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Herstellung von Alkaliphosphaten aus Ferrophosphor Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Herstellung von Alkaliphosphaten durch Umsetzen eines Gemisches
von fein gemahlenem Ferrophosphor mit Alkalisalzen, insbesondere Alkalicarbonat,
und bezweckt die Überwindung der dabei in den Glühöfen, z. B. offenen Herdöfen,
Drehöfen o. dgl., auftretenden Störungen und sonstiger Betriebsschwierigkeiten.
Bekanntlich werden bei dem in Frage stehenden Verfahren die Ausgangsstoffe zunächst
zerkleinert und dann vermischt. Wenn die Ausgangsstoffe in trockenem Zustande vermischt
werden, besteht eine Neigung zur Entmischung. Versucht man, diese Entmischung dadurch
zu vermeiden, daß man die Ausgangsstoffe mit Wasser anfeuchtet, dann backen sie
rasch zu harten Klumpen zusammen. Ferner backt das Gemisch der Ausgangsstoffe bei
Verwendung von Wasser in der Förderrutsche fest, und auch am Ofenfutter setzen sich
an der Eintrittsstelle des Rohgutes große Klumpen oder Ringe fest, die nur in geringem
Maße der Umsetzung unterliegen. Diese störenden Ansätze bilden die Ursache dafür,
daß zwecks ihrer Beseitigung der Ofen häufig stillgesetzt werden muß.
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Wird jedoch die Mischung erfindungsgemäß mit einer wäßrigen Lösung
eines anderen Alkalisalzes angefeuchtet, als zum Aufschluß dient, dann werden die
erörterten Schwierigkeiten wesentlich vermindert. Besonders vorteilhaft ist es,
zum Anfeuchten der Mischung eine verdünnte Alkaliphosphatlösung vorzugsweise in
'einer Menge von 1o bis 150)o zu verwenden. Die Ausgangsmischung erhärtet dann nicht
rasch, so daß während des Arbeitens keine harten Klumpen vorhanden sind, noch haftet
sie an der Förderrutsche. Obgleich auch jetzt noch die Ausgangsmischung gegenüber
dem Ofenfutter Anbackfähigkeit besitzt, erfolgt das Anbacken nur noch in praktisch
belanglosem Maße, und die Beseitigung großer festgebackener Klumpen oder Ringe ist,
wenn überhaupt, - so nur nach äußerst langen Zwischenräumen notwendig. Ferner ergibt
die mit Natriumphosphatlösung angefeuchtete Mischung eine höhere Phosphorausbeute
als die lediglich mit Wasser angefeuchtete. Benutzt man erfindungsgemäß zum Anfeuchten
der Mischung die dünnen Waschlaugen der durch Absetzen und gegebenenfalls nach Zusatz
von Ätzalkali durch Abfiltrieren oder Abschleudern erhaltenen Eisenoxydrückstände,
dann erzielt man noch den Vorteil, daß die Anhäufung der mit dem Natriumcarbonat
eingeführten Verunreinigungen auf einem Mindestwert gehalten werden kann.
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Ausführungsbeispiel Ferrophosphor, dessen Phosphorgehalt von 1o bis
30 °lo schwanken kann und welcher vorzugsweise im allgemeinen 22 bis 26 01o Phosphor
enthält, wird sehr fein gemahlen, etwa auf eine Körnung entsprechend dem 200-Maschen-Sieb,
und dann mit einem Alkalicarbonat, beispielsweise Kaliumcarbonat, vorzugsweise aber
Natriumcarbonat, in stöchiometrischen Mengen vermischt. Eine geeignete Mischung
besteht beispielsweise aus
.14°J Ferrophosphor mit einem Gehalt
an 25 °]o Phosphor-- und= 56 °-',-Natriumcarbonat.
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Die Mischung wird dann in oxydierender Atmosphäre auf eine Reaktionstemperatur
erhitzt, welche unterhalb des Schmelzpunktes der Mischung liegt. Die Temperatur,
auf welche die Mischung erhitzt wird, liegt vorzugsweise zwischen iooo und iioo°
C, obgleich etwas niedrigere Temperaturen, herab bis auf goo° C, oder etwas höhere
Temperaturen, die noch keine Schmelzung der Mischung verursachen, angewendet werden
können. Die Erhitzung der Mischung wird fortgesetzt, vorzugsweise ohne nennenswerte
oder sichtbare Schmelzung, bis die Reaktion beendet ist.
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Die heiße Reaktionsmischung wird direkt in die Auslaugeflüssigkeit
abgezogen, welche Wasser oder vorzugsweise eine wäßrige Phosphatlösung sein kann,
die aus dem nachstehend beschriebenen Verfahren hervorgegangen ist. Die Berührung
der noch heißen Reaktionsmischung mit der Auslaugeflüssigkeit ändert sowohl die
physikalischen als auch chemischen Eigenschaften des unlöslichen Rückstandes der
Mischung, welcher zum großen Teil aus Eisenoxyd besteht. Wenn daher die Reaktionsmischung
erst abgekühlt und dann ausgelaugt wird, erhält man ein braunes Eisenoxyd, das die
Neigung hat, zu einem größeren Betrage in Suspension zu bleiben und sich vergleichsweise
nur langsam abzusetzen. Wird die Reaktionsmischung jedoch heiß aus dem Ofen mit
der Auslaugeflüssigkeit in Berührung gebracht, dann bleibt das Eisenoxyd schwarz
und setzt sich besser und schneller ab als das braune Eisenoxyd. Man erzielt ferner
den Vorteil einer konzentrierteren Lauge und vermeidet eine Wasseranhäufung zufolge
der hierbei auftretenden Verdampfung.
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Obgleich Wasser oder eine verdünntere Phosphatlösung zum Auslaugen
verwendet werden kann, ist es vorzuziehen, eine Natriumphosphatlösung von 12 bis
2o° Be und insbesondere 16 bis 18° B6 zu benutzen. Eine geeignete Lauge kann durch
Vermischen von Mutterlauge aus der Endkristallisation des Phosphatproduktes mit
Waschlaugen aus dem Verfahren erzielt werden, beispielsweise mit der ersten Waschlauge,
welche durch Auswaschen des Eisenoxydrückstandes bei der erstmaligen Auslaugung
anfällt. Die Mutterlauge zeigt etwa 2o bis 25° B6 und die Waschlauge etwa i2 bis
14° Be; beide Laugen werden so vermischt, daß eine Auslaugeflüssigkeit entsteht,
die 14 bis 2o°, vorzugsweise zwischen 16 und 18° B6 aufweist.
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Nach Einwirkung der Phosphatlauge auf die Reaktionsmischung läßt man
den Eisenoxydrückstand absitzen und dekantiert die überstehende Flüssigkeit, welche
nach Klärung eine Dichte von 3o bis 40° Be und vorzugsweise etwa 36° Be aufweist.
Da diese starke, Trinatriumphosphat enthaltende Lauge große Schwierigkeiten beim
direkten Filtrieren be-
reitet, wird sie zuerst durch eine Klärschleuder geführt,
um den größeren Teil der haltbar aufgeschwemmten Stoffe zu entfernen. Die Filtrierarbeit
der abgeschleuderten Lösung wird weiterhin verbessert, indem man ihr eine geringe
Menge Ätznatron zufügt, welche hinreicht, um der Lösung eine Alkalinität zu verleihen,
die etwas höher liegt als die theoretische Alkalinität des Trinatriumphosphats,
beispielsweise i bis 2 °1o oder noch etwas höher. Dieser Zusatz von Ätznatron verbessert
nicht nur die Filtrierbarkeit der Lauge, sondern scheint auch den Gehalt des Phosphatendproduktes
an Eisenverunreinigung zu verringern.
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Die Lösung wird dann einem Filter geeigneter Art zugeführt, beispielsweise
einem Trommelfilter, Planfilter, oder einer Filterpresse und strömt nach der Filtration
in eine geeignete Kristallisiervorrichtung, in welcher das Alkaliphosphat, beispielsweise
das Trinatriumpho'sphat, auskristallisiert. Die anfallende Mutterlauge, welche beispielsweise
2o bis 25° Be aufweisen kann, dient zum Ansatz jener Lauge, mit welcher das durch
Erhitzen des Ferrophosphors mit Alkalicarbonat entstandene Reaktionsprodukt-ausgelaugt
werden soll.
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Der beim Auslaugen' des Ofengutes verbleibende Eisenoxydrückstand
wird mit Wasser oder vorzugsweise mit der schwachen Lauge ausgewaschen, die von
einem späteren Auswaschen jenes Rückstandes anfällt und dem die verdünnte Lauge
zugefügt werden kann, die durch Auswaschen des in* der Zentrifuge abgesetzten Schlammes
anfällt. Die Waschlauge wird in solchen Mengen benutzt, daß sie nach dem Waschen
eine Dichte von io bis 15° und im allgemeinen von 12 bis W Be aufweist. Diese erste
Waschlauge wird, wie bereits _ erwähnt, mit der Mutterlauge vermischt, um die Flüssigkeit
zum Auslaugen der Reaktionsmischung zu liefern.
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Nach der ersten Auswaschung wird der Eisenoxydrückstand nochmals mit
einer geringen Menge Wasser nachgewaschen, um irgendwelche Phosphatreste zu entfernen,
bevor das Eisenoxyd aus dem System beseitigt wird. Die anfallende zweite oder schwache
Waschlauge kann eine Dichte bis zu 5 ° B6 und im allgemeinen von i bis 3 ° Be aufweisen.
Ein Teil dieser schwachen oder zweiten Waschlauge kann, wie oben beschrieben, dazu
dienen, die Mischung aus Ferrophosphor und Natriumcarbonat anzufeuchten, um eine
Entmischung zu verhüten.
Der größere Teil der zweiten oder schwachen
Waschlauge wird jedoch zur ersten Auswaschung des Eisenoxydrückstandes benutzt.
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An Stelle des Natriumcarbonatskönnen, wie erwähnt, in der Reaktionsmischung
auch andere Alkalicarbonate, beispielsweise Kaliumearbonat, verwendet werden, ferner
andere äquivalente, Sauerstoff abgebende oder Phosphat bildende Alkalimetallverbindungen,
wie z. B. die Ätzalkalien oder Alkalisulfate, die auch neben Alkalicarbonaten angewendet
werden können, wobei die Reaktionstemperaturen im Ofen entsprechend eingestellt
werden müssen.