Способ получения натрий-цинкового метафосфата

Способ получения натрий-цинкового метафосфата

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к способу получения натрий-цинкового метафосфата. Цель изобретения - получение монокристаллов Na4Zn4(P4012)з размером 0,3-5 мм, которые могут быть использованы в пьезо - технике. Сущность способа состоит в том, что процесс ведут из раствора ортофосфорной кислоты концентрацией 65-72% при давлении 0,1-0,7 МПа и массовом соотношении оксида цинка, гидооксида натрия и фосфорной кислоты (8-9)). 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК,,. ц,, 1813710 А1 (я)з С 01 В 25/36

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР ". (ГОСПАТЕНТ СССР)

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4640620/26 (57) Изобретение относится к способу пол(22) 16.11.88. учения натрий-цинкового метафосфата.

{46) 07.05.93-Бюл. hh 17 Цель изобретения — получение монокри{71) МГУ им,М.В.Ломоносова .. сталлов Na4Zn4{ P40>zg размером 0,3-5 мм, (72) Î,В.Димитрова, Е.Е.Стрелкова, которые могут быть использованы в пьезо И.M.ßðîñëaeñêèé и В.И Пополитов . технике, Сущность способа состоит в том, (56) Averbuch-Pouchot М.Т., 0urlf А. Сгума! что процесс ведут из раствора ортофосфорStructuresof ZnAg(P0a)sandZn4Na4(P40>z)s, ной кислоты концентрацией 65-727; при — J.of $оИд State Chem., 1983, v.49, bk 3, давлении 0,1-0;7 МПа и массовом соотнор.341-52. шении оксида цинка, гидооксидв натрия и (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАТРИЙ-ЦИН- фосфорной кислоты (8 — 9)16-ф8 — 9), 1 табл.

КОВОГО МЕТАФОСФАТА

Изобретение относится к способу получения кристаллического натрий-цинкового метафосфата Na4Zn4(P401z)s методом выпаривания из гидротермальных растворов и может быть использовано в препаративной химии, пьезотехнике и оптоэлектронике. В частности, кристаллическая шихта

Na4Zn4{P40n)a может быть применена в качестве исходного материала для получения крупных монокристаллов и злектрооптической и пьезоэлектрической керамики из этого соединейМд., Цель йза6уетения — получение монокристаллов "Экий-цинкового метафосфата с размерами гастмц 0,3- -5 мм, Пример; 500 г 65 мас.$-ного водного раствора ортофосфорной :кислоты заливают в стеклоуглеродный стакай; в который затем каждые 2 ч четырьмя навесками по 80 г добавляют оксид цинка при постоянйом перемеш ива нии раствора механической мешалкой и нагреве его до90 + 10ОС в электрической печи сопротивления. Затем в полученный раствор через 1 ч двумя навесками по 108 г добавляют безводный гидроксид натрия. Полученный раствор окончательно перемешивают втечение 5ч при нагревании до 80+ 10 С. Затем приготовленный раствор в стеклоуглеродном стакане помещают в реактор низкого давления и нагревают в электрической печи сопротивления до

180 С при давлении, не превышающем 0,20

МПа. Давление регулируют за счет использованйя контактнбгб майометра марки

ЭКМ-И, выставленного на 0,20 МПа, и электронно-пневматического клапана марки

ЭПК-1/4, закрытого в нормальном положении. Опыт ведут в течение 360 ч, затем реактор вскрывают, полученные кристаллы йромывают и высушивают. Массовый выход кристаллов, определенный относительно оксида цинка (твердая фаза выходной смеси), составляют 927ь с размером кристаллических зерен порядка 5 мм.

Рентгенофазовый анализ показал идентичность дифрактограммы полученных кристаллов с известными данными.

1813710

Конечный продукт представляет собой однофазные кристаллы с размерами зерен, изменяющимися в зависимости от фиэикохимических параметров процесса в интервале 0,3-5 мм. Существенность и обоснованность физико-химических параметров ведения процесса получения кристаллической шихты заключается в следующем: интервал температур 180310 С необходим, так как при температуре ниже 180 С образуются побочные фазы, что приводит к невозможности получения монофазной кристаллической шихты натрийцинкового метафосфата. С увеличением температуры выше 310 С начинает происходить интенсивное испарение фосфорного ангидрида, что фиксировалось по уменьшению жидкости в конденсаторе. Одновременно с этим при этих температурах образуются конгломераты из мелкокристаллических зерен натрий-цинкового метафосфата с размером зерен 100-200 мкм. При образовании конгломератов происходит захват маточного раствора, не испаряющегося в процессе опыта.

В результате этого, во-первых, образуется шихта с размером кристаллических зерен менее 0,5 мм, и во-вторых, массовый выход продукта падает до величины менее

60 мас. Я, Величина давления 0,1 — 0,7 МПа определяется тем, что при давлении более

0,7 МПа образуются соединения другого типа, в частности ортофосфаты цинка и натрия, что приводит к невозможности получения однофазного продукта йаа п4(040д)з. С уменьшением давления менее 0,15 МПа происходит очень быстрое достижение величины пересыщения раствора при больших скоростях испарения, что приводит к образованию вещества с размером зерен до 300 мкм. Между корочками остается неудаляемый маточный раствор, что в свою очередь уменьшает массовый выход продукта, величина которого находится в пределах 60-70 мас.5. Соотношение ZnO: NaOH:

НзР04 = (8 — 9):(6 — 7):(8 — 9) является оптимальным, так как уменьшение количества Zn менее 8 приводит к избытку катионов натрия в растворе и к образованию фосфата натрия.

Это обстоятельство уменьшает массовый выход однофазного конечного продукта.

Аналогично при снижении менее 6 количества едкого натра в растворе происходит пересыщение раствора катионами цинка и выпадение цинка в виде фосфата и оксида, что в свою очередь снижает размеры кристаллов натрий-цинкового метафосфата и его массовый выход. С уменьшением соотношения количества НзР04 менее 8 происходит понижение растворимости оксида

30 лице

40. В зависимости от физико химических параметров процесса размер кристалличе50

15 цинка и гидроксида натрия, что ведет к уменьшению выхода конечного продукта в пределах 70 мас. . При увеличении оксида цинка более 9 в указанном выше соотношении в процессе эксперимента остается непрореагировавший оксид цинка, что также понижает массовый выход продукта.

С увеличением содержания натрия более 7 образуются фосфаты натрия, уменьшающие массовый выход продукта и препятствующие получению его однофаэового выхода, С увеличением содержания

НзР04 более 9 в растворе остается избыток ортофосфорной кислоты, что способствует образованию фосфатных связок, приводящих к получению гигроскопических кристаллов цинка и натрия, которые уменьшают массовый выход продукта до 60 мас.$, Йсходная концентрация ортофосфорной кислоты определяется тем, что при концентрации менее 65 мас. (, время проведения опыта сильно увеличивается, а с увеличением концентрации кислоты более

72 мас.,(образуются побочные фазы, Все найденные физико-химические параметры способа причинно связаны с целью изобретения, нарушение этой взаимосвязи к невоспроизводимости и невозможности получения кристаллической шихты

NaeZn4(P4On)a с массовым выходом до 95 мас.$ и размером зерен 0,3 — 5 мм, . Результаты других опытов при различных параметрах процесса приведены в табПреимуществом указанного способа перед известным является следующее.

Способ требует несложной и недорогой в технологическом отношении аппаратуры низкого давления. ских зерен шихты и ее выход можно варьировать в заданных пределах, Практически способ позволяет реализовать беэотходное производство, экономически чистое и безвредное. Кроме конечного продукта в результате проведения процесса образуется только вода.

Формула изобретения

Способ получения натрий-цинкового метафосфата из водного раствора ортофосфорной кислоты, содержащего ионы натрия и цинка, при нагрввави до (2% + 65) С, отлич а ю шийся тем, что, с целью получения монокристаллов натрий-цинкового метафосфата размером 0,3-5 мм, процесс ведут иэ раствора ортофосфорной кислоты концентрацией 65-72$ при давлении 0,1-0,7

1813710 форной кислоты 8 — 9: 6 — 7;8-9 соответственно.

МПа и массовом соотношении оксида цинка, гидроксида натрия и фосНзр04 мас. Ж

Массовый выход, Размер кристаллов, мкм

Соотношение

ZnO:NaOH:HçÐO

Температура, ОС

Пример

Давление

Мпа, 8:6:8

8:6:8

8:6:8

0,2

0,2

0,2

94

140

93

93 .

8:6:8

8:6:8

8:6:8

8:6:8

250

0,2

0,7

0,15

1,5

4

6

94

93

93

94

86

Составитель O.Äèìèòðîâà

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор М.Кешеля

Редактор

Заказ 1808 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

11

12

13

14

16 .17

: 18

310 . 280

300

0,4

0,4

0,4

0,4

0,1

0,1

0,1

0.4

0,4

0,6

0,2

0,6

8:6:8

8:9:8

5:3:4

9: 7:8

8:6:8

8:6:8

8:6:8

8:6:8

9:7:8

9:7:8

9:7:9

8;7:9

72

72

5

Образуются олигофосфаты

4

0,7

Образуются побочные фазы

2,1

Побочная фаза

tl

1,2

1,0

0,8

0,5

3,0

1,8

0,3

3,0

4,0