DE2264475C3 - Verfahren zur Herstellung kondensierter Aluminiumphosphate - Google Patents

Description

die Lndensierfen Aluminiumphosphate überführt

scilieS emperT ^P Begebenenfal.s an-

schließend tempert.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung kondensierter Aluminiumphosphate, die ein P₂O₅: AI₂O₃-Molverhältnis von mindestens 1,5:1, vorzugsweise von 2 bis 3:1, aufweisen, durch thermische Behandlung von Aluminiumorthophosphaten.

Kristalline, kondensierte Aluminiumphosphate sind aus der Literatur seit längerer Zeit bekannt. So charakterisiert F. D'Yvoire in Bull Soc. Chim. France 1962, S. I237ff., ein Aluminiumtetrametaphosphat der Zusammensetzung AI(PO₃)₃ mit ringförmigem Anion (A) sowie vier langkettige Polyphosphate, ebenfalls der Zusammensetzung AI(PO₃)₃ (B, C, D, E), an Hand ihrer spezifischen Röntgenspektren. Für die Herstellung dieser bekannten kondensierten Phosphate schreibt D'Yvoire zwingend die Einhaltung eines P₂O₅/AI₂O₃-Molverhältnisses von 4 bis 15:1 vor, d. h. es muß mit einem erheblichen P₂O₅-Überschuß in der Ausgangslösung gearbeitet werden. Außerdem ist die von D'Yvoire vorgeschlagene Herstellungsweise auch wegen der langen Reaktionszeiten, die mehrere Stunden betragen sollen, für die Produktion von kondensierten Aluminiumphosphaten im großtechnischen Maßstab nicht geeignet.

In der deutschen Offenlegungsschrift 1 767 460 ist ein Verfahren zur Herstellung von kondensierten Aluminiumphosphaten beschrieben, nach dem lösliche, kettenförmig oder ringförmig kondensierte Alkalipolyphosphate mit löslichen Aluminiumsalzen in Wasser umgesetzt und die entstandenen kondensierten Aluminiumphosphate abfiltriert, gewaschen, getrocknet und bei Temperaturen zwischen 300 und 600C getempert werden. Nachteilig bei dieser bekannten Arbeitsweise ist, daß hierzu relativ teure Ausgangssubstanzen benötigt werden, wie Aluminiumsulfat, Aluminiumnitrat oder Kaliumaluminiumalaun sowie kondensierte Natriumphosphate, beispielsweise Tetranatriumdiphosphat, Natriumtrimetaphosphat, Natriumhexametaphosphat oder Hexanatriumtetraphosphat. Ferner sind bei diesem Verfahren lange Trocknungszeiten des ausgefallenen Niederschlages (etwa 24 Stunden) sowie daran anschließend ein mehrstündiges Tempern des getrockneten Produktes erforderlich.

Es ist außerdem bekannt, daß von den bislang bekannten kondensierten Aluminiumphosphaten die langkettige Modifikation AI(PO₃I₃ B als Härter von Wasserglaskitten eingesetzt werden kann, während der Verbindung AI(PO₃)₃ A diese Eigenschaft völlig fehlt.

und die erhaltenen

orthophosphate einer zweistufigen Wärmebehandlunu bei verschiedenen Temperaturen unterwirft.

Eine Dolche Arbeitsweise ist sehr aufwendig. So müssen die zunächst anfallenden Orthophosphate, hei der anschließend zwingend^ notwendigen
Wärmebehandlung
gen Grenzen
durchlaufen. C
dieses Programms von den Optimalwerten führen zu starken Qualitätsschwankungen des Endproduktes. Soll z. B. die Substanz AI(PO₃)₃ B hergestellt werden, so führt eine etwas zu große Erhitzungsgeschwindigkeit bei der ersten Stufe der Temperung zur fast ausschließlichen Bildung von AI(PO₃)₃ A. Die Lage des kritischen Temperaturbereiches hängt von der Zusammensetzung des verwendeten Aluminiumonhophosphates ab und ist nur durch thermogravimetrische oder differential-thermoanalytische Methoden zu bestimmen, was das Verfahren noch weiter kompliziert. Schließlich fallen die kondensierten Phosphate bei diesem Verfahren in sehr grober Form an, so daß ein Brech- und/oder Mahlschritt angeschlossen werden

Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zuurunde, aus billigen Ausgangsstoffen, wie /. H Tonerdehydrat und Phosphorsäure, mit Hilfe eines sehr einfachen, kontinuierlichen Verfahrens, je nach Verwendungszweck, verschiedene kondensierte Aluminiumphosphate herzustellen.

Im einzelnen besteht die vorliegende Erfindung darin, daß man Aluminiumorthosphatlösungen oder -suspensionen in einem Turm mit Heißgasen von 250 bis 700 C sprühtrocknet und daß man das erhaltene Sprühprodukt gegebenenfalls anschließend tempert.

Sollen die kondensierten Aluminiumphosphate als schnellabbindende Härter in Wasserglaskitten geeignet sein, so führt man die Sprühtrocknung der Lösungen oder Suspensionen bei Temperaturen zwischen 300 und 400 C durch. Dagegen werden zur Herstellung kondensierter Aluminiumphosphate, die als langsamabbindende Härter in Wasserglaskitten geeignet sind, die Lösungen oder Suspensionen bei Temperaturen zwischen 400 und 600 C sprühgetrocknet.

Aluminiumphosphate, die, als Härter in Wasscrglaskitten, letztere in einer gewünschten Zeit abbinden, werden erhalten, indem man die Lösungen oder Suspensionen bei Temperaturen zwischen 300 und 400 C sprühtrocknet und das erhaltene Sprühprodukt anschließend tempert. So gewinnt man kondensierte Aluminiumphosphate, welche die genannten Kitte in 10 bis 50 min abbinden, wenn man das Sprühprodukt IO bis 60 min lang bei Temperaturen /wischen 4(K) und 600 C tempert, wobei die Temperatur um so höher gewählt wird, je länger die Abbindezeit des Härters innerhalb der genannten Grenzen sein soll und die Temperzeit um so kürzer gewählt wird, je kürzer die Abbindezeit des Härters sein soll.

Daß sich die erfindungsgemäß hergestellten kondensierten Aluminiumphosphate hervorragend als Härter für an sich bekannte Wasserglaskitte eignen, ist umso überraschender, als· der Fachmann der deutsehen Patentschrift 1 252 835 entnehmen konnte, dall bei

schnellem Erhitzen von Aiuminiumorihophosphatlösungen, d. h. bei Durchführung der Kondensation linier Umgehung der Stufe des festen Aluminiumorthuphosphates sowie der ersten Tcmperslufe, keine als Häiier hracuhbarcn Verbindungen erhalten «erden. Die Aluminiumphosphatlösungen oder -suspensionen können in an sich bekannter Weise durch Umsetzung von Tonerdehydrat mil Phosphorsaure hergestellt werden, wobei die jeweiligen Mengen je nach gewünschtem P-jOJAl./VVerhaltnis des Endproduktes gewählt werden. Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist nicht auf einen speziellen Typ eines Sprühturmes beschränkt. So können Vorrichtungen zur Anwendung kommen, in denen die heißen Gase in Brennkammern außerhalb des Turmes erzeugt werden und dann im deich- oder Gegenstrom mit dem versprühten Ausgangsprodukt in Kontakt kommen. An Stelle einer aufwendigen Kettenlängenanalyse läßt sich der Kondensationsgrad der Endprodukte in einfacher Weise durch Messung des innerhalb von 2 Stunden bei 600 C eingetretenen Glühverlustes bestimmen. Die Vorteile der vorliegenden Erfindung bestehen vor allem darin, daß es erstmals möglich ist, kondensierte Aluminiumphosphate in einem kontinuierlichen, technisch nicht aufwendigen Verfahren mit hohen Raum-Zeit-Ausbeuten herzustellen. Das Verfahren ist außerdem so flexibel, daß für einen besonderen Verwendungszweck speziell geeignete Produkte gezielt hergestellt werden können. Sollen beispielsweise Härter für Wasserglaskitte produziert werden, so lassen sich die Erhärtungszeiten der KiHe durch Variation der Herstellungsbedingungcn der als Harter eingesetzten Aluminiumpolyphosphate in weiten Grenzen \ciändern. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß eine Nachtemperung der Produkte nicht zwingend notwendig ist. Wahlweise kann jedoch die Kondensation im Sprühturrri bei einer relativ tiefen Temperatur durchgeführt werden, worauf

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Nachbehandlung, z. B. in einem Drehrohr, anschließen kann. Ebenfalls vorteilhaft ist die Tatsache, daß die erfindungsgemäß hergestellten Produkte bereits in großer Kornfeinheil anfallen, so daß für viele Anwendungszwccke eine Mahlung nicht erforderlich ist.

Das nachfolgende Beispiel soll die vorliegende Erfindung verdeutlichen:

Beispiel

In einem ummantelten Rührbehälter wurden 400 kg Phosphorsäure mit 78,5 Gewichtsprozent H₃PO₄ durch Dampf auf 80 C erwärmt. Unter Rühren wurde eine Suspension von 100 kg Tonerdehydrat in 100 kg Wasser in einer solchen Geschwindigkeit zu der Phosphor-

säure uegeben, daß die Temperatur auf etwa 80 C blieb. Die gebildete klare Aluminiumphosphatlösung hatte ein Al₀O₃;P₁O,-Molverhältnis von 1:2,5.

Pro Stunde wurden 20 I dieser Aluminiumphosphatlösung im Gleichstrom mit in einer Brennkammer

erhitzW Luft in einem Turm versprüht. Die Heißlufitemperi'tur betrug beim Eintritt in den Turm 330 C, die Ablufttemperatur lag bei 215 C. Das Produkt, welches kontinuierlich dem Turm entnommen wurde, hatte einen Glühverlust von 10,5 Gewichtsprozent

nach 2 Stunden bei 600 C (entsprechend einem Kondensationsgra.l von etwa 2) und ein Schüttgcwichi von 840 g.l. Durch einstündiges Nachtempern bei 500 L wurde ein kondensiertes Aluminiumphosphat mit sehr guten Härteeigenschaflen für Wasserglaskitte erhalten.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur Herstellung kondensierter AIurniniumphosphate, die ein PA = AI₁OrMo iverhaltn.s von mindestens 15 aufweisen durc.hermische Behandlung von Alum.n.umorthophosphaten, dadurch gekennzeichnet, daß man Aiuminiumorthophosphatlosungen oder

   τι uc -,u,,„/.L· ,„

   ^Ä ^St^rt Gegenstand der deutschen Patentschrift I 252 835 ist die Verwendung von kondensierten Aluminiumphosphaten /um Härten von Wasscrglaskitten. Dabei

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