DE1020317B - Verfahren zur Gewinnung von Phosphor und Ferrochlorid - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft die Herstellung von elementarem Phosphor und Ferrochlorid aus Ferrophosphor.

Die Bezeichnung » Ferrophoephor « wird in ihrem allgemeinen Sinn verwendet. Mit Ferrophosphor wird ein Gemisch von Eisenphosphideni, wie Fe₃P, Fei₂P, FeP, FeP₂, und womöglich noch anderen. Phosphorverbindungen bezeichnet. Dieses Gemisch kann, unter Umständen, auch als kontinuierliche Reihe oder als eine feste Lösung, in welcher Eisen und Phosphor in jedem beliebigem Verhältnis vorliegen, angesehen werden. Ferrophosphor fällt gewöhnlich als Nebenprodukt der Phosphatindustriei an. Im Handel erhältlicher Ferrophosphor wird in Sorten eingeteilt je nach seinem Phosphorgehalt, der von. 15 bis 30% betragen kann und gewöhnlich in Mengen, von etwa, 22 bis 26 % vorliegt, was etwa, der Formel Fe₂P entspricht. Bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung ist jede Ferrophosphorsorte geeignet, selbst solche Sorten, deren Phosphorgehalt unter 2O°/o. liegt.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, aus Ferrophosphor Eisen, und Phosphor in Form ihrer Chloride, nämlich Ferrichlorid und Phosphortrichlorid, zu gewinnen.

Es ist weiterhin, bekannt, Ferrophosphor bis zur Sättigung zu chlorieren und das erhaltene Produkt durch Zugabe von weiterem Ferrophosphor bei niedrigeren Temperaturen, zu Phosphortrichlorid umzusetzen. Bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird dagegen der Phosphor als freier Phosphor und nicht, in gebundener Form erhalten und der Eisengehalt des Ferropho'Sphors als Ferrochlorid abgetrennt. Die vorliegende Erfindung beruht auf der Entdeckung, daß bei der Behandlung von Ferrophosphor mit Chlor oder Phosphorchloriden in einem bestimmten Temperaturbereich oberhalb 500° elementarer Phosphor und Ferrochlorid sich unter den Reaktionsprodukten befinden, wenn nicht genügend Chlor zur vollständigen Chlorierung des Ferrophosphors vorhanden ist.

Bei der Durchführung der Erfindung wird fester Ferrophoephor mit einem Chlorierungsmittel, wie Phosphorchloride oder Chlor, bei einer Temperatur von 500 bis 700° zur Umsetzung gebracht. Elementarer Phosphor wird gebildet und entweicht in Dampfform a,us dem Reaktionsgemisch zusammen mit etwa nicht umgesetzten Phosphorchloriden. Auch Ferrochlorid wird gebildet und bleibt mit dem festen nicht umgesetzten Ferrophosphor zurück, aus dem es, wie im folgenden beschrieben, abgetrennt und gewonnen werden kann.

Zu den Substanzen, die für die Herstellung von Phosphor und Ferrochlorid nach dem erfindungsgemäßen Verfahren als Äquivalente des Chlors angesehen, werden können und die oben als Phosphor-Verfahren zur Gewinnung von Phosphor und Ferrochlorid

Anmelder:

The Pennsylvania Salt Manufacturing
Company, Philadelphia, Pa. (V. St. A.)

Vertreter: Dr. F. Zumstein
und Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. E. Assmann,
Patentanwälte, München 2, Bräuhausstr. 4

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 5. Juli 1965

Gerhard Barth-Wehrenalp und John Frederick GaIl,

Montgomery, Pa. (V. St. Α.},
sind als !Erfinder genannt worden

chloride bezeichnet wurden, gehören beispielsweise Phosphortrichlorid, Phosphorpeintachlorid und ein komplexes Gemisch aus Phosphorpentachlorid und Ferrichlorid, das etwa der Formel (FeCIg)₂-PCl₃ entspricht. Bei den Temperaturen, bei denen, die Reaktion erfolgt, sind die Phosphorchloride gasförmig, und Phosphorpentacblorid ist bei diesen Temperaturen in Phosphortrichlorid und Chlor dissoziiert. Der Phosphorpentachlorid-Ferrichlorid-Komplex wird am vorteilhaftesten durch vollständige Chlorierung des Ferrophosphors hergestellt und kann, wie im folgenden beschrieben, während der Erzeugung von elementarem Phosphor und Ferrochlorid in situ gebildet werden.

Da Ferrophosphor bei den, Reaktionstemperaturen eine feste Substanz ist, während das Chlorierungsmittel, beispielsweise Phosphortrichlorid, Phosphorpentachlorid, elementares Chlor oder der Komplex (FeCIg)₂ ^-PCl₅, dabei dampfförmig ist, wird die Umsetzung vorteilhaft in einem Reaktionsgefäß mit Abzugsvorrichtung für die gebildeten Dämpfe durchgeführt. Der feste Ferrophoephor wird in das Reaktionsgefäß eingebracht, und das Chlorierungsmittel, das vorzugsweise auf über 500° vorgeheizt wird, wird durch das Reaktionsgefäß geleitet. Die Chlorierung kann in einem Rohr- oder Drehofen durchgeführt werden, und beliebige, zum Abmessen der gasförmigen Reaktionsteilnehmer geeignete Anord-

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nungen können damit verbunden sein. Der am Ofenende abdestillierende elementare Phosphor wird in einer geeigneten Kondensationskammer aufgefangen.

Wenn das ebenfalls bei der Umsetzung gebildete Ferrochlorid gewonnen, werden soll, erfolgt dies mit Vorteil nach dem Ende der Umsetzung durch Erhitzen der in dem Reaktionsgemisch verbleibenden festen Substanzen auf Temperaturen über 670°, dem Schmelzpunkt von Ferrochlorid, jedoch unter der Schmelztemperatur von Ferrophosphor, etwa 1300°, und Abdekantieren des geschmolzenen Ferrochlorids von dem festen nicht umgesetzten Ferrophosphor.

Das folgende Beispiel erläutert die Erfindung, ohne sie zu beschränken,.

Ein mit einem keramischen Futter ausgekleideter Robrofen wurde mit 709 Gewichtsteilen Ferrophosphor beschickt und auf 500° erhitzt. Dann wurden insgesamt 305 Gewichtsteile dampfförmiges Phosphortrichlorid in den. Ofen, eingeleitet, die aus dem Ofen austretenden Dämpfe wurden, kondensiert, ao und das überschüssige Phosphortrichlorid wurde durch Verdampfen aus dem Kondensat entfernt. Das zurückbleibende Kondensat bestand aus 14,5 Gewichtsteilen Phosphor. Die Gesamtmenge des gleichzeitig in dem Ofen gebildeten Ferrochlorids betrug 51 Gewichtsteile.

Es wurde gefunden, daß bei Temperaturen über 700° elementarer Phosphor als Reaktionsprodukt nicht erhalten werden kann; bei diesen. Temperaturen werden offenbar nur höhere Eisenphosphide gebildet.

Bei einer anderen Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird Ferrophosphor in. einen langen Rohrofen, eingebracht, der mit einem Einlaß für gasförmige Reaktionsteilnehmer und mit einer Vorrichtung zur Gewinnung des gasförmigen Rer aktionsproduktes ausgestattet ist. Zur Herstellung von elementarem Phosphor wird der Ofen bei einer Temperatur von 500 bis 700° gehalten. Wasserfreies Chlor wird in den Ofen, in einer Menge eingeführt, die wesentlich unter derjenigen Hegt, die zur vollständigen Chlorierung des vorhandenen Ferrophosphors erforderlich ist; d. h., ein. Überschuß an Ferrophosphor wird in dem Ofen in der Weise verteilt, daß die gasförmigen. Reaktionsteilnehmer bei ihrem Durchgang durch den Ofen ständig auf frischen Ferrophosphor treffen. Die bei der Umsetzung von Chlor mit Ferrophosphor gebildeten Gase bestehen! hauptsächlich aus dem Phosphorpentachlorid-Ferrichlorid-Komplex, der dann mit frischem Ferrophosphor unter Bildung von elementarem Phosphor weiterreagiert, der seinerseits aus der Reaktionsmasse abdestilliert und zusammen mit einer geringen Menge von ebenfalls gebildeten flüchtigen Chloriden aufgefangen wird. Die Verflüchtigungsprodukte dieser Chloride liegen wesentlich niedriger als der von elementarem Phosphor, so daß ihre anschließende Abtrennung leicht auf üblichem Wege erzielt werden, kann. Zusammen mit dem in dem Ofen zurückbleibenden, Überschuß an Ferrophosphor ist eine bei der Umsetzung gebildete bestimmte Menge an Ferrochlorid vorhanden. Das Ferrochlorid wird von dem Ferrophosphor durch Erhöhen der Ofentemperatur auf über 670°, Neigen des Ofens und Ableiten des Ferrocblorids in ein geeignetes Aufnahmegefäß abgetrennt.

Es ist möglich, die Abtrennung von Phosphor und Ferrochlorid gleichzeitig zu bewirken, wenn, die Umsetzung in einem geneigten. Ofen durchgeführt wird, der mit einem Aufnahmegefäß für den flüchtigen Phosphor am oberen Ende, einem Aufnahmegefäß für das flüssige Ferrochlorid am unteren Ende und einer Zuleitung für gasförmige Reaktionsteilnebmer ausgestattet ist. In diesem Fall muß die Temperatur zwischen 670° und etwa 700°, d. h. oberhalb der Schmelztemperatur von Ferrochlorid und innerhalb des Temperaturbereichs, wo der Phosphor gebildet wird, gehalten werden.

Im vorstehenden wurde die Durchführung der vorliegenden Erfindung bei Atmosphärendruck beschrieben. Es können jedoch-, wie bei den meisten chemischen Reaktionen, Drücke angewandt werden, die oberhalb oder unterhalb Atmosphärendruck liegen. Es ist offensichtlich, daß die Temperaturgrenzen bei Anwendung wesentlich höherer oder niedrigerer Drücke als Atmosphärendruck schwanken, wie zu erwarten ist; bei verminderten Drücken liegen die Temperaturen etwas niedriger und bei höheren Drücken etwas höher. Derartige Abweichungen fallen ebenfalls in den Bereich der Erfindung.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Gewinnung von Phosphor und Ferrochlorid aus Ferrophosphor, dadurch gekennzeichnet, daß man Ferrophosphor mit gasförmigen Chlorierungsmitteln, wie Chlor, Phosphortrichlorid, Phosphorpentaehlorid und/oder (FeCIg)₂-PCl₅, in Mengen, die zur vollständigen Chlorierung des Ferrophosphors nicht genügend Chlor liefern, auf eine Temperatur von 500 bis 700° erhitzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Chlorierung bei einer Temperatur zwischen 500 und 670° durchführt und daß man den elementaren. Phosphor im Maße seiner Bildung abtrennt und die zurückbleibenden Feststoffe auf eine Temperatur von wenigstens 670° zum Schmelzen und Abtrennen des Ferrochlorids erhitzt.

3. Verfahren, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung bei einer Temperatur von 670 bis 700° durchführt und den elementaren Phosphor und das Ferrochlorid im Maße ihrer Bildung entfernt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung in einem länglichen geneigten Reaktionsgefäß durchführt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 489 933.

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