Способ получения 9-водного нитрата железа (iii)

Способ получения 9-водного нитрата железа (iii)

Реферат

 

Изобретение относится к химической технологии получения нитрата железа (III), используемого для приготовления катализаторов и в качестве реактивного препарата. Для получения нитрата железа (III) используется карбонильное железо, к водной суспензии которого в течение 2 - 2,5 ч при температуре 70 - 95°С дозируется техническая азотная кислота при массовом соотношении железа, азотной кислоты (моногидрата) и воды 1 : 5,0 - 5,2 : 4,0 - 5,2. После выдержки 1 - 3 ч при этой же температуре реакционную массу отфильтровывают, раствор упаривают и высаживают из него продукт. Полученный данным способом 9-водный нитрат железа (III) без дополнительной очистки удовлетворяет требованиям ГОСТ 4111 - 74 на реактивный продукт марки "х.ч." Рецикл маточных растворов и отгонной кислоты не ухудшают качества продукта. 1 з.п.ф-лы, 3 табл.

Изобретение относится к химической технологии получения нитрата железа (III), используемого для приготовления различных видов катализаторов органического и неорганического синтеза и в качестве реактивного препарата.

Известный метод получения нитрата железа (III) заключается в растворении порошка (опилок или стружек) железа в 50-56%-ной азотной кислоте с последующим фильтрованием, упариванием раствора и высаживанием Fe(NO₃)₃ 9H₂O путем добавления концентрированной азотной кислоты, в которой нитрат железа (III) плохо растворим.

Недостатком данного метода является невысокое качество получаемого продукта, содержащего примеси тяжелых металлов, мышьяка, серы фосфора, многие из которых являются каталитическими ядами. Наличие примесей в готовом продукте определяется в основном примесями, содержащимися в исходном железе. Например, при воспроизведении способа-прототипа с использованием технического железа ТУ 14-1-3882-85 готовый продукт удовлетворяет требованиям ГОСТ 4111-74 только на реактивный продукт марки "ч" (см. табл. 1). Однако использование для высаживания нитрата железа вместо чистой концентрированной азотной кислоты маточного раствора приводит к ухудшению качества готового продукта, который перестает удовлетворять требованиям марки "ч" и нуждается в перекристаллизации. Кристаллизация же значительно снижает выход продукта и технологичность процесса. Кроме того, возникает проблема утилизации жидких отходов.

Целью изобретения является снижение содержания примесей в продукте и упрощение процесса за счет исключения стадии очистки и отходов производства.

Поставленная цель достигается использованием карбонильного железа (получаемого разложением в вакууме пентакарбонила железа) и осуществлением процесса путем дозировки азотной кислоты в водную суспензию карбонильного железа при массовом соотношении железа, азотной кислоты (моногидрата) и воды 1 5,0-5,2 4,0-5,2 при температуре 70-95^оС в течение 2-2,5 ч с последующей выдержкой 1-3 ч при этой же температуре и выделением готового препарата известным способом. С целью исключения отходов для высаживания нитрата железа используется маточный раствор с предыдущего синтеза, а азотная кислота для дозировки приготовляется путем смешения технической концентрированной азотной кислоты марки "А" с отгонной азотной кислотой, полученной при упаривании кислотного раствора нитрата железа и абсорбционной азотной кислоты, насыщенной окислами азота, выделяющимися в ходе дозировки и выдержки.

П р и м е р В 0,5 л колбу, снабженную механической мешалкой, термометром, обратным холодильником и капельной воронкой, загружают 120 мл дистиллированной воды или парового конденсата и 30 г карбонильного железа ГОСТ 13610-79. Смесь подогревают до 60-65^оС и при перемешивании в течение 2-2,5 ч приливают к ней 106 мл 97%-ной азотной кислоты. Температуру при дозировке поддерживают в пределах 70-95^оС. По окончании дозировки реакционную массу при перемешивании выдерживают 1-3 ч при 70-95^оС. Выделяющиеся в ходе дозировки и выдержки окислы азота улавливают в поглотительных склянках, заполненных водой до достижения концентрации азотной кислоты 25-30% (в промышленных абсорберах концентрация кислоты достигает 40-45%). Затем охлажденную до комнатной температуры массу фильтруют и упаривают под вакуумом, отгоняя 80-100 мл азотной кислоты (до появления на стенках колбы кристаллов). В полученный кубовый остаток приливают 120-140 мл 60-65%-ной азотной кислоты и охлаждают смесь при перемешивании до 15-20^оС. Если продукт не кристаллизуется в течение 1 ч, можно добавить в качестве затравки несколько кристаллов нитрата железа (III). Выпавший нитрат железа (III) отфильтровывают от маточника и промывают на воронке 15 мл 20%-ной азотной кислоты, затем, периодически помешивая, сушат на воздухе при комнатной температуре 1,5-2 ч. Выход 184-195 г (85-90 ) крупных, бесцветных со слегка желтоватым оттенком кристаллов. Т_пл 50^оС.

В последующих синтезах для дозировки вместо чистой 97%-ной технической азотной кислоты используется ее расчетная смесь с отогнанной при упаривании реакционной массы предыдущего синтеза 20-30% -ной азотной кислотой и абсорбционной азотной кислотой из поглотительных склянок, а для выделения готового продукта маточный раствор с предыдущего синтеза, объединенный с промывной кислотой.

Условия и результаты опытов по оптимизации процесса получения нитрата железа (III) приведены в табл. 2.

Полученный данным способом 9-водный нитрат железа (III) без дополнительной очистки удовлетворяет требованиям ГОСТ 4111-74 на реактивный продукт марки "х.ч." по содержанию не растворимых в воде веществ, сульфатов и хлоридов. Другие примеси, определяемые по методикам ГОСТа, в данном продукте не обнаружены. Рецикл маточных растворов и отгонной кислоты не ухудшают качества продукта.

Данные анализа полученных образцов нитрата железа (III) приведены в табл. 3.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет получать реактивный продукт 9-водный нитрат железа (III) марки "х.ч." непосредственно из синтеза (без очистки), использовать в технологии газообразные отходы (оксиды азота) в виде абсорбционной кислоты и азотную кислоту из реакционной массы.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ 9-ВОДНОГО НИТРАТА ЖЕЛЕЗА (III), включающий взаимодействие железа с азотной кислотой с последующим фильтрованием реакционной смеси, упариванием раствора и выделением из него продукционной соли, отличающийся тем, что, с целью снижения содержания примесей в продукте и упрощения процесса, взаимодействию с азотной кислотой подвергают карбонильное железо, при этом азотную кислоту вводят в водную суспензию карбонильного железа при массовом соотношении железа, азотной кислоты (моногидрата) и воды, 1 5,0 5,2 4,0 5,2 соответственно, при 70 95^oС в течение 2 - 2,5 ч, а перед фильтрованием реакционную смесь выдерживают в течение 1 3 ч при температуре взаимодействия исходных реагентов.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью исключения отходов, азотную кислоту готовят путем смешения технической концентрированной азотной кислоты с отгонкой азотной кислотой, полученной при упаривании кислотного раствора нитрата железа и абсорбционной кислоты, насыщенной выделяющимися в процессе взаимодействия оксидами азота.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2