Способ получения хроматоортофосфата цинка

Способ получения хроматоортофосфата цинка

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ХРОМАТООРТОФОСФАТА ЦИНКА, взаимодействием цинксодержащего сырья, ортофосфорной кислоты и хромового ангидрида, о тличающийся тем, что, с целью упрощения процесса, взаимодействие цинксодержащего сырья с ортофос- . форной кислотой ведут электрохимически в бездиафрагменном электролизере , в качестве цинксодержащего сырья используют цинковый анод и в полученIный рартвор вводят хромовый ангидрид. 2. Способ ПОП.1, отлича ющи и с я тем, что электрохимическое взаимодействие ведут при анодной 1ПЛОТНОСТИ тока 5-20 А/дм и температуре 25-105с.§

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) А

y(5)) С 25 В 1/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPGHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3386530/23-26 (22) 02.02.82 (46) 15.09.83. Бюл. Р 34 (72) E.Ñ. Лецких, Б.П. Середа, С.В. Золотавина, Е.В. Музгина, В.М. Секираж, Б.A. Попов, А ° А. Ваулина, Т.М. Иваницкая, Г.А. Буланова и Е.Н. Рязанцева (53) 661.7.035(088.8) ..(56) 1. Технология и свойства фосфатных материалов. Под ред. В.A. Ко,пейкина. М., Стройиздат, 1974, с. 52.

2. Временный технологический регламент производства цинкхромфосфат.ного связующего ФС-2. Актюбинский завод хромовых соединений, 1979. (54 ) (57.) 1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ XPONATO- .

ОРТОФОСФАТА ЦИНКА, взаимодействием цинксодержащего сырья, ортофосфорной кислоты и хромового ангидрида, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью упрощения процесса, взаимодействие цинксодержащего сырья с ортофосфорной кислотой ведут электрохимически в бездиафрагменном электролизере, в качестве цинксодержащего сырья используют цинковый анод и в получен ныйй раствор вводят хромовый ангидрид.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что электрохимическое взаимодействие ведут при анодной плотности тока 5-20 A/äì и температуре 25-105 С.

1041604

Изобретение относится к технологии хромсодержащих фосфатных связующих и растворов для нанесения защитных покрытий, к электрохимическим процессам и может быть использовано на предприятиях химической, машино5 строительной и других отраслей промышленности, а также н строительстве для получения кислого хроматоортофосфата цинка,. являющегося новым продуктом, находящим применение н качестве комгозиции при нанесении антикоррозионных покрытий холодного отнерждения по конструкционным сталям, фосфатировании металлов, а также вяжущего. 15

Известен способ получения кислых цинксодержащих фосфатных свя зующих взаимодействием окиси цинка и ортофос орной кислоты при 60-70 С и вью т)

2О

Недостатками данного способа являются необходимость применения в качестве цинксодержащего сырья дефицитной и относительно дорогостоящей дисперсной окиси цинка, которую получают, как правило, из металлического цинка химическим окислением его частиц и гранул по сложной высокотемпературной технологии; сложность дозиров и цинксодержащего сырья и про- ЗО ведения процесса получения продукта обусловленная рыхлой пыленидной структурой окиси цинка и выделением значительных количеств тепла в ходе реакции. Это требует длительной осторожной загрузки окиси небольшими порциями при интенсивном перемешинании среды и строгом контроле температуры, а также применения герметизированного оборудования и тонкой очистки отсасываемых газов от частиц пыли; неустойчивость во времени получаемого продукта — нодных Растворов монозамещенных цинкофосфатов (при 2025 С устойчивы лишь в течение 18о

24 ч), что сужает воэможность их при 45 менения и требует приготовления непосредственно перед употреблением.

Извес,eû способ получения хроматоортофосфата, цинка РаствоРением оки- 5о си цинка (цинковых белил) в предварительно приготовленном растворе ортофосфорной кислоты концентрации 640650 г/л и 40 С до получения весового соотношения Н РО4:Zn0=2,25-2,95, с последующим введением в раствор при

50 С хромового ангидрида (в виде о заранее приготовленного раствора) до достижения в продукте весового соотношения ЕпО:Cr0 = 2,45-2,65. Полученный продукт — раствор хроматофос- 60 фата цинка, корректируют добавкой

-воды или упариванием до плотности

1, 50-1, 72 кг/и 10 (2) .

Недостатками этого способа являются сложность и трудоемкость дозирования порошкообразной окиси цинка„ ведения и контролирования процесса получения продукта„ а также сложность аппаратурного оформления способа.

Целью изобретния является упрощение процесса.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения хроматоортофосфата цинка взаимодействием цинксодержащего сырья, ортофосфорной кислоты и хромового ангидрида, взаимодействие цинксодержащего сырья с ортофосфорной кислотой ведут электрохимически н бездиафрагменном электролизе, в качестве цинксодержащего сырья используют цинковый анод и в полученный раствор ннодят хромовый ангидрид.

Электрохимическое взаимодействие ведут при анодной плотности тока

5-20 Л/дм и температуре 25-105 С.

Отличием предложенного способа янляется проведение взаимодействия цинксодержащего сырья с ортофосфорной кислотой электрохимически в бездиафрагменном электролизе, н качестве цинксодержащего сырья используют цинковый анод и н полученный

Раствэр вводят хромовый ангидрид.

Кроме того, электролитический способ, благодаря ранномерному поступлению Zn н раствор, позфоляет получать однородный по составу продукт в отсутствие образования взнесей малорастворимых двух- и более замещенных фосфатов цинка.

Быбраннь1е рабочие интервалы плотности тока и температуры обосновываются следующим.

При электролизе имеет место од,новременно электролитическое (анодное) и химическое (коррозионное) растворение цинка, благодаря чему суммарный выход Zn может быть выше теоретического анодного выхода по току, и значительно зависит как от применяемой плотности тока, так и от температуры, а также концентрации фосфорной кислоты. Наибольшая скорость химического растворения металла (цинка) имеет место н начальный период, н растворе фосфорной кислоты, не содержащей Zn . Температура и концентрация фосфорной кислоты способствуют химическому растворению металла. По мере .вступления Н РО4г в реакцию и накопления в электролите

Бп растворение металла резко замедляется (что не позволяет приготовить требуемый фосфат чисто химическим путем).

Укаэанный рабочий интервал плот-. ности 5-20 A/äì принят исходя из необходимости обеспечения высокой производительности и низкого удельного расхода электроэнергии в условиях анодного Растворения металла

1.

1041604 в отсутствие пассивирования (теоретический анодный выход по току

ZrP 1,22 г/A.ч), а также возможности (в той или иной мере) попутной коррозии цинка.

С ростом анодной плотности тока доля коррозионного растворения в суммарном переходе цинка в электролит сокращается, но особенно значительно — при плотностях тока от

10.А/дм . Поэтому предпочтителен

Я интервал плотности 5-10 A/äì,(ãäå данная доля.значительна1. Вместе с тем, общая производительность электролизера по Еп за счет анодного. растворения повышается с ростом плотности тока. Это позволяет при менять плотности до 20 A/äì . При- менение плотностей тока ниже 5 А/дй возможно, но нецелесообразно из-за падения общей производительности электролизера. Плотности тока выше

20 А/дм неприемлемы ввиду появления возможности пассивирования (при пониженных температурах) цинковых анодов пленками малорастворимых продуктов электролиза (двух- и трехзамещенных фосфатов цинка). При этих плотностях тока, кроме того, подавляется коррозионное растворениЕ цинка и снижается удельная производительность (на А ч), что нежелательно.

Нижний предел температуры при электролизе ограничивается минимальной температурой применяемых растворов фосфорной кислоты, равной комнатной. С повышением температуры скорость коррозии цинка возрастает, что снижает затраты тока на получе" ние продукта и делает процесс наиболее выгодным, Однако температура рыше 100ОС менее приемлема, так как резко усиливается испарение и возможно вскипание растворов. Кроме того; появляется необходимость в существенном дополнительном подогреinc растворов, удорожающем получение продукта.

Оптимальный температурный интер-" вал, при котором исключаются большие потери напряжения на электролизе, имеет место побочное интенсивное химическое растворение цинковых анодов, не требуется значительный подогрев и образуется однородный, качественный, устойчивый и раство-, римый продукт необходимого состава,. соответствует 60-100 С.

Пример 1. 1,015 л раствора ортофосфорной кислоты концентрацией 640 г/л Н РО4 обрабатывают пери.одическим способом. в лабораторном бездиафрагменном злектролизере с цинковым анодом с рабочей поверхностью

1,2 дм и двумя катодами из стали

ЭИ-943 с такой же рабочей поверхностью (катоды работают одной стороной, обращенной к аноду) при силе тока 6А (плотность тока на электродах 5 А/дм ) и 80 С в течение

5 ч, 25. мин.

За время электролиза в электролит переходит 182,5 r Zn и в элек2+ тролизере образуется раствор кислого ортофосфата цинка с весовым отношением Р О .Zn0 = 2,07.. Получающийся раствор кислого ортофосфата цинка смешивают с 89 г Сй08, взятого в .виде раствора CrO> концентрации . 670 г/л.

В результате опыта получают 1 л ,раствора кислого хроматоортофосфа5 !

О

Ведение данного процесса в присутствии хромового ангидрида невозможно как из-за торможения анодного и химического растворения цинка частично образующейся плотной окисно-хроматной пленкой (а следовательта цинка состава, г/л: Р20 — 470;

Zn в пересчете íà ZnO — 227, CrO— . Ф

89. Плотность раствора 1,6 кг/м :10

Производительность при электролизе составляет 5,6 г Еп /А Ь прошедшего тока. Напряжение на электролизере 5В.,Удельный -расход электроэнергии постоянного тока на электролиз составляет 0,163 кВт ч/л или

0,10 2 кВт ч/кг целевого продукта.

Пример 2. В отличие от примера 1„ электролитическую обработку раствора проводят при силе тока

12А (плотность тока 10 А/дм в течение 3 ч 35 мин.

После смешения приготовленного электролизом раствора с хромовым .ангидридом и корректировки смеси по плотности получают 1 л целевого раствора кислого хроматофосфата

М цинка, аналогичного .по составу с примером 1. Производительность при электролизе составляет 4,2 r Zn /A t прошедшего тока.

В предлагаемом способе растворе4О ние цинка в электролизерe проводится лишь в растворе одной ортофосфорной кислоты, а необходимый для образования хромовой соли хромовый анJ гидрид вводится в раствор только

45 после электролиза. При этом, благодаря подбору определенных, оптимальных для растворения цинка койцентрации фосфорной кислоты,и режима электролиза, достигается максимальное использование в получении продукта эффекта химического растворения цинка, как<электроотрицательного металла. Доля ZnÏ -ионов, ббразующихся в результате химического растворения, одинакова или превышает долю, получающуюся за счет анодного растворения, т.е. осуществляется фактически химически-электрохимическое получение продукта.

1041604

Составитель О. Зобнин

Техред С, Легеза

Корректор A. Тяско

Редактор Т. Колб

Тираж б43

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж"35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 7072/28

Подписное

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 но, снижения выхода по току Zn<+ и производительности), так и, что не менее важно, из-за попадания хрома .(rZZ) В продукт, вследствие образования по реакции химического окислительно-восстановительного взаимодействия цинка с хромовой кислотой.

Применение предлагаемого электролитического способа при указанных условиях обеспечивает упрощение тех- 0 нологии и сокращение затрат труда при получении продукта за счет облегчения дозировки цинксодержащего реагента в раствор и проведения и контроля процесса (электролитичес- )5 кий перевод цинка в раствор осуществляется автоматически, непрерывно, интенсивно в устойчивом умеренном температурном режиме с определенной постоянной. скоростью, обуславливающейся заданной величиной протекающего тока и условиями электролиза, без затрат ручного труда, при этом выход Zn высокий (превыД+ шает теоретический анодный выход по току), а производительность электролизера легко регулируется величиной тока в пределах 1,8-7,8 ZnZ+íà A прошедшего тока ; упрощение аппаратурного оформления процесса, так как электролиз проводится в обычном бездиафрагменном открытом электролизере (без пылевыделения цинка в атмосферу, а следовательно, и применения сложной системы газоочистки),.