Verfahren zur Herstellung von Gemischen aus kristallinem Zeolith und Natriumtriphosphat

Abstract

 Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gemischen aus Zeolith und Natriumtriphosphat, indem man Lösungen oder Suspensionen von Natriumorthophosphat gleichzeitig mit Zeolithen sprühtrocknet. wobei man Natriumorthophosphat einsetzt, das, ausgehend von dem für Natriumtriphosphat im Falle eines zeolithfreien Produktes theoretischen Na:P-Molverhältnis von 1,66, pro Anteil von jeweils 10 Gew.% Zeolith im Endprodukt, ein um jeweils 0,01 niedrigeres Na:P-Molverhältnis aufweist, und daß man die Zeolithsuspension in einer solchen Entfernung vom Orthophosphat versprüht. daß sich die Sprühkegel beider Komponenten erst dann berühren, wenn die Zeolithteilchen an ihrer Oberfläche bereits getrocknet und die Phosphatteilchen zumindest teilweise kondensiert sind.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gemischen aus kristallinen Zeolithen und Natriumtriphosphat, durch Sprühtrocknen wäßriger Lösungen oder Suspensionen von Natriumorthophosphat in einem Raum, in welchen gleichzeitig die Zeolithe eingebracht werden.

[0002] Derartige Gemische, die neben dem Triphosphat im allgemeinen zwischen 10 und 50 Gewichts% Zeolithe enthalten, werden vor allem als sogenannte Builder für phosphatarme Waschmittel verwendet.

[0003] Im allgemeinen verfährt man dabei so, daß man die jeweils auf getrennten Wegen hergestellten Komponenten in pulverförmigem Zustand miteinander vermischt, wobei das Triphosphat nach bekannten Verfahren aus Natriumorthophosphatlösungen oder -suspensionen, die etwa 28 bis 32 Gewichts% P₂O₅ enthalten und ein Na : P-Molverhältnis von 1,667 aufweisen, vorzugsweise durch Sprühtrocknung bei 350 bis 500°C erhalten wird.

[0004] Die Zeolithe werden dagegen durch hydrothermale Kristallisation einer Wasserglas-Aluminatsynthesemischung erhalten, wobei das Kristallisationsprodukt nach Abtrennung von der Mutterlauge im Drehrohr oder in einem Heißluftsprühturm bei 100 bis 350⁰C getrocknet wird.

[0005] Bei den bekannten Verfahren ist in jedem Fall eine getrennte Herstellung und Lagerung beider Builderkomponenten erforderlich.

[0006] Diese bisherige Praxis könnte deutlich wirtschaftlicher gestaltet werden, wenn es gelänge, insbesondere den apparativ aufwendigen Verfahrensschritt der Trocknung der Zeolithe mit der Herstellung des Triphosphates zu kombinieren. Es ist auch schon versucht worden, bei der Herstellung phosphatarmer Wasch- und Reinigungsmittel zumindest einen Teil der Zeolithe während der Zerstäubungstrocknung des phosphathaltigen wäßrigen Waschmittelansatzes in pulveriger Form in den Raum einzubringen, in welchem die zerstäubten Partikel getrocknet werden (DE-OS 2 529 685).

[0007] Vom apparativen Aufwand her, wie auch aus Gründen der Energieeinsparung schien es zweckmäßig, die Zeolithmaische gemeinsam mit der Orthophosphatlösung bzw. -suspension unter Verwendung einer Zweistoffdüse gemeinsam zu versprühen; doch führten entsprechende Versuche nicht zu den gewünschten Produkten, da offenbar beim Austritt der Komponenten aus der Sprühdüse eine Wechselwirkung der Komponenten aufeinander über die noch vorhandene wäßrige Phase erfolgt.

[0008] Dadurch verläuft einerseits die Kondensation der Phosphate unter Bildung eines hohen Anteils an Diphosphat, andererseits wird ein Teil der Zeolithe strukturell verändert.

[0009] Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß sich die Nachteile der bekannten Arbeitsweisen vermeiden lassen, wenn man Natriumorthophosphatlösungen oder -suspensionen in einem Raum sprühtrocknet, die, ausgehend von dem für Natriumtriphosphat im Falle eines zeolithfreien Produktes theoretischen Na : P-Molverhältnis von 1,66, pro Anteil von jeweils 10 Gewichts% Zeolith im Endprodukt, ein um jeweils 0,01 niedrigeres Na : P-Molverhältnis aufweisen, und wenn man gleichzeitig die Zeolithe in Form einer wäßrigen Suspension in den genannten Raum einbringt, wobei die Zeolithsuspension in einer solchen Entfernung vom Orthophosphat versprüht wird, daß sich die Sprühkegel beider Komponenten erst dann berühren, wenn die Zeolithteilchen an ihrer Oberfläche bereits getrocknet und die Phosphatteilchen zumindest teilweise kondensiert sind. Als Zeolithe werden dabei vorzugsweise Aluminiumsilikate der allgemeinen Formel (Kat_2/nO)_x. Al₂O₃. (Si0₂)y eingesetzt, worin Kat ein mit Calcium austauschbares Kation der Wertigkeit n, x eine Zahl von 0,7 bis 1,5 und y eine Zahl von 0,8 bis 6 ist.

[0010] Insbesondere verwendet man Zeolithe des Typs A. Das Sprühtrocknen führt man am besten bei Temperaturen zwischen 350 und 500°C durch.

[0011] Die erhaltenen Gemische zeichnen sich dadurch aus, daß sie sehr feinteilig, rieselfähig und lagerbeständig sind.

[0012] Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Kondensation des Natriumtriphosphates ohne nennenswerte Diphosphatbildung, die Trocknung des Zeolithen und die intensive Vermischung beider Komponenten in einem einzigen Arbeitsschritt. Im Vergleich zur bisherigen Verfahrensweise bedeutet dies eine Einsparung eines Sprühturmes für die Zeolithtrocknung und gegebenenfalls einer Vorrichtung zur Mischung der Komponenten.

[0013] Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt die Herstellung von Gemischen beliebiger Zusammensetzung.

[0014] Der Zusammenhang zwischen dem Zeolithanteil im Endprodukt und dem erforderlichen Na : P-Molverhältnis in der eingesetzten Orthophosphatlösung bzw.-suspension ist in dem nachfolgenden Diagramm dargestellt.

[0015] Wie aus dem Diagramm hervorgeht, muß nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, je nach dem im Endprodukt gewünschten Zeolithanteil, das Na : P-Molverhältnis des eingesetzten Orthophosphates kleiner als 1,66 und größer als 1,56 sein.

[0016] Anhand der folgenden Beispiele soll die vorliegende Erfindung näher erläutert werden.

Beispiel 1 (Vergleichsbeispiel)

[0017] Am Kopf eines Sprühturmes werden stündlich 140 kg einer an P₂0₅ 20 gewichtsprozentigen Natriumorthophosphatlösung mit einem für die Bildung von Natriumtriphosphat theoretischen Na : P-Molverhältnis von 1,66 und 175 kg einer wäßrigen Maische mit 40 Gewichts% Zeolith A getrennt durch zwei Düsen (Düsenabstand: 1 m) bei einer Temperatur von 410°C so eingesprüht, daß sich die beiden Sprühkegel erst berühren, wenn die Zeolithteilchen an der Oberfläche trocken und die Phosphatteilchen zumindest teilweise kondensiert sind. Erhalten wird ein Produktgemisch, das nach analytischem und röntgenographischem Befund zu je 50 Gewichts% aus kristallinem Zeolith A und kondensierten Phosphaten besteht. Das Phosphatkondensationsprodukt enthält laut Papierchromatogramm nur 55 % Triphosphat neben 45 % Diphosphat.

Beispiel 2

[0018] In Abänderung von Beispiel 1 wird eine Natriumorthophosphatlösung mit einem Na : P-Molverhältnis von 1,61 bei sonst unveränderten Bedingungen eingesetzt. In diesem Fall enthält das kristalline Reaktionsprodukt neben 50 Gewichtsteilen Zeolith A zu gleichen Teilen ein Phosphatkondensationsprodukt,das zu 95 % aus Natriumtriphosphat besteht.

Beispiel 3 (Vergleichsbeispiel)

[0019] In Abänderung zum Beispiel 2 werden die gleiche Natriumorthophosphatlösung und die Zeolithmaische statt über zwei räumlich getrennte Düsen über eine Mehrstoff-Düse durch zwei separate Kanäle eingesprüht o daß sich die Sprühkegel unmittelbar nach aus der Düse berühren. In diesem Fall wird ein Produkt eine fen, dessen Phosphatanteil zu 80 % aus Natriumdiphosphat und nur 20 % aus Triphosphat besteht. Daneben enthält das Produkt nur 30 % Zeolith A statt des zu erwartenden Gehaltes von 5o %. Die restlichen 20 % des silikatischen Materials liegen in veränderter, nicht näher untersuchter Form vor.

Beispiel 4

[0020] 350 kg/h einer wäßrigen Maische mit 40 Gewichts% Zeolith A und 120 kg/h einer Natriumorthophosphatlösung mit einem Na : P-Molverhältnis von 1,59 werden getrennt durch zwei Düsen am Kopf eines Sprühturmes (DUsenabstand: 1 m) wie im Beispiel 2 eingesprüht. Die Abgastemperatur des Turmes beträgt 380°C. Das erhaltene Produktgemisch besteht nach analytischem und röntgenographischem Befund aus einem Gemisch der kristallinen Komponenten Zeolith A und Natriumtriphosphat im Gewichtsverhältnis 70 : 30. 4 % des Gesamt-P₂0₅ im Produkt lagen als Diphosphat vor.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Gemischen aus kristallinem Zeolith und Natriumtriphosphat, dadurch gekennzeichnet, daß man wäßrige Lösungen oder Suspensionen von Natriumorthophosphat in einem Raum, in welchen gleichzeitig auch die Zeolithe eingebracht werden, sprühtrocknet, wobei man Natriumorthophosphatlösungen oder -suspensionen einsetzt, die, ausgehend von dem für Natriumtriphosphat im Falle eines zeolithfreien Produktes theoretischen Na : P-Molverhältnis von 1,66, pro Anteil von jeweils 10 Gewichts% Zeolith im Endprodukt, ein um jeweils 0,01 niedrigeres Na : P-Molverhältnis aufweisen, und daß man die Zeolithe in Form einer wäßrigen Suspension in den genannten Raum einbringt, wobei die Zeolithsuspension in einer solchen Entfernung vom Orthophosphat versprüht wird, daß sich die Sprühkegel beider Komponenten erst dann berühren, wenn die Zeolithteilchen an ihrer Oberfläche bereits getrocknet und die Phosphatteilchen zumindest teilweise kondensiert sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Zeolithe Aluminiumsilikate der allgemeinen For- ^mel (Kat_2/nO)_x. Al₂O₃. (Si0₂)y einsetzt, worin Kat ein mit Calcium austauschbares Kation der Wertigkeit n, x eine Zahl von 0,7 bis 1,5 und y eine Zahl von 0,8 bis 6 ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Zeolithe solche des Typs A einsetzt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man das Sprühtrocknen bei Temperaturen zwischen 350 und 500°C durchführt.

Zeichnung