in einer
Geschwindigkeit von einem Cyclus je 5 Minuten zurückgeführt wurde. Auf diese Weise wurde die
Extraktion während 2 Stunden fortgesetzt.
Nach beendeter Extraktion wurde das im Extraktionsrückstand verbliebene Lösungsmittel in dem hieran
angehafteten Zustand von dem Rückstand durch Erhitzen des Rückstandes unter verringertem Druck
abgetrennt.
Das gewonnene homogene flüssige Gemisch aus Lösungsmittel und extrahierter Phosphorsäure wurde
iiner Destillation unter verringertem Druck zur Abtrennung und Rückgewinnung des Lösungsmittels
und einer vom Lösungsmittel freien Phosphorsäurelösung unterworfen. Der hauptsächlich aus Gips bestehende
Extraktionsrückstand wurde zur Bestimmung des Gehaltes der Hauptkomponenten analysiert und das
Transportverhältnis der Phosphorsäurekomponente, bezogen auf P2O5 im Ausgangsgestein, wurde aus den
Analysenwerten für CaO und P2O5 im Extraktionsrückstand
berechnet. Die Ergebnisse sind in Tabelle VIl enthalten.
Der Gehalt der Hauptkomponenten der gewonnenen Phosphorsäure ist aus Tabelle VIl zu entnehmen.
Gleichfalls wUidc die GewihiiungSwiiksanikeii aub den
Anaiysenwerten von P2O5, H2O und dem Lösungsmittel
im homogenen Flüssigkeiisgemisch aus Lösungsmittel und Phosphorsäure vor der Abtrennung des Lösungsmittels
und aus dem Verhältnis des Transportes der Phosphorsäure berechnet und die in Tabelle VIl
aufgeführten Ergebnisse erhalten.
Versuch Versuch 2
Versuch 3
Versuch 4
Lösungsmittel
Extraktionstemperatur (°C)
Extraktionstemperatur (°C)
Aceton 45-50
Athyläther | Äthylalkohol | Isobutyl |
alkohol | ||
28-32 | 65-70 | 95-100 |
l-'ortNCt/unn
Versuch 1 Versuch 2 Versuch 3 Versuch 4
Zusammensetzung (Gew.-%) der Haupt- | 33,59 | 33,32 | 33,65 | 34,78 |
komponenten im Extraktionsrückstand | 7,86 | 8,34 | 5,15 | 4,38 |
CaO | 50,95 | 50,54 | 51,06 | 52,76 |
P2O5 | ||||
SOj | ||||
Verhältnis (%) des Transportes der 66,3 64,0
Phosphorsäure
Zusammensetzung (Gew.-%) der Hauptkomponenten in der gewonnenen Phosphorsäure
P2O5 44,00 47,82
CaO 0,005 0,01
R2O3 0,18 0,26
Gewinnungswirksamkeit 4,82 4,97
77,9
45,09
0,01
0,31
0,01
0,31
6,66
81,8
48,11
0,01
0,23
0,01
0,23
7,16
B) Das gleiche feste Phosphatgestein-Schwefelsäure-Reaktionsprodukt
mit einem Transportindex von 2,21, wie es in Beispiel 1 verwendet wurde, wurde als
Ausgangsreaktionsprodukt zur Extraktion verwendet.
Als Extraktionslösungsmittel wurden n-Butylalkohol
und Tri-n-butylphosphat, verdünnt mit Kerosin auf eine Konzentration von 5 Vol.-%, angewandt.
Ein Gefäß mit einem Rückflußkühler wurde als Extraktor angewandt und das feste Reaktionsprodukt in
dem Lösungsmittel im Gefäß eingetaucht. Das Gemisch wurde während 20 min bei den in Tabelle VIII
angegebenen Temperaturen zur Extraktion eingetaucht. Das Lösungsmittel wurde von dem festen Reaktionsprodukt abfiltriert und das gewonnene feste Reaktionsprodukt mit einem frischen Lösungsmittel in der
gleichen Weise wie vorstehend erneut extrahiert. Dieser Arbeitsgang wurde 6mal wiederholt.
Nach der Beendigung der Extraktion wurde das im klebrigen Zustand im Extraktionsrückstand, der hauptsächlich
aus Gips bestand, verbliebene Lösungsmittel von dem Rückstand durch Erhitzen des Rückstandes
unter verringertem Druck abgetrennt.
Das extrahierte und zurückgewonnene homogene Flüssigkeitsgemisch aus Lösungsmittel und Phosphorsäure
wurde der Destillation unter verringertem Druck zur Abtrennung und Gewinnung des Lösungsmittels
und einer Phosphorsäurelösung, frei von Lösungsmittel, unterworfen.
Der hauptsächlich aus Gips bestehende Extraktionsrückstand 'Vurde analysiert, und aus den Analysenvverten
für CaO und P2O5 wurde das Verhältnis des
Transportes der Phosphorsäurekomponente, bezogen auf P2O5 in dem Ausgangsphosphatgestein, berechnet
und die in Tabelle VIII angegebenen Werte erhalten.
Die Zusammensetzung der Hauptkomponenten in der gewonnenen Phosphorsäure ergibt sich aus Tabelle
VIII.
Tabelle VIII | Versuch 5 | Versuch 6 |
n-Butyl- alkohol |
verdünntes Tri-n-butyl phosphat |
|
Lösungsmittel | ||
Versuch 5 Versuch 6
Extraktionstemperatur (0C) | 75-85 | 120- |
Zusammensetzung (Gew.-%) | ||
der Hauptkomponenten des | ||
Extraktionsrückstandes | ||
CaO | 34,46 | 33,88 |
P2Os | 5,77 | 8,09 |
SO3 | 52,27 | 51,39 |
Transportverhältnis (%) | 75,8 | 55,6 |
Zusammensetzung (Gew.-%) | ||
der Hauptkomponenten in | ||
der gewonnenen Phosphor | ||
säure | ||
P2O5 | 47,63 | 49,25 |
CaO | 0,02 | 0,01 |
R2O5 | 0,33 | 0,17 |
Aus den Werten der Tabellen VII und VIII ergibt es 4-j sich, daß, obwohl verschiedene Alkohole zur Extraktion
verwendet wurden, die Phosphorsäurekomponente direkt aus dem festen Phosphatgestein-Schwefelsäure-Reaktionsprodukt
extrahiert werden kann.
Eine weitere Ausführungsform der Abtrennung und Gewinnung der Phosphorsäure aus dem extrahierten
homogenen flüssigen Gemisch aus Lösungsmittel und Phosphorsäure ist in diesem Beispiel angegeben.
In der gleichen Weise wie in Beispiel 1 wurde ein extrahiertes homogenes flüssiges Gemisch aus n-Butylalkohol
und Phosphorsäure hergestellt. Entsprechend üblichen Verfahren wurde der n-Butylalkohol von dem
homogenen Gemisch abgetrennt und eine von n-Butyl-
bo alkohol frere Phosphorsäurelösung gewonnen.
Reines Wasser wurde zu dem homogenen flüssigen Gemisch aus n-Butylalkohol und Phosphorsäure in
solcher Menge zugesetzt, daß keine Phasentrennung verursacht wurde. Dann wurde das wasserhaltige
"flüssige Gemisch mit dem gleichen Volumen eines halogenierten Kohlenwasserstoffes oder Kohlenwasserstoffes
zur selektiven Extraktion von n-Butylalkohol in den halogenierten Kohlenwasserstoff oder Kohlen-
wasserstoff versetzt, und es wurde die Phosphorsäurelösung gewonnen.
Das abgetrennte Gemisch aus n-Butylalkohol und
dem halogenierten Kohlenwasserstoff oder Kohlenwasserstoff wurde in die Einzelkomponenten durch
Destillation oder erforderlichenfalls Rektifikation entsprechend üblichen Verfahren aufgetrennt. Das auf
diese Weise rückgewonnene Lösungsmittel kann wiederholt zur Extraktion verwendet werden.
Als Beispiele für bei der vorstehenden selektiven Extraktion verwendbare halogenierte Kohlenwasserstoffe
können beispielsweise Äthylendichlorid und Trichloräthylen und als Kohlenwasserstoffe können
beispielsweise Hexan, Benzol, Toluol und Xylol aufgeführt werden.
!m vorliegenden Beispiel wurde Trichloräthylen als halogenierter Kohlenwasserstoff und Benzol als Kohlenwasserstoff
gewählt.
Die vorstehende selektive Extraktion von n-Butylalkohol
aus dem homogenen flüssigen Gemisch von n-Butylalkohol und Phosphorsäure wurde nach den
vorstehenden üblichen Verfahren unter Anwendung von Trichloräthylen oder Benzol ausgeführt. Die
gewonnene Phosphorsäure wurde analysiert und die in Tabelle IX aufgeführten Ergebnisse erhalten.
Versuch
Versuch 2
Rückextraktionslösungsmittel
Zusammensetzung (Gew.-%)
der Hauptkomponenten in
der gewonnenen Phosphorsäure
der Hauptkomponenten in
der gewonnenen Phosphorsäure
P2O5
CaO
R2O3
CaO
R2O3
Phosphorsäuregewinnungsverhältnis (%)
Trichloräthylen
42,44
0,005
0,14
0,005
0,14
97,5
Benzol
39,90
0,01
0,18
0,01
0,18
95,3
chend dem üblichen Naßschleifverfahren ausgeführt. Bei der Beendigung dieses Schleifarbeitsganges
wurde die Entwicklung von freiem Fluorgas aus der Kugelmühle beobachtet. Bei diesem Schleifarbeiisgang
wurde die im Ausgangsgestein enthaltene kristalline Kieselsäure ausreichend fein zerteilt
und amorph. Das adf diese Weise geschliffene Phosphatgestein wurde getrocknet und bei etwa
95O0C während 20 min gebrannt und das gebrannte
Phosphatgestein (a) erhalten.
Zusammensetzung (Gcw.-%) des aus Makatea erhaltenen Ausgangsphosphatgesteins
20
Fe2O3
Al2O3
37,14
53,43
0,34
1,14
0,54
5,12
2,20
2,20
Aus den Werten der Tabelle IX ergibt es sich, daß beim erfindungsgemäßen Verfahren die Phosphorsäurekomponente
aus der Lösungsmittel haltigen extrahierten Phosphorsäure entsprechend üblichen Rückextraktionsverfahren
gewonnen werden kann.
In diesem Beispiel wurde das A.usgangsphosphatgestein
verschiedenen Vorbehandlungen unterworfen und die aus diesen behandelten Produkten des Phosphatgesteines
erhaltenen Phosphatgestein-Schwefelsäure-Reaktionsprodukte wurden mit n-Butylalkohol zur
Gewinnung der Phosphorsäurekomponente extrahiert
Fünf vorbehandelte Phosphatgesteinsprodukte wurden nach den folgenden Verfahren hergestellt:
(A) Ein in Makatea gewonnenes Phosphatgestein, das die in Tabelle X angegebene Zusammensetzung
hatte, wurde in eine Kugelmühle für das Naßverfahren eingebracht Aluminiumoxidkugeln mit
einem Durchmesser von etwa 5 bis etwa 2 mm wurden als Schleifmittel verwendet und Wasser in
die Kugelmühle eingebracht Das Naßschleifen des Phosphatgesteines wurde während 24 Std. entspre-
55
to
(B) Das nach dem vorstehenden Vei fahren A) erhaltene
gemahlene und getrocknete Phosphatgestein wurde mit 3 Gew.-°/o Calciumchlorid (CaCl2 · 2 H2O) versetzt und das Gemisch bei etwa
950°C während 20 min gebrannt und ein gebranntes Phosphatgestein (b) erhalten.
(C) Das beim vorstehenden Verfahren A) erhaltene gemahlene und getrocknete Phosphatgestein wurde
mit 3 Gew.-% Calciumchlorid (CaCl2 ■ 2 H2O)
und 3 Gew.-% amorphem Kieselsäurepulver versetzt und das Gemisch bei etwa 950° C während
20 min gebrannt und ein gebranntes Phosphatgestein (c) erhalten.
(D) Das gleiche in Florida erhaltene Phosphatgestein wie in Beispiel 1 wurde einer Magnettrennung zur
Entfernung der Eisenkomponenten hieraus unterworfen. Das erhaltene Phosphatgestein hatte die in
Tabelle XI angegebene Zusammensetzung. In der gleichen Weise wie beim vorstehenden Verfahren
A) wurde dieses Phosphatgestein naßvermahlen und getrocknet. Das getrocknete Phosphatgestein
wurde mit 5 Gew.-% Calciumchlorid (CaCU · 2 H?O) versetzt und das Gemisch bei etwa
59° C während 20 min gebrannt und ein gebranntes Phosphatgestein (d) erhalten.
Zusammensetzung (Gew.-%) des einer Eisenentfernungsbehandlung unterzogenen
Produktes eines Phosphatgesteins aus Florida
65 P2O5
CaO
Fe2O3
AI2O3
CaO
Fe2O3
AI2O3
33,64
48,64
0,39
0,94
Fortsetzung
Zusammensetzung (Gew.-%) des einer Eisenentfernungsbehandlung
unterzogenen
Produktes eines Phosphatgesteins aus Florida
Produktes eines Phosphatgesteins aus Florida
Na,0
K2O
F
SiO1
K2O
F
SiO1
0,52
4,00
8,65
8,65
(E) Das einer Eisenbehandlung unterzogene gemahlene und getrocknete Phosphatgestein nach dem
vorstehenden Verfahren D) wurde mit 3 Gew.-% Natriumchlorid (NaCl) versetzt und das Gemisch
bei etwa 9500C während 20 min gebrannt und das gebrannte Phosphatgestein (e) erhalten.
Jedes der gebrannten Phosphatgesteine (a) bis (e) wurde mit Schwefelsäure in der gleichen Weise wie in
Beispiel 1 umgesetzt Speziell wurden 2 kg des gebrannten Phosphatgesteinpulvers mit 98%iger
Schwefelsäure in einer Menge von 1 Äquivalent bezogen auf die gesamten basischen Komponenten im
Gestein, versetzt und das erhaltene leimartige feste Phosphatgestein-Schwefelsäure-Reaktionsprodukt zu
einer nadelartigen Form geformt und bei 140 bis 1500C
ίο wärmebehandelt, um das feste Reaktionsprodukt zu erhalten.
Die Zusammensetzungen der erhaltenen festen Reaktionsprodukte sind in Tabelle XII angegeben.
In der gleichen Weise wie in Beispiel 1 wurde jedes der erhaltenen festen Reaktionsprodukte einer Extraktionsbehandlung
unter Anwendung von entwässertem und gereinigten n-Butylalkohol unterworfen.
Die Ergebnisse der Analysen der gewonnenen Phosphorsäuren ergeben sich aus Tabelle XII.
Tabelle XII | Versuch 1 | Versuch 2 | Versuch 3 | Versuch 4 | Versuch 5 |
(a) | (b) | (C) | (d) | (e) | |
Gebranntes Phosphatgestein | |||||
Zusammensetzung (Gew.-%) des gebrannten | |||||
Phosphatgesteins | 37,21 | 37,11 | 30,92 | 37,45 | 37,18 |
P2O5 | 53,48 | 54,49 | 54,27 | 53,09 | 52,30 |
CaO | 0,34 | 0,04 | 0,035 | 0,02 | 0,25 |
Fe2O3 | 1,15 | 0,83 | 0,75 | 0,88 | 0,94 |
Al2O3 | 0,55 | 0,55 | 0,55 | 0,58 | 0,64 |
Na2O j K2O I |
4,82 | 4,73 | 3,83 | 3,53 | 3,91 |
F | 2,00 | 1,95 | 4,46 | 6,44 | 6,50 |
SiO2 | |||||
Zusammensetzung (Gew.-%) des Phosphat- | |||||
gestein-Schwelelsäure-Reaktionsproduktes | 18,20 | 17,92 | 17,88 | 18,03 | 18,11 |
P2O5 | 26,16 | 26,31 | 26,28 | 25,56 | 25,47 |
CaO | 39,76 | 39,99 | 39,94 | 38,85 | 38,71 |
SO3 | 0,27 | 0,26 | 0,27 | 0,28 | 0,31 |
Na2O 1 K2O I |
0,17 | 0,02 | 0,02 | 0,01 | 0,08 |
Fc2O3 | 0,57 | 0,42 | 0,38 | 0,44 | 0,52 |
AI2O3 | 1,21 | 1,18 | 0,96 | 0,88 | 0,98 |
F | 1,03 | 1,17 | 3,57 | 3,74 | 3,80 |
SiO2 | 1,44 | 1,41 | 1,67 | 1,48 | 1,52 |
Transportindex E des Phosphatgestein- | |||||
Schwefelsäure-Reaktionsproduktes | |||||
Gehalt (Gew.-%) der Hauptkomponenten in | |||||
der gewonnenen Phosphorsäure | 48,25 | 48,57 | 47,89 | 48,33 | 48,08 |
P2O5 | 0,04 | Spur | Spur | Spur | 0,01 |
Fe2O3 | |||||
Verhältnis (%) des Transportes der
Phosphorsäure
Phosphorsäure
82,7
82,3
81,4
82,9
Aus den Werten der Tabelle XII ergibt es sich, daß sogar, wenn das Ausgangsphosphatgestein verschiedenen
Vorbehandlungen unterzogen wird. Phosphorsäure von hoher Konzentration in einem sehr hohen
Gewinnungsverhältnis nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gewonnen werden kann. Weiterhin werden.
wenn das warmebehandelte Phosphatgstein angewandt wird, die organischen Verunreinigungen praktisch
vollständig in der Brennstufe entfernt und infolgedessen ist die gewonnene Phosphorsäure farblos und transparent.
Wenn weiterhin das Ausgangsphosphatgestein mit
einem Halogenid oder Kieselsäure versetzt wird und dann gebrannt wird, kann eine praktisch von Verunreinigungen
wie Eisenverbindungen freie Phosphorsäure in hoher Konzentration und hohem Gewinnungsverhältnis
gewonnen werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Verfahren zur Herstellung von Phosphorsäure durch Mischen von Phosphatgestein mit Schwefel- -,
säure. Formen der Mischung zu Körnern, Trocknen der Körner bei 80 bis 300" C während 10 bis 240
Minuten, und selektives Extrahieren der Phosphorsäure aus den Körnern unter Verwendung eines
Lösungsmittels, dadurch gekennzeichnet, in daß man die Körner unter solchen Bedingungen
trocknet, daß der Transportindex E der Körner innerhalb des Bereiches von 1,0 bis 2,8 liegt, wobei
der Transportindex E durch die folgende Formel definiert wird: ι >
(P^O5)
100- [(CaO)-I-(SO3) + (P2O5) + (F) + (M)] '
worin (P2O5) den Gew.-°/o-Satz des P2O5, (CaO) den
Gew.-°/o-Satz des CaO, (SO3) den Gew.-°/o-Satz des
SO3. (F) den Gew.-%-Satz des F, und (M) den
Gew.-°/o-Satz der Summe von AI2O3, SiO2, Fe2O3,
MgO, K2O und Na2O bezeichnen, und daß man die
Phosphorsäure aus den Körnern in an sich bekannter Weise mit einem organischen Lösungsmittel
extrahiert und das organische Lösungsmittel von der Phosphorsäure durch Destillation entfernt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man bei Verwendung von n-Butylalkohol
als organischem Lösungsmittel den Extrakt unter «1 verringertem Druck destilliert, um den Hauptanteil
des n-Butylalkohols zu gewinnen, und die verbleibende flüssige Mischung, in welcher der Phosphorsäuregehalt
denjenigen des n-Butylalkohols übersteigt, einer Dampfdestillation unter verringertem r>
Druck unterwirft, um den n-Butylalkohol und
Wasser von der Phosphorsäure abzutrennen und die Phosphorsäure zu gewinnen.
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