Способ получения фосфата кобальта /ii/ октагидрата

Способ получения фосфата кобальта /ii/ октагидрата

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Сущность: исходные реагенты для получения фосфата кобальта (II) октагидрата: гидроксокарбонат кобальта и 20-40%-ный раствор НзРОз. Реагенты дозируют и перемешивают в течение 3 ч при 30-50°С, рН среды 3,2-3,8. Выход 98-99%, продолжительность процесса - до 3 ч. 4 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕ СПУБЛИК (я)5 С 01 В 25/26

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕ НТУ (2 1) 4918104/26 (22) 11.03.91 (46) 23.02.93, Бюл. N 7 (71) Украинская сельскохозяйственная академИя (72) Л.B. Войтенко, В.А. Копилевич и Л.Н.

Щегров (73) Украинская сельскохозяйственная академия (56) J.Chem. Soc.. 1933. V. 1-2(А), page 854—

876.

Изобретение относится к технологии реактивных соединений фосфорной кислоты, а именно к способам получения фосфатов кобальта (II), которые являются перспективными катализаторами, пигментами, служат составными, частями термофосфэтных декоративных покрытий, представляют собой микроудобрения, улучшающие одновременно качество макроудобрений.

Известные способы получения

Соз(Р04)2 .8Н20 основаны на обменной реакцИи между растворами хлорида кобальта и фосфатами щелочных металлов или аммония при повышенной температуре. В частности в работе (Basset Н., Bedwell М/Л.

Staples of Phosphates! J.Chem. Soc.-1933. V.

1-2 (А) Р. 854-876 ) описан следующий препаративный способ получения кристаллического Соз(РОф . 8Н20. Раствор хлоридэ кобальта (3,0 г СоСЬ . 6Н20 в 50 см HzO) добавляли к раствору, содержащему 10 г

К2НРО4 в 400 см Н20, смесь нагревали до начала осаждения и оставляли на ночь для выделения кристаллов. Описанный способ имеет ряд существенных недостатков, что делает его малопригодным для применения в технологии реактивов. Кроме большой,, БЦ „1797597 А3 (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФОСФАТА КОБАЛЬТА (II) ОКТАГИДРАТА (57) Сущность; исходные реагенты для получения фосфата кобальта (11) октагидрата: гидроксокарбонэт кобальта и 20-40%-ный раствор НЗРО4. Реагенты дозируют и перемешивают в течение 3 ч при 30 — 50 С, рН среды 3,2 — 3,8. Выход 98-99%, продолжительность процесса — до 3 ч. 4 табл. длительности процесса выделения целевого продукта из растворов (от 24 ч до 6 мес), применяются большие избытки растворов осадителей (6-8-кратные от стехиометрически необходимых количеств в способах 1, 2;

1,5-кратный в способе 4 и более чем 40-кратный в способе 3). Это приводит к большим объемам отходов, содержащим фосфатионы, а также загрязнению целевого продукта примесями двойных фосфатов кобальта и щелочных металлов. Выход целевого продукта по указанным способам не превышает 12% от теоретического, Данный способ принят в качестве прототипа, Целью настоящего изобретения является повышение выхода целевого продукта, сокращение продолжительности процесса и отходов производства.

Поставленная цель достигается получением фосфата кобальта (tl) октагидрата путем разложения гидроксокарбоната кобальта раствором фосфорной кислоты при нагревании суспензии..

Существенными признаками, общими для прототипа и данного изобретения, является образование Соз(РО4)2 8Н20 при взаимодействии реагентов, содержащих соединения кобальта (II) и соединения фос1797597

3 форной кислоты. Однако в способе — прототипа целевой продукт получают низкоэффективным путем, требующим большого перерасхода реагентов, энергетических и временных затрат, Предлагаемым способом 5 эти недостатки устраняются.

Отличительными признаками способа являются температурный режим синтеза соли и продолжительность синтеза. Существенным отличительным признаком "0 изобретения является состав и порядок смешения исходных реагентов.

: Способ осуществляют следующим образом. В реактор. помещают определенное количество дистиллированной воды, нагре- 15 вают ее до 30 — 50 С. Добавляют в воду раствор фосфорной кислоты в количестве, обеспечивающем достижение рН 2,8-3,2.

Одйовременно при постоянном перемешивании вводят гидроксокарбонат кобальта и фосфорную кислоту, взятую из расчета

100% от стехиометрически необходимого количества для получения трехзамещенного фосфата, таким образом, чтобы рН суспензии составлял 3,2 — 3,8. После смешения реагентов продолжают перемешивание суспензии в течение не менее 3 ч. Затем суспензию охлаждают, осадок трехзамещенного фосфата кобальта октагидрата отделяют от маточного раствора, промывают холодной 30 дистиллированной водой, сушат до постоянной массы. Получают соль состава

Соз(РО4)г 8НгО, Обоснование выбора оптимального режима синтеза трехзамещенного фосфата .35 кобальта октагидрата приведено в табл. 1- 4.

Выбор диапазона значений рН,. в котором происходит образование трехэамещенного фосфата кобальта, производили на 40 основании результатов потенциометрического титрования фосфорной кислоты порошкообразным гидроксокарбонатом кобальта. Предварительно .было установлено, что скачек титрования на кривой нейтрализа- 45 ции фосфорной кислоты гидроксокарбонатом кобальта наблюдался в диапазоне рН 2,5 — 4.8.

Окончательно выбор диапазона значений рН проводился на основании данных, приведенных в табл. 1. 50

Из результатов, приведенных в табл. 1 следует, что при введении синтеза при рН<

<3,2 наряду с целевым продуктом образуется примесь гидрофосфата кобальта, а при рН > 4,0 — примесь гидроксофосфата ко- 55 бальта, Поэтому дпя получения индивидуального трехзамещенного фосфата кобальта синтез необходимо вести, поддерживая значение рН реакционной смеси . диапазоне 3,2-3,8.

Выбор концентраций раствора фосфорной кислоты, используемой s синтезе, проведен на основании данных, приведенных в табл. 2.

Оптимальный диапазон концентрации раствора НЗРО4, используемой в синтезе,—

20-40 мас., при этом образуется индивидуальный трехзамещенный фосфат кобальта октагидрат. При более низкой и более высокой концентрациях раствора НЗРО4 целевой продукт загрязняется примесью. непрореагировавшего гидроксокарбоната кобальта.

В первом случае — вследствие неполного взаимодействия исходных реагентов, во втором — из-за загустевания реакционной смеси при внесении гидроксокарбоната кобальта, что приводит к резкому ухудшению условий синтеза.

В табл. 3 — 4 приведено обоснование выбора температурного режима и продолжительности синтеза трехзамещенного фосфата кобальта октагидрата, При этом эффективность способа оценивали на основании показателей выхода целевого продукта и его брутто-состава.

Из данных, приведенных в табл. 3, следует, что оптимальный температурный режим синтеза индивидуального C03(PO4)zx х 8Н20 30-50 С, при котором достигается наибольший выход продукта по СоЬ и Р205.

При повышении температуры выход снижается вследствие увеличения растворимости соли, а также образуется примесь гидроксофосфата кобальта (мольное отношение

GoO/P2O5 >3).

Результаты, приведенные в табл. 4, подтверждают, что продолжительность синтеза при которой обеспечивается требуемое качество целевого продукта (отсутствие примеси гидроксокарбоната), а также достигается выход трехзамещенного фосфата кобальта по СоΠ— 98%, по P205—

95,5%, должна составлять не менее 3 ч. При меньшей продолжительности не обеспечивается полное взаимодействие гидроксокарбоната кобальта с фосфорной кислотой, что приводит к загрязнению целевого продукта непрореагировавшим гидроксокарбонатом кббальта, .

П р t4 м е р 1, В термастатируемый при

30 С реактор помещают 80 мас,ч, дистиллированной воды, нагреваютдо заданной температуры, Добавляют 0,3 мас,ч. 20%-ного раствора НЗРО4. При постоянном перемешивании одновременно порциями вносят

10,00 мас.ч. гидроксокарбоната кобальта (70,0 % СоО) и 30,2 мас.ч. фосфорной кислоты (20 мас.%) таким образом, чтобы значение рН суспензии поддерживалось равным

3,2 — 3,8. Смешение производится в течение

1797597

Таблица1

Зависимость состава продуктов от значения рН синтеза

0,25 ч. Суспензию продолжают перемешивать еще 2,75 ч. После охлаждения осадок отфильтровывают, промывают 50 мас.ч, холодной дистиллированной воды, сушат при комнатной температуре или при 40 С до постояннОЙ массы.

Получают индивидуальный Сод(РО4)2х х 8Н20 брутто-состава 3,0СОО PzOg . 7.9 Н20, выход по СоО 98,0ф „по Р205 97,0ф,.

Пример 2. 8 термостатируемый при

50 С реактор помещают 80 мас.ч. дистиллированной воды, нагревают до заданной температуры. Добавляют 0,2 мас.ч. 4070-ного раствора НзРО4. При постоянном перемешивании одновременно порциями вносят

10,00 мас,ч. гидроксокарбоната кобальта (70,0 ь СОО) и 15,06 мас.ч. фосфорной кислоты (40 мас. g) таким образом, чтобы значение рН суспензии поддерживалось равным

3,2 — 3,8, Смешение исходных реагентов производится в течение 0,17 ч, Суспензию продолжают перемешивать еще 2,8 ч. После охлаждения осадок отделяют, промывают

5О мас.ч, холодной дистиллированной воды, сушат при комнатной температуре или при

400С до постоянной массы.

Получают индивидуэльныЙ Соз(РО4)2х х 8HzO бругго-состава 3,0СоО . Р205 8,0Н20, выход по СоО 97.970, по РрОь95,670.

Использование предлагаемого способа получения фосфата кобальта(!!) октагидрата обеспечивает по сравнению с прототипом (он же базовый объект) следующие преимущества: повышение выхода целевого продукта по СоО с 45,9 до 98-99 и по PzOg С 50,2

5 до 98,0 — 95 5 ; сокращение продолжительности синтеза продукта со 120 до 3 ч; уменьшение объема отходов производства и обеспечение таким образом его зко10 логической безопасности; уменьшение энерго- и трудозатрат на единицу продукции.

Формула изобретения

15 Способ получения фосфата кобальта (II)октагидрата, включающий взаимодействие кобальт(!!)содержащего и фосфат-ионсодержащего соединений при нагревании, отделение продукта, отличающийся тем, 20 что, с целью повышения выхода продукта, сокращения продолжительности процесса и отходов производства, в качестве кобальтсодержащего соединения используют гидроксокарбонэт кобальта, а в качестве

25 фосфат-ионсодержащего соединения — 20—

407;-ный раствор фосфорной кислоты, причем взаимодействие ведут при стехиометрическом соотношении при перемешивании и одновременном дозировании исход н ых соединений и

30 поддержании рН реакционной среды в пре делах 3,2 — 3,8 в течение 3 ч, а нагревание осуществляют до 30 — 50 .

1797597

Таблица2

Зависимость состава продуктов синтеза от концентрации фосфорной кислоты

Таблица3

Влияние температуры синтеза на состав и выход продуктов (концентрация раствора НзР04

30 мэс. %, продолжительность синтеза 3 ч) /

* Смоделировано по прототипу, исходные реагенты - растворы СоС12 6Н О и (ИН фНР04 концентрацией 0,025 моль/л в стехиометрическом количестве, Таблица4

Влияние продолжительности синтеза на состав и выход продуктов (концентрация раствора

НЗР04 30 мас, %, температура 50 С) 10

1797597

Продолжение табл. 4

* Способ-прототип

Составитель M.Hàóìîâý

Техред М, Моргентал Корректор B.Ïåòðàø

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 664 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5