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Verfahren zur Herstellung von Phosphaten der Alkali- und Erdalkalimetalle
sowie des Magnesiums Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung von Phosphaten
der Alkali- und Erdalkalimetalle sowie des Magnesiums mit einem gegenüber den Metaphosphaten
erhöhten P,0,-Gehalt. Zur Herstellung der neuen Verbindungen läßt man Phosphorpentoxyd
auf die entsprechenden Metaphosphate in der Glühhitze einwirken. Beispielsweise
verfährt man in der Weise, daß man Phosphorpentoxyd in der hochsiedenden, amorphen
bzw. glasigen Modifikation mit dem betreffenden Metaphosphat zusammenschmilzt. Man
erhält dann eine glasige Masse, deren Konstitution bisher nicht aufgeklärt wurde.
Wenn man z. B. i Mal. P,0, mit i Mol. Calciummetaphosphat zusammenschmilzt, entsteht
beim Erstarren der Schmelze eine glasartige Masse, die überraschenderweise nicht
hygroskopisch ist. Ähnliche Verbindungen entstehen durch Zusammenschmelzen des PhQsphorpentoxyds
mit anderen Metaphosphaten, beispielsweise mit den Metaphosphaten des Magnesiums
und -der Alkalien.
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Statt des immerhin umständlichen Zusammenschmelzens von amorphem Phosphorpentoxyd
mit den Metaphosphaten kann man für die Herstellung der Phosphate auch von Phosphorpentoxyddampf
ausgehen, den -man in Glühhitze auf die Metaphosphate einwirken läßt. Vorteilhaft
ist es, den Phosphorpentoxyddampf durch Verbrennung elementaren Phosphors zu bilden
und die entwickelte Verbrennungswärme für die Durchführung der Reaktion mit den
Metaphosphaten auszunutzen. Diese Ausführungsform des Verfahrens erweist sich als
besonders zweckmäßig, um die phosphorhaltigen Gase, die bei der Herstellung des
Phosphors durch Reduktion von Phosphaten entstehen, unmittelbar zu verwerten. Hierzu
wird der in den Phosphorofengasen enthaltene Phosphor in bekannter Weise zu P206
verbrannt und die bei dieser Verbrennung entstehende Wärme für die Durchführung
der Reaktion mit dem Metaphosphat ausgenutzt. Die hier verfügbare Wärmemenge kann
auch noch durch vollständige Ausnutzung des CO-Gehaltes der. Phosphorofengase für
die Wärmeentwicklung erhöht werden.
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Es gelingt auf die angegebene Weise, Phosphate mit verschiedenem P206
Gehalt herzustellen. So kann beispielsweise das Verhältnis von Ca 0 : P2 06 in den
durch Einwirkung von Phosphorpentoxyddampf auf Calciummetaphosphat gewonnenen Cal'ciumphosphorsäureverbindungen
zwischen i : i bis- i : 2 betragen. Auf die gleiche Weise erhält man aus Alkali-Metaphosphat
Phosphate, die ein noch höheres Verhältnis von P206 zu dem Metall zeigen.
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Inder amerikanischen Patentschrift i 284200 ist bereits vorgeschlagen
worden, Phosphorofengase
mit Luft zu verbrennen und das gebildete
Phosphorpentoxyd - auf Kaliumchlorid einwirken zu lassen, das in feiner Verteilung
in den heißen Gasstrom- -eingeführt wird. Dieses bekannte Verfahren, bei dem die
Reaktion unter fortschreitender Kühlung verläuft, führt nur zu Kaliummetaphosphat,
also zu einem Stoff, der erst das Ausgangsmaterial 3es vorliegenden Verfahrens bildet.
Die heißen oxydierten Phosphorofengase wurden, wie sich aus den amerikanischen Patentschriften
1 470 968, 1 583 054 und 1662 489 ergibt, auch bereits dazu benutzt, Rohphosphate
in lösliche, saure Phosphate umzuwandeln. Auch bei diesen Verfahren, die bei einer
Temperatur unterhalb der Dehydratationstemperatur der sauren Phosphate durchgeführt
werden, entstehen keine Erzeugnisse mit einem gegenüber den Metaphosphaten erhöhten
P,0,-Gehalt. Ausführungsbeispiele i. In Magnesiummetaphosphatschmelze wird P206
haltigerDampf oder P20s haltiges Gas bei iioo bis 120o°, tunlichst in feiner Verteilung,
eingeleitet. Die . Geschwindigkeit des Gasstromes ist nach seinem Gehalt an P206
und nach der Schichthöhe der Schmelze zu bemessen; da die Aufnahme rasch erfolgt,
kann man erhebliche Geschwindigkeiten anwenden. Man kann auf diese Weise bei quantitativer
und rascher Absorption im Endprodukt ein Molverhältnis bis zu i Mg 0 :2 P206 erreichen.
Verwendet man verdünnten P,0,-Dampf, wie er beispielsweise durch Verbrennung von
Phosphorofengas erhalten wird, so gelangt man noch leicht zu einem Molverhältriis
von z MgO : 1,5 P206.
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Zur Herstellung eines Produktes vom Molv erhältnis i : 2 läßt man
von i kg Magnesiummetaphosphat - Mg (PO.,), - o,78 kg P2 O6 Dampf absorbieren und
erhält 478 kg eines Produktes mit 87,5 0f0 P206 und 12, 5% M90. Zur Herstellung
eines Produktes vorn Molverhältnis i : 1,5 genügen pro i kg Magnesiummetaphosphatschmelze
0,39 kg P206-Dampf. Das Endprodukt hat 84,i0/, P,0, und 15,901o Mg0.
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Statt das P2 O,- haltige Gas in die Metaphosphatschmelze einzuleiten,
kann man die Schmelze auch in einem mit Füllkörpern beschickten Schacht dem Gas
entgegenriesel'n lassen.
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2. Natriummetaphosphatschmelze wird in analoger Weise, wie in Beispiel
i angegeben, bei 60o bis 80o° mit PZOs Dampf oder mit P2 0,- haltigem Gas behandelt.
Die erhaltenen -Erzeugnisse sind noch phosphorsäurereicher als die entsprechenden
Calciumverbindungen. Bei Anwendung von unverdünntem P206-Dampf kann man bei vollständiger
und rascher Absorption des P20;, beispielsweise Phosphate erreichen, die das Molverhältnis
z Na, 0 : 3 P206 noch übersteigen.
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Zur Herstellung eines Produktes vom Molverhältnis i : 3 läßt man von
i kg Natriummetaphosphatschmelze 1,40 kg Phosphorpentoxyddarnpf absorbieren. Man
erhält 2,¢o kg eines Erzeugnisses, das einen Na20-Gehalt von 12,7 % und einen
P20,- Gehalt von 87,3 % aufweist.
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Die neuen Verbindungen eignen sich infolge ihrer Beschaffenheit besonders
gut als Düngemittel. Sie besitzen einen P,0,-Gehalt, der bis über 8o °/o gesteigert
werden kann, und zeigen eine für Düngezwecke befriedigende Löslichkeit. So wird
beispielsweise ein im Verhältnis CaO : P206 = i : i112 zusammengesetztes Phosphat
schon durch etwa zweitägige Berührung mit kaltem Wasser fast vollständig in Lösung
gebracht. Ein besonderer Vorzug der Verbindungen liegt darin, daß sie im Gegensatz
zu vielen Phosphaten nicht hygroskopisch sind und infolgedessen auch hervorragende
Streufähigkeit besitzen. Die Löslichkeit kann übrigens ohne Beeinträchtigung der
Streufähigkeit noch erheblich gesteigert werden, wenn man die hocherhitzten, zweckmäßig
schmelzflüssigen Massen einer raschen Abkühlung (Abschreckung) unterwirft, wobei
man vorteilhaft für die Entstehung einer großen Oberfläche sorgt. Das Abschrecken
kann beispielsweise durch Auftropfen der Schmelze auf kalte Eisenplatten oder durch
Einfließenfassen in kaltes Wasser erfolgen.
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Es ist bereits bekannt, daß die Löslichkeit von Alkalimetaphosphat
dadurch erhöht werden kann, daß man das schmelzflüssige Material abschreckt. Aus
dieser Angabe ist aber noch nicht zu entnehmen, daß die Löslichkeit der nach dem
neuen Verfahren hergestellten Phosphate der Alkali- und Erdalkalimetalle mit einem
gegenüber den Metaphosphaten erhöhten P,0,-Gehalt auf die gleiche Weise verbessert
werden kann. Es handelt sich hier um ein von Kaliummetaphosphat durchaus verschiedenes
Material, über dessen Verhalten keine Voraussage möglich war.