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Verfahren zur Herstellung von Ammoniumperchlorat und Natriumammoniumphosphat
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Ammoniumperchlorat
und Natriumammoniumphosphataus einerNatriumperchloratlösung. Ammoniumperchlorat
wird gewöhnlich durch Umsetzen einer wäßrigen Lösung von Natriumperchlorat mit Ammoniumchlorid
oder Ammoniumsulfat hergestellt. Diese Umsetzung verläuft jedoch nicht vollständig,
so daß Natriumperchlorat mit den anderen Salzen unumgesetzt in Lösung verbleibt.
Die vollständige Gewinnung von NatriumperchIorat ist daher nicht einfach. Ammoniumperchlorat
ist auch nach einem Verfahren umgesetzt worden, bei dem eine wäßrige Lösung von
Natriumperchlorat mit Ammoniak und einer 35%igen Salzsäurelösung bei erhöhter Temperaturumgesetzt,
dasdabei erhaltene Umsetzungsgemisch in einer Vakuumkristallisationsvorrichtung
konzentriert wird, in der Ammoniumperchlorat zuerst abgeschieden und dann abgetrennt
wird, und bei dem dann die Lösung weiter konzentriert und anschließend das Natriumchlorid
von der konzentrierten Lösung abgetrennt wird. Dieses Verfahren ermöglicht zwar
eine wirksame Verwendung von Natriumperchlorat, es ist aber auch von vielen Nachteilen
begleitet. Die verwendeten Vorrichtungen z. B. werden stark korrodiert, weil die
Umsetzung bei erhöhter Temperatur durchgeführt wird und die zu behandelnde Lösung
sauer ist. Ferner ist die Abtrennung von Natriumchlorid nicht einfach, das darüber
hinaus nur ein Nebenprodukt mit geringem Wert ist, das aus der teureren Salzsäure
gebildet worden ist.
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Erfindungsgemäß wird ein wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung
von Ammoniumperchlorat und Natriumammoniumphosphat vorgeschlagen, bei dem Ammoniumperchlorat
und das Phosphat in einer Ausbeute von etwa 100 % erhalten werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Ammoniumperchlorat
in hoher Ausbeute erfolgt durch Umsetzung von Natriumperchlorat mit Ammoniak und
Phosphorsäure und führt zur Gewinnung des Natriums im Ausgangsmaterial (Natriumperchlorat)
in Form des Phosphats der Formel NaNH4HP04, das als antiphlogistisch wirkendes Mittel
und nach dem Vermischen mit Natriumhydroxyd auch als Reinigungsmittel für Kesselspeisewasser
geeignet ist.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst Ammoniumperchlorat
durch Zugeben von Ammoniak und Phosphorsäure zu einer wäßrigen Natriumperchloratlösung
hergestellt. Die Umsetzung erfolgt nach der folgenden Gleichung:
| NaC104 -f- NH3 + H,PO4 , NH4C104 -I- NaH.P04 |
| (1) |
Das Ammoniumperchlorat scheidet sich dabei als feste Substanz ab, während das Natriumdihydrogenphosphat
der Formel NaH2P04 in Lösung bleibt. Die Lösung wird auf einen pH-Wert von 3,5 bis
6,8, vorzugsweise von 4 bis 6, eingestellt. Bei dieser Umsetzung ist eine Erhöhung
der Temperatur nicht wesentlich. Vorzugsweise wird eine Temperatur von 15 bis 35°C
verwendet.
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Bei der zweiten Stufe des Verfahrens wird nach dem Abtrennen des Ammoniumperchlorats
von der Lösung Ammoniak in das NaH1P04 enthaltende Filtrat eingeleitet. Die Umsetzung
erfolgt nach der folgenden Gleichung:
| NaH2P04 -I- 4 H20 + NH3 -+- NaNH,HP04 - 4 H20 |
| (2) |
Damit die Umsetzung (2) erleichtert wird, wird das Umsetzungsgemisch auf einen pH-Wert
von 7,5 bis 9,5, vorzugsweise zwischen 8 und 9 pH, eingestellt. Die Zusammensetzung
des Phosphats wird von der verwendeten Ammoniakkonzentration bestimmt, wobei jedoch
NaNH4HP04 - 4 H20 vorwiegend gebildet wird.
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Beide Umsetzungen (1) und (2) können bei nahezu der gleichen Temperatur
durchgeführt werden, weil durch die Regelung des pH-Wertes bei jeder Umsetzung die
vollständige Abtrennung von Ammoniumperchlorat und Phosphat erzielt wird. Vorzugsweise
soll jedoch die Temperatur, bei der die Abtrennung von Natriumammoniumphosphat erfolgt,
etwa 5 bis 10°C oberhalb der Abtrennungstemperatur von Ammoniumperchlorat liegen.
Dieses Merkmal stellt einen der großen Vorteile des erfindungsgemäßen
Verfahrens
dar; d. h., wenn der pH-Wert der Mutterlauge nach der Abtrennung des Ammoniumperchlorats
durch Zusatz von Ammoniak auf 7,5 bis 9,5 eingestellt wird, verringert sich die
Löslichkeit des Phosphats merklich, so daß das Phosphat ausfällt, während das Ammoniumperchlorat
seine Löslichkeit nahezu beibehält und in Lösung bleibt. Dementsprechend kann die
Trennung der beiden Salze ohne Einengen der Mutterlauge bei der gleichen Temperatur
durchgeführt werden. Diese Verfahrensweise beruht also auf einer geschickten Ausnutzung
der Methode der doppelten Umsetzung. Nach dem Abtrennen des Phosphats bei der Umsetzung
(2) kann die Mutterlauge zu den Umsetzungen (1) und (2) zurückgeleitet werden. Sowohl
die Ausbeute an Ammoniumperchlorat als auch an Phosphat kann daher auf 100% der
theoretischen Ausbeute durch Wiederholung der Umsetzungen erhöht werden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist ein Konzentrieren durch Verdampfen
der Mutterlauge kaum erforderlich, weil das Wasser in der Mutterlauge in Form des
Kristallisationswassers des Phosphats aus dem Gemisch entfernt wird. Wenn die verwendeten
Ausgangsmaterialien Natriumperchlorat und Phosphorsäure eine größere Menge Wasser
enthalten, muß gegebenenfalls die Mutterlauge konzentriert werden; aber selbst in
diesem Fall wird die Korrosion der zum Konzentrieren verwendeten Vorrichtung wegen
des neutralen oder alkalischen pH-Wertes des Gemisches vermieden. Beispiel l 83g
Ammoniak und 660g Natriumperchlorat (1 Mol Kristallisationswasser enthaltend) wurden
in 1000g Wasser unter Rühren gelöst, worauf 720g 65%iger Phosphorsäure zugesetzt
wurden, bis der pH-Wert der erhaltenen Lösung 3,8 war. Die Lösung wurde auf 25°C
eingestellt. Das abgeschiedene Ammoniumperchlorat wurde abfiltriert und mit 60 g
Wasser gewaschen. Das Waschwasser wurde dann mit der Mutterlauge vermischt. Das
gewonnene Ammoniumperchlorat wies einen hohen Reinheitsgrad auf. Ausbeute: 290 g
reine kristalline Substanz. Nach dem Abtrennen des Ammoniumperchlorats wurde der
pH-Wert der Mutterlauge durch Absorbieren von 76 g Ammoniak auf 8,5 gebracht, wobei
eine beträchtliche Menge von kristallinem Phosphat abgeschieden wurde. Die Lösung
wurde auf 30°C abgekühlt und dann abfiltriert, worauf die abgeschiedene Substanz
mit 100 g Wasser gewaschen wurde. Das Waschwasser wurde mit der Mutterlauge vermischt.
Die abgetrennte Substanz bestand aus 770 g reinem kristallinem Phosphat der Formel
NaNH,HP04 - 4 H20-52,5 % des anfänglich verwendeten Natriumperchlorats wurden in
Form von kristallinem Ammoniumperchlorat wiedergewonnen, der Rest (etwa 470/0) verblieb
in der Mutterlauge. Diese zurückbleibenden Perchlorate wurden im nachfolgenden Verfahrensschritt
wieder verwendet und stellten keinen Verlust dar. Beispiel 2 .Der im Beispiel l
erhaltenen Mutterlauge wurden nach dem Abtrennen des Phosphats 32 g Ammoniak und
420g 65%iger Phosphorsäure zugesetzt, wobei ein pH-Wert von 4,0 erreicht wurde.
Der noch warmen Lösung wurden 400 g Natriumperchlorat unter Rühren zugesetzt, wobei
sich beim Auflösen des Natriumperchlorats gleichzeitig kristallines Ammoniumperchlorat
abschied. Die Lösung wurde auf 30°C abgekühlt und abfiltriert. Die abgetrennte Substanz
wurde mit 60 g Wasser gewaschen. Das Waschwasser wurde mit der Mutterlauge vermischt.
Das gewonnene Perchlorat bestand aus praktisch reinem Ammoniumperchlorat. Ausbeute:
300 g reines Ammoniumperchlorat. Nach dem Abtrennen des Ammoniumperchlorats wurde
der pH-Wert durch Einleiten von 84 g Ammoniak auf 9,2 gebracht, wobei kristallines
Phosphat abgeschieden wurde. Die Lösung wurde auf 30°C abgekühlt und abfiltriert.
Die abgetrennte Substanz wurde mit 100 g Wasser gewaschen. Dabei wurden 560 g des
Phosphats erhalten, dessen Zusammensetzung 33,7% P,05 und 9,8% NH3 entsprach und
das einen entsprechenden Rest von Na und Kristallisationswasser aufwies.
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90 % des im Verfahrensschritt des vorliegenden Beispiels zugesetzten
Natriumperchlorats wurden in Form von kristallinem Ammoniumperchlorat zurückerhalten,
der Rest verblieb in der Mutterlauge. Diese zurückbleibenden Perchlorate stellten
keinen Verlust dar; sie ergeben sich aus der Tatsache, daß zuviel Waschwasser verwendet
worden war, bis das kristalline Ammoniumperchlorat in der Mutterlauge gelöst wurde.