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Herstellung von Meta- und Polyphosphaten Metaphosphate gewinnen ständig
an technischer Bedeutung. Sie werden in der Weise gewonnen, daß man aus den entsprechenden
primären Orthophoephaten Wasser abspaltet, oder daß man den Ammoniumorthopho,sphaten
Wasser und Ammoniak entzieht. Man hat bisher diese Abspaltung des Wassers bzw. Ammoniaks
in der Weise durchgeführt, daß man die für die Reaktion nötige Wärme von einer Gefäß-,vand
aus auf das Reaktionsgut übertrug, und zwar so, daß sich das @Reaktionsgut während
des Prozesses auf einer Gefäßwand befand. Vorzugsweise hat man für diesen Vorgang
Drehrohröfen benutzt.
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Bei dieser Durchführung der Reaktion treten aber verschiedene Mängel
auf. So bilden sich z. B. in Drehrohröfen an bestimmten Zonen an der Wand feste
Krusten,- die für eine kontinuierliche Durchführung des Vorgangs von Nachteil werden
können. Noch gefährlicher ist die Korrosion der Werkstoffe. Zur Herstellung des
Natriumhexametaphosphats muß man z. B. das Ausgangsmaterial auf Temperaturen über
64o° erhitzen. Da nun das Natriummetaphosphat stark sauer reagiert, tritt bei diesem
Vorgang ein schneller Angriff und Verschleiß der Reaktionsgefäße ein. Alle in der
Technik üblichen Spezialsteine und -rrietalle zeigen schon nach Stunden eine merkbare,
über das zulässige Maß hinausgehende Korrosion. Will man das technisch besonders
wertvolle Natriumhexametaphosphat erhalten, so muß man nach dem Erhitzen rasch abkühlen,
da sich bei längerem Erwärmen und langsamem Abkühlen in Wasser unlösliche Metaphosphate,
die sog. Kurrolschen Salze bilden. Auch dieses rasche Abkühlen des Reaktionsgutes
ist bei der Durchführung im Großbetrieb nicht ganz einfach, wenn die Reaktion in
der beschriebenen Weise in Gefäßen durchgeführt wird.
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Ähnlich liegen die Verhältnisse bei der Herstellung der Polyphosphate.
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Alle die erwähnten Schwierigkeiten werden gemäß der vorliegenden Erfindung
überwunden, indem man die Reaktion nicht auf Gefäßwänden durchführt, sondern in
einer erhitzten Gaszone. Der Prozeß geht z. B. in der Weise, vonstatten, daß man
Leuchtgas u. dgl. verrennt und in diese Flammenzone das Orthophosphat einbläst.
Man kann aber auch auf eine beliebige andere Weise eine erhitzte Gaszone erzeugen,
wesentlich ist dabei, daß das heiße Reaktionsgut keine Gefäßwände berührt. Es zeigt
sich die überraschende Tatsache, dä,ß auf diese Weise auch die Darstellung definierter
Meta- und Polyphosphate in einfacher Weise durchzuführen ist. Durch eine entsprechende
apparative Anordnung kann' man bequem erreichen, daß das entstandene Phosphat vor
dem Zusammentreffen mit festen Wänden schon auf eine Temperatur abgekühlt ist, bei
der kein Angriff der Werkstoffe zu befürchten ist. Außerdem
lassen
sich die feinen, festen Teilchen nach dem Verlassen der Flammenzone bzw. der heißen
Gaszone leichter einem starken Temperatursturz aussetzen als bei Durchführung der
Reaktion auf der Oberfläche von Gefäßen.
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Als Ausgangsstoffe bei der Darstellung der Allcalisalze kommen primäre
Alkaliorthophosphate bzw. solche Orthophosphate enthaltende Gemische in Frage. Hierin
sind auch solche Phosphate einbegriffen, die außer einem Atom eines fiten Alkalis
noch eine N H,-Gruppe enthalten. Die Reaktion geht also unter Abspaltung von Wasser
oder von Wasser und Ammoniak vor sich. Bei der Herstellung anderer Salze, z., B'.
der Erdalkalisalze, etwa der Calciumsalze, oder auch von Schwermetallsalzen, etwa
der Kupfersalze, werden die analogen Orthophosphate als Ausgangsmaterial benutzt.
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Für die Durchführung des Verfahrens sind eine Reihe von Möglichkeiten
gegeben. So kann man statt des festen Ausgangsmaterials Lösungen benutzen. Man muß
dann nur für eine genügende des Weges durch die Reaktionszone bzw. für eine genügende
Erhöhung der Reaktionstemperatur Sorge tragen. Bei Benutzung von Ammoniumortliophospbateri
als Ausgangsmaterial kann das Ainnioniak wiedergewonnen werden.
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Weiterhin kann man aus Gemischen oder Lösungen von primärem und sekundärem
Orthophosphat Polyphosphate herstellen.
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Die Temperatur der Flammen- bzw. erhitzten Gaszone muß oberhalb der
Umwandlungstemperatur, bei der Herstellung von N atriulnhe@ametapliospliat also
oberhalb 64o' liegen. Im übrigen kann man die Wahl der Temperatur innerhalb weiter
Grenzen treffen. Je mehr man mit der Temperatur über die Umwandlungstemperatur hinausgeht,
uni so mehr kann man die Zeit, während der das Produkt in der Reaktionszone verweilt,
abkürzen. Auf dem Weg nach dem Passieren der Reaktionszone wird das Gemisch mit
Vorteil gekühlt, z. B. durch ziigeblasene Kaltluft. Die Weglänge, die zum Abkühlen
des Produktes nötig ist, beträgt '/2 m bis S in. Die Wand, auf der das Reaktionsprodukt
aufgefangen wird, kann man mit einer Kühlvorrichtung versehen, um den Rest der Wärme
aus dein Reaktionsprodukt abzuführen.
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Es ist bereits seit einer Reihe von Jahren bekannt, Pvrophosphate
aus sekundären Orthophosphaten durch Erhitzen in einem gasförmigen Medium darzustellen.
Dieses Verfahren hat keine besondere Bedeutung erlangt, da es bei den Pyropliospliaten
ohne erliebliche Schwierigkeiten gelingt, durch direkte L`bertragung der Reaktionswärme
von der Gefäßwand auf die sekundären Orthophosphate reine Pyrophosphate darzustellen.
lm Gegensatz dazu lassen sich die Metaphosphate aus den primären Ortliophosphaten
durch direkte Übertragung der Reaktionsdärme von der Gefäßwand nur unter erheblichem
Materialverschleiß und außerdem kaum in reinem Zustand gewinnen. Diesen Weg hatte
man aber bisher in der Technik in Ermangelung eines besseren -#-erfalirens.beschritten.
Da die Bildungstemperaturen der Pvrophosphate niedriger liegen, genügen bei der
Herstellung in gasförmigem Medium Temperaturen unterhalb 232', also Temperaturen,
die bei der Entwässerung öfter angewandt zu werden pflegen; hierbei können die die
U mwandlungsprodukte führenden Gase noch heiß die Wände des Reaktionsgefäßes berühren.
Bei der Herstellung des N atriuminetaphosphats dagegen muß auf Temperaturen oberhalb
64o' erhitzt werden, eine außergewöhnlich hohe Temperatur für eine derartige Entfernung
von Wasser; außerdem müssen die die Reaktionsprodukte tragenden Gase weitgehend
abgekühlt sein, bevor sie die Wandungen berühren: Das Verfahren bringt dann den
bedeutenden Fortschritt, daß es so zum erstenmal möglich ist, reine lletaphosphate
in einfacher Weise in technischem Maßstab herzustellen.
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Beispiele i. In die Flamme eines Gebläses wurde mit Druckluft fein
gepulvertes Mononatriumphosphat eingeblasen. Im Abstand von 1/2 in wurde das gebildete
N atriumhexametaphosphat in Form kleiner durchsichtiger Kugeln aufgefangen. Das
Salz löste sich quantitativ in Wasser. Daraus, daß seine Lösung mit Silbernitrat
keinen Niederschlag gab, konnte man erkennen, daß das Mononatriumphospha.t sich
vollständig umgesetzt hatte.
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2. In einem beiderseits offenen und senkrecht stehenden Eisenrohr
wurde durch Verbrennen von Leuchtgas eine über 700' heiße Gassäule erzeugt. Durch
die Mitte dieses Rohres ließ nian kontinuierlich in feinem Strome Mononatriumphosphat
zufließen. Es wurde ein Natriuminetaphosphat von den gleichen Eigenschaften wie
im Beispiel i erhalten.
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3. In die im Beispiel 2 beschriebene Anordnung wurde bei einer durch
Verbrennen von Leuchtgas erzeugten Gastemperatur von io8o° in feinster Verteilung
primäres Calciumphosphat eingeblasen. Das Reaktionsprodukt bestand aus Calciuninietaliliosphat,
dessen CaO-Gelialt zu 29,8 °;" und dessen POS-Gehalt zu 70,2 °;o ermittelt wurde.
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.1.. Eine annähernd auf die Verbindung ('u(H.POi)2 eingestellte Auflösung
von
Kupferkarbonat in Phosphorsäure wurde in die im Beispiel .2
angegebene Anordnung bei einer Gastemperatur von 10q.0° eingeblasen. Es wurde ein
Kupfermetapho.sphat erhalten, dessen Cu O-Gehalt zu 34,4'1, und dessen P205-Geha,lt
zu 65,q. °j, festgestellt würde.