Способ растворения фтористого кальция

Способ растворения фтористого кальция

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И С A И И Е (и 372452

ИЗОВРИТИЙ ИЯ

Союз Советсннн

Социалнстнческин

Росоубпн

К АВТОРСКОМУ СВИДИТЕЛЬСТВУ (6! } Дополнительное к авт. свнд-ву (22) Заявлено 14.09.79 (23) 2838830/23-26 (Я ) Я. Кл. с прнсоедннениевт заявки М (23 ) П ри ори тет

С 01 F 11/22

В 01 F 1/00

Гасударственный квмнтвт

СССР по двлви нзвбрвтвннй н отнрытнй

f53) УДК 661.842, .361 (088.8) Опубликовано 15. 10.81. Бктллетень М 38

Дата опубликования описания 15.10.81 (1

Г. Е. Ревзин, Ю, Ф. Костыря, B. И. Ал ксеенко, и Н. С. Климкович

E и .

) 1

1 1

1

Днепропетровский металлургический институт м Институт теплофиэики Сибирского отделения АССР (72) Авторы изобретения (71) Заявители (54) СПОСОБ РАСТВОРЕНИЯ ФТОРИСТОГО КАЛЫЯИЯ

Изобретение от. осится к способу раст, ворения фтористого кальция и может быть использовано для очистки сварных швов от содержащих фтористый кальций флюсов, извлечения ценных компонентов из металлургичесиих шлаков или смесей . после металлотермии, травления дефекгов поверхности монокристаллов CaFg, отделения и очистки or фтористого кальция выращенных в его расплав монокристаалов то тугоплавких соединений и т.д.

Известен способ растворения фторнстого кальция раствором соляной кислоття при комнатной температуре в присутствии. золя кремниевой кислоты Pl).

Недостатком этого способа является длительность процесса, связанная с ма» лой растворимостью фтористого кальция (5,9 г/л).

Наиболее близким к предлагаемому. по технической сушности и достигаемому результату является способ растворения фтористого кальция 16%-ным раствором соляной кислоты при 20-95 С в присут-. о ствии двуокиси кремния в виде геля крем ниевой кислоты, который берут 1,2950,0 г/л в пересчете на 510д при весовом соотношении СаРо. раствор HCO 1:

:20 P2).

Однако для известного способа харак терна длительность процесса (30 ч) и большой расход соляной кислоты (более

18 л на 1 кг фтористого кальция). .Цель изобретения - сокращение вре мени процесса до 4 ч 20 мин и снижение расхода соляной кислоты до 9-4 л на

1 кг фторнстого кальция.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу растворения фтористого кальция, эаключаюшемуся в том, что растворение ведут раствором соляной кис лоты при нагревании в присутствии кисло родсодержащего активатора, в качестве кислородсодержатцего активатора используют соединения бора в количестве 0,22S»

0,330 вес.ч. в пересчете на В 0 на

1 вес.ч. фтористого кальция. з 8724

Причем в качестве соединений бора ис пользуют буру, борную кислоту,. борный ангидрид, мета-, тетра-, пентабораты ще,лочных металлов и аммония, соляную кислоту берут с концентрацией 20-40 вес.% при весовом соотношении СаРу . раствор

HCC 1;4 1:10, и в раствор дополнительно вводят многоатомные спирты в количестве 1«-5% от веса раствора, Кислородные соединения бора способ- 1р ствуют повышению растворимости фтористого кальция в растворе соляной кислоты примерно в 10 раз по сравнению с растворимостью CaF 2 в присутствии двуокиси кремния B виде гелия кремниевой кислоты; соответственно с повышением растворимости возрастает и скорость растворения, что приводит к сокращению времени про- . цесса. В качестве кислородсодержащих соединений бора может быть использован широкий круг соединений, растворимых в воде или растворах соляной кислоты, такие как борная кислота, бура, борный ангидрид, мета-, тетра-, пентабораты щелочных металлов и аммония, а также некоторые разлагаемые соляной кислотой бораты шелочноземельных металлов. Одна-.

t ко наиболее целесообразно использование такого дешевого и доступного сырья, ка ким я я бура На2В401 lOH 0 и зо борная кислота Н ВО . Диапазон концентрапий соединений бора выбран исходя из того, что при введении в раствор соединений бора менее 0,225 вес.ч. В 0 на

1 вес.ч. СаР не происходит полного раст55 ворения фтористого кальция, а увеличение количества В 0 сверх 0,330 вес.ч на

1 вес,ч CaFg не приводит к дальнейшему повышению его растворимости или скорости растворения и связано лишь с увели40 .чением расхода борсодержащего компонента.

Благодаря высокой растворимости фтористого кальция в солянокислых растворах, 45 содержащих кислородные соединения бора, появляется возможность снижения объема растворов, повышения концентрации соляной кислоты и сокрашения ее расхода. Byра и борная кислота, обладающие высокой растворимостью в воде при нагревании, мо1 ут выпадать в осадок при охлаждении растворов до комнатной температуры, при иоторой растворимость соединений бора составляет 2-5 вес.% и уменьшается и присутствии соляной кислоты и раство ренных солей. С целью предотвращения кристаллизации борной кислоты или буры и получения не содержащего осадка раст вора, в котором легко визуально контроли1 ровать окончание процесса растворения фтористого кальция, в раствор дополнительно вводят многоатомные спирты в количестве 15 вес.% Такими многоатомными спиртами могут быть глицерин, маннит, сахароза, фруктоза; эритрит и т.п., которые повышают растворимость буры и борной кислоты в водных растворах, Измельченный фтористый кальций или содержащие CaFg продукты помешают в обогреваемую емкость, снабженную мешалкой. Затем в емкость заливают соля ную кислоту требуемой концентрации и загружают борную кислоту или буру в рассчитанном количестве. В зависимости от концентрации соляной кислоты, соотношение Т:Ж в реакционной смеси и темпера. туры растворения в раствор либо вводят дополнительно один из многоатомных спиртов (предпочтительно глицерин) либо ведут растворение без добавления глицерина. Порядок добавления компонентов s данном процессе не играет существенной роли. В частности, можно предварительно приготовить солянокислый раствор- с добавкой соединений бора и миогоатомиых спиртов и залить раствор в емкость, куда цомешен фтористый кальций. После . сМещении всех компонентов раствор нагревают, и растворяют фтористый кальций при перемешивании мешалкой со скорос тыо 60-300 об/мин.

Время полного растворения фтористого кальция зависит ие только от соотношения компонентов и температуры раствора, но и от дисперсности- фтористого кальция, причем чем меныне размеры îтиц CaFg, тем растворение протекает бы» стр88

Так, например, полное растворение 510 г порошкообразного фтористого кальция с размером частиц менее 0,05 мм при 80-90 С протекает в течение 5о

15 мин. Однако проводимое в тех же условиях (температура, концентрация и скорость церемешивания раствора) выщелачи« ванне фтористого кальция из 5 r измельченного до крупности 3-5 мм закристаллизованного и охлажденного флюса, состоящего из 60 вес.% АО О и 40 вес.%

СаР, заканчивается через 4-6 ч. Варьируя - температурой раствора, концентрацией соляной кислоты, соотношением

В О .CaFg, скоростью церемешидания раствора, а также соотношением Т:Ж в реак ционной смеси и дисперсностью фтористоо» го кальция, удается регулировать око

5 8724 рость растворения фтористого кальция в черезвычайно широким диапазоне.

Солянокислый раствор, полученный после полного растворения фтористого кащ ция, отфильтровывают, если растворение проводилось с целью извлечения ценных компонентов иэ смеси,.или подвергают переработке без фильтрования. Переработ ка раствора сводится к его нейтрализации содой, поташом, известью (иэвест» 1о ковым молоком), магнезитом или доломитом. При этом в зависимости от применяемого для нейтрализации соединения в осадок выделяются различные фторсодержащие продукты, а не содержащий фтора раст- 15 вор хлоридов с рН7-8 сбрасывается в канализацию. В этом случае, когда нейтрааи« зацию раствора проводят соединениями калия едкйм кали, поташом или к раствору добавляют водорастворимые соли калия щ (например, хлорид, нитрат и т.п.), попутно с фтором происходит утилизация бора в виде малорастворнмого в воде борфторида каI лия. Последний может быть использован либо непосредственно в качестве компонен- 5 та флюсов для пайки и сварки цветных металлов, либо переработан известными ме тодами получения простых или комплексных фторидов.

Пример 1. В стеклянный стакан Зо емкостью 1 л помешают 100 r порошкообразного фтористого кальция с размером частиц менее 0,1 мм. В стакан добавляют 58,6 г борной кислоты (33 r в пересчете íà 0 ), что соответствует

35.

0,330 вес.ч. на 1 вес.ч. СаР, 20 г глицерина и 350 мл 38,32%-ной соляной кислоты удельного веса 1,190 г/см

Стакан с реакционной смесью помешают на кипящую водяную баню и растворяют фтористый капьций при перемешивании пропеллерной мешалкой со скоростью 180220 об/мин.

Время полного растворения фтористого кальция составляет 20 мин; раствор

45 прозрачный, без следов осадка илн муги.

После окончания растворения фтористого кальция к раствору добавляют 200 мл насыщенного раствора хлористого калия, а затем 20%-ный раствор соды до рН

6,0-6,5, 50. фильтре водой и сушат. Выход кристал» лов - количественный.

Пример 3. В стеклянный стакан емкостью 2 л помешают 100 г цорошкообразного фтористого кальция с размерами частиц менее 0,1 мм, В стакан добавляют 61,6 г буры HagB@Q 10Н 0 (22,5 г в пересчете íà 0 ), что со ставляет 0,225 вес.ч. на 1 вес.ч. СаР, ; 50 r этиленглнколя и 850 мп 30 -ной

HCC удельного веса 1,179 г/см,, Ста кан с реакционной смесью помешают на кипящую водяную баню и растворяют фто ристый кальций прн перемешивании процеллериой мешалкой со скоростью 90

100 об/мии.

Из охлажденного раствора отфильтро вывают осадок борофторида калия. Вес осадка 80,2 г, что соответствует выходу КВГ по фтору 99,5%.

Пример 2. В фарфоровый реактор, снабженный паровой рубашкой и мешалкой, помещают 5 кг измельченного до крупнос57 6 ти 2-3 мм плаза, состоящего из пластинчатых монокристаллов gL- Ак ь Оу, толщиной 10-100 млм и шириной (средним диаметром) 0,2-З мм, сцементированных фтористым кальцием. По данным химического анализа, плав состоит из 62,5 вес.% окиси алюминия и 37,5 вес.% фтористого кальция.

В реактор добавляют 1233 r буры (450 г в пересчете на В О ), что составляет 0,240 вес.ч. на 1 вес.ч. Саре и

17 л 22%-ной соляной кислоты удельного веса 1,11 г/см9 включают обогрев и перемешивание. Рас.гворение фтористого каль» ция ведут при 80 С и скорости вращения мешалки 100 120 об/мин, периЬдически контролируя полноту растворения. Растворение считается полным, когда отмытая от кислоты, водой и сушенная фильтровальной бумагой проба осадка целиком состо ит иэ прозрачных пластинчатых кристаллов d;ACy 0 и не содержит белых непрозрачных включений фтористого кальция как между кристаллами, так и на их гранях при рассмотрении пробы под микроско,пом.

Время полного растворения фтористого кальция 4 ч. Затем раствор охлаждают, отфильтровывают кристаллы с - А8у 0, а прозрачный,фильтрат нейтрализуют из-.I вестковым молоком до рН 8 и дают от» стояться образовавшемуся осадку. Маточный раствор декантируют с осадка в канализацию.

Осадок промывают на фильтре снача« ла 0,1 н. раствором соляной кислоты от избытка кальция, затем водой до рН 5-6 и сушат . Осадок представляет собой в основном CaFg, который можно снова ис пользовать в процессе получения монокристаллов окиси алюминия. Отфильтрованные кристаллы о - AO<0g промывают на

Время полного растворения фтористого кальция 30 мин; раствор прозрачный, без следов осадка или мути.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет сократить время процесса с

30 ч до 4 ч, 20 мин за счет повышения растворимости СаГд.с 55,1 г/л до 400 г/л, что обеспечивает . повышение производительности в 8-160 раз, а также снизить расход соляной кислоты в 2-5 раз. о

Формула изобретения

1. Способ растворения фтористого каль-15 ция раствором соляной кислоты при нагревании в присутствии кислородсодержашего актиВатора, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что с целью сокрашения времени процесса и снижения расхода соляной кис- 20 лоты, в качестве кислородсодержашет о активатора используют соединения бора в количестве 0,228-0,330 вес.ч. в пересче8

В О, на 1 вес.ч. фтористого кальте на ция.

2. Способпоп. 1, отли чаюm и и с я тем, что в качестве соединений бора используют буру, борную кислоту, борный ангидрид, мета-, тетра-, пентабораты щелочных металлов и аммония.

3. Способпоп. 1, отличаю-. шийся тем, что соляную кислоту берут с концентрацией 20-40 вес,% при весовом соотношении CaF : раствор НСГ

1:4-1:10, 4, Способпопп. 1-3, от ли ча ю ш и и с я тем, что в раствор дополнительно вводят многоатомные спирты в количестве 1-5% от веса раствора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Журнал обшей химии .№ 6, 1936, с. 606.

2. Авторское свидетельство СССР № 539836, кл. С 01 Р 11/22, 1974 (прототип), Составитель Л. Ситнова

Редактор О. Персиянцева Техред T.Ìàòî÷êà Корректор M. Шароши

Заказ 8935/36 Тираж 508 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r. Ужгоро, уп. Проектная, 4