close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY14265

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2011.04.30
(12)
(51) МПК (2009)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 14265
(13) C1
(19)
C 01B 25/00
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОКТАГИДРАТА ТРИНАТРИЙФОСФАТА
(21) Номер заявки: a 20090446
(22) 2009.03.26
(43) 2010.10.30
(71) Заявитель: Учреждение образования
"Белорусский государственный технологический университет" (BY)
(72) Авторы: Ещенко Людмила Семеновна; Сумич Андрей Иванович; Жук
Галина Михайловна (BY)
(73) Патентообладатель: Учреждение образования "Белорусский государственный технологический университет"
(BY)
(56) RU 2147552 C1, 2000.
SU 150826, 1962.
SU 166310, 1964.
ПОЗИН М.Е. Технология минеральных солей (удобрений, пестицидов,
промышленных солей, окислов и кислот), ч.II. - Ленинград: Химия, 1974. С. 1068-1070.
SU 1544710 A1, 1990.
UA 69782 A, 2004.
BY 14265 C1 2011.04.30
(57)
Способ получения октагидрата тринатрийфосфата, при котором смесь фосфорной
кислоты, содержащей 33-39 мас. % P2O5, и 95,0-95,5 %-ной серной кислоты при молярном
соотношении H3PO4 и H2SO4, составляющем 1,0:(0,003-0,009), нейтрализуют кальцинированной содой при температуре 90-100 °С до получения насыщенного раствора
динатрийфосфата, который затем нейтрализуют раствором едкого натра с получением насыщенного раствора тринатрийфосфата, содержащего 19-22 молей воды на 1 моль
P2O5 и 0,21-0,28 мас. % кондиционирующей добавки - сульфата натрия, и кристаллизуют
целевой продукт.
Изобретение относится к области технологии неорганических веществ, а именно к
способам получения тринатрийфосфата, используемого в процессах водоподготовки, получении моющих средств и для других технических целей.
Согласно [1], тринатрийфосфат может существовать в виде безводной соли Na3PO4 и
кристаллогидратов - Na3PO4·2H2O, Na3PO4·6H2O, Na3PO4·8H2O, Na3PO4·10H2O, Na3PO4·12H2O.
Способы их получения сводятся к насыщению фосфорной кислоты соединениями натрия
(Na2CO3, NaHCO3, NaOH) до заданного молярного соотношения Р2О5: Na2O и кристаллизации продуктов из насыщенных растворов. При этом в зависимости от содержания воды
в системе Na2O-P2O5-H2O и температуры может быть получен тринатрийфосфат различной гидратности.
Так, в патенте [2] описывается способ получения Na3PO4·12H2O путем нейтрализации
30-47 %-ного раствора гидроксида натрия экстракционной фосфорной кислотой, содержащей 37-56 мас. % P2O5, в присутствии маточного раствора тринатрийфосфата, содержащего 6-10 мас. % основного вещества, при температуре 85-95 °С до pH среды 11,5-12,5.
При этом молярное соотношение H2O:P2O5 в системе составляет 29,5-55,3:1,0, что в результате охлаждения фильтрата, полученного после отделения примесных компонентов,
BY 14265 C1 2011.04.30
до температуры 0-20 °С приводит к образованию суспензии, которую фильтруют или центрифугируют. Твердую фазу, представляющую собой Na3PO4·12H2O, отправляют на сушку, а маточный раствор возвращают в процесс.
Недостатками данного способа являются: 1) использование для нейтрализации фосфорной кислоты едкого натра, стоимость которого в сравнении с другими натрийсодержащими реагентами (Na2CO3, жидкое стекло) выше; 2) многостадийность процесса
получения тринатрийфосфата: приготовление растворов, нейтрализация кислоты с последующей кристаллизацией, фильтрацией и сушкой конечного продукта.
Способ [3] включает двухступенчатую нейтрализацию экстракционной фосфорной
кислоты с содержанием P2O5, равным ~21,7 мас. %, вначале кальцинированной содой до
молярного соотношения реагентов Na2O:P2O5 = 2:1, а затем раствором 46 % NaOH до
Na2 O: P2O5 = 3:1. При этом молярное соотношение H2O:P2O5 в системе достигает 33,6: 1,0, что в результате охлаждения фильтрата, полученного после отделения примесных компонентов, до температуры 30-35 °С приводит к кристаллизации двенадцативодного гидрата тринатрийфосфата, который отделяют от маточного раствора фильтрацией или
центрифугированием. Введение в частично или полностью нейтрализованные растворы
модифицирующих добавок - смеси триполифосфата и пирофосфата натрия при их соотношении в смеси 0,5-4,0:1 и количестве смеси 0,002-0,014 ч. на 1 ч. готового продукта,
позволяет регулировать средний размер кристаллов Na3PO4·12H2O и его гигроскопическую точку.
Недостатками данного способа являются: 1) использование в качестве модифицирующих добавок - конденсированных фосфатов, в частности триполифосфата и пирофосфата
натрия, имеющих высокую стоимость; 2) многостадийность процесса получения тринатрийфосфата: стадии приготовления растворов, нейтрализации кислоты, кристаллизации и
фильтрации.
Общим недостатком представленных способов получения тринатрийфосфата является
низкое содержание основного вещества Na3PO4 в кристаллогидрате Na3PO4·12H2O (расчетное содержание Na3PO4 - 43,2 мас. % и H2O - 56,8 мас. %), что обусловлено условиями
получения конечного продукта - молярным соотношением H2O:P2O5 и, следовательно,
температурой синтеза и кристаллизации.
Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности и достигаемому
результату является способ получения тринатрийфосфата [4], согласно которому тринатрийфосфат получают последовательной нейтрализацией раствора экстракционной фосфорной кислоты, содержащей ~25 мас. % P2O5, твердой кальцинированной содой, а затем 42-46 % раствором каустической соды при 70-100 °С. При этом молярное соотношение
H2O:P2O5 в системе достигает 30,1-35,3:1,0, что в результате охлаждения фильтрата, полученного после отделения примесных компонентов, до температуры 30-35 °С приводит к
кристаллизации двенадцативодного гидрата тринатрийфосфата, который отделяют от маточного раствора фильтрацией или центрифугированием. Согласно [4], получение ведут в
присутствии кондиционирующей добавки, позволяющей увеличить гигроскопическую
точку конечного продукта и исключить стадию его сушки. В качестве такой добавки используют ортофосфат щелочно-земельного металла с удельной поверхностью 0,5-2,0 м2/г
и в количестве 0,0005-0,0025 моля в пересчете на оксид металла на 100 мас.ч. осадка.
Недостатками данного способа получения являются:
1) низкое содержание основного вещества Na3PO4 (43,2 мас. %) в кристаллогидрате
Na3PO4·12H2O;
2) использование в качестве добавок ортофосфатов щелочно-земельных металлов с
заданной удельной поверхностью, что, во-первых, приводит к наличию в составе тринатрийфосфата ионов кальция и магния, которые обусловливают жесткость воды и растворов и тем самым ограничивают применение полученного таким образом
тринатрийфосфата в процессах водоподготовки, а также в составе моющих средств, во2
BY 14265 C1 2011.04.30
вторых, требует соответствующих условий их получения для достижения заданной удельной поверхности;
3) наличие стадии фильтрации.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение содержания основного вещества - тринатрийфосфата и сокращение числа стадий его производства, что позволяет снизить себестоимость конечного продукта.
Поставленная задача достигается тем, что в данном изобретении реализуется способ
получения октагидрата тринатрийфосфата, при котором смесь фосфорной кислоты, содержащей 33-39 мас. % P2O5, и 95,0-95,5 %-ной серной кислоты при молярном соотношении
H3PO4 и H2SO4, составляющем 1,0:(0,003-0,009), нейтрализуют кальцинированной содой
при температуре 90-100 °С до получения насыщенного раствора динатрийфосфата, который затем нейтрализуют раствором едкого натра с получением насыщенного раствора
тринатрийфосфата, содержащего 19-22 молей воды на 1 моль P2O5 и 0,21-0,28 мас. % кондиционирующей добавки - сульфат натрия, и кристаллизуют целевой продукт.
Отличительные признаки данного способа:
1. Молярное соотношение H2O:P2O5 в системе Na2O-P2O5-H2O, равное 19,0-22,0: 1,0, при
котором температура кристаллизации Na3PO4·8H2O соответствует 80-90 °С. Согласно диаграммам растворимости безводного фосфата натрия и его кристаллогидратов [5], при
H2O:P2O5 > 22,0:1,0, что соответствует использованию фосфорной кислоты с содержанием
P2O5 менее 33,0 мас. %, тринатрийфосфат кристаллизуется при температурах менее 80-90 °С в
виде Na3PO4·10H2O или Na3PO4·12H2O. При H2O:P2O5 < 19,0:1,0, что соответствует использованию фосфорной кислоты с содержанием P2O5 более 39,0 мас. %, полного разложения соды
в системе не происходит, в результате чего продукт, согласно рентгенофазовому анализу, содержит значительное количество NaHCO3 и кристаллогидратов динатрийфосфата.
2. Нейтрализация смеси кислот при их молярном соотношении H2SO4:H3PO4 = 0,0030,009:1,0. Наличие серной кислоты обусловливает образование при ее нейтрализации
сульфата натрия, который является кондиционирующей добавкой, повышающей гигроскопическую точку конечного продукта. Содержание тринатрийфосфата в целевом продукте зависит от содержания сульфата натрия. Оптимальным интервалом, при котором значение
гигроскопической точки составляет 80,1-81,8 %, является H2SO4:H3PO4 = 0,003-0,009:1,0,
соответствующее 0,13-0,47 мас. % Na2SO4 в готовом продукте. При H2SO4:H3PO4 > 0,009:1,0
увеличивается содержание Na2SO4 и уменьшается содержание Na3PO4. При этом существенного изменения гигроскопической точки не происходит. При H2SO4:H3PO4 <
0,003:1,0 гигроскопическая точка меньше 80,1-81,8 %, что отрицательно сказывается на
слеживаемости продукта.
Данный способ получения тринатрийфосфата имеет ряд преимуществ:
1. Кристаллизация в системе Na2O-P2O5-H2O при заданных условиях, в частности при
молярном соотношении H2O:P2O5 = 19,0-22,0:1,0, Na3PO4·8H2O позволяет повысить содержание основного вещества в готовом продукте до 53,2 мас. %.
2. Способ является малостадийным, отличается простотой, так как включает только приготовление растворов исходных реагентов, их смешение и кристаллизацию Na3PO4·8H2O.
3. Использование серной кислоты при ее нейтрализации позволяет получить кондиционирующую добавку - сульфат натрия, не содержащую ионы щелочно-земельных металлов, в отличие от [4], и имеющую низкую стоимость в отличие от триполифосфата и
пирофосфата натрия [3]. Кроме этого, присутствие серной кислоты интенсифицирует процесс разложения соды.
Изобретение поясняется примерами.
Пример 1
Фосфорную кислоту с содержанием P2O5, равным 39,0 мас. % смешивают с 95,5 %
H2SO4 при молярном соотношении H2SO4:H3PO4, равном 0,006:1,0. Полученную смесь
кислот нейтрализуют кальцинированной содой при температуре 90-100 °С с получением
3
BY 14265 C1 2011.04.30
насыщенного раствора динатрийфосфата, который далее нейтрализуют раствором едкого
натра (35,7 % Na2O). Образующийся при этом насыщенный раствор тринатрийфосфата,
содержание воды в котором соответствует молярному соотношению H2O:P2O5 = 19,0:1,0,
при постоянном и интенсивном перемешивании охлаждают. При температуре 80-90 °С
наблюдается образование и рост зародышей, приводящий к образованию кристаллического продукта во всем объеме реакционного пространства. Продукт представляет собой рассыпчатый порошок, химический состав которого следующий, мас. %: Na2O - 27,8, P2O5 21,1, SO3 - 0,14, H2O - 50,9, что соответствует Na3PO4 - 48,7 мас. %, Na2SO4 - 0,25 мас. %,
H2O - 50,9 мас. %. Согласно рентгенофазовому анализу основной фазой в продукте является Na3PO4-8H2O. Исходя из этого состав целевого продукта следующий, мас. %: Na3PO48H2O - 91,5, Na2SO4 - 0,25, свободная H2O - 8,25. Гигроскопическая точка при 20 °С отвечает относительной влажности воздуха 81,8 %.
Пример 2
Фосфорную кислоту с содержанием P2O5, равным 36,8 мас. %, смешивают с 95,0 %
H2SO4 при молярном соотношении H2SO4:H3PO4, равном 0,006: 1,0. Полученную смесь
кислот нейтрализуют кальцинированной содой при температуре 90-100 °С с получением
насыщенного раствора динатрийфосфата, который далее нейтрализуют раствором едкого
натра (35,7 % Na2O). Образующийся при этом насыщенный раствор тринатрийфосфата,
содержание воды в котором соответствует молярному соотношению H2O:P2O5 = 19,8:1,0,
при постоянном и интенсивном перемешивании охлаждают. При температуре 80-90 °С
наблюдается образование и рост зародышей, приводящий к образованию кристаллического продукта во всем объеме реакционного пространства. Продукт представляет собой рассыпчатый порошок, химический состав которого следующий, мас. %: Na2O - 27,2, P2O5 20,7, SO3 - 0,14, H2O - 51,9, что соответствует Na3PO4- 47,8 мас. %, Na2SO4 - 0,25 мас. %,
H2O - 51,9 мас. %. Согласно рентгенофазовому анализу основной фазой в продукте является Na3PO4·8H2O. Исходя из этого состав целевого продукта следующий, мас. %:
Na3PO4·8H2O - 89,8, Na2SO4 - 0,25, свободная H2O - 9,95. Гигроскопическая точка при 20 °С
отвечает относительной влажности воздуха 81,5 %.
Другие примеры получения конечного продукта при различных молярных соотношениях H2SO4:H3PO4 и H2O:P2O5 в системе приведены в таблице.
Таким образом, заявляемое техническое решение позволит, исключая стадии фильтрации и сушки, получить неслеживающийся продукт в виде Na3PO4·8H2O с высоким содержанием основного вещества, который может быть использован в производстве
моющих средств и процессах водоподготовки.
Примеры получения конечного продукта
при различных молярных соотношениях H2SO4:H3PO4 и H2O:P2O5
Условия опыта
№ Молярное
опы- соотнота
шение
H2O:P2O5
1
2
3
4
5
6
7
19,0:1,0
19,8:1,0
20,7:1,0
21,5:1,0
22,0:1,0
Результаты исследования продукта
ТемпеХимический состав,
ГигроскоМолярное
ратура
мас. %
пическая
соотношеОсновная
кристалточка
ние
фаза
лизации, Na2O P2O5 SO3 H2O
при 20 °С,
H2SO4:H3PO4
°С
%
27,8 21,1
50,9
81,8
27,2 20,7 0,14 51,9
81,5
0,006:1,0
80-90
26,6 20,2
53,1
81,7
26,1 19,8 0,13 54,0 Na3PO4·8H2O
81,6
0,005:1,0
0,11 54,6
81,4
0,006:1,0
80-90 25,7 19,6 0,13 54,6
81,6
0,008:1,0
0,18 54,5
81,8
4
BY 14265 C1 2011.04.30
Источники информации:
1. Позин М.Е. и др. Технология минеральных солей (удобрений, пестицидов, промышленных солей, окислов и кислот) Ч. II. - Л.: Химия, 1974. - С. 1556.
2. Кальфа С.А., Попова Л.В., Ускач Я.Л., Мильготин И.М. Способ получе ния тринатрийфосфата. Пат. 2149826 Россия, МПК7 C 01B 25/30; Волгогр. ОАО "Химпром". Заявл.
11.03.1999; Опубл. 27.05.2000.
3. Кузнецов А.А., Гуллер Б.Д., Шапкин М.А., Буксеев В.В., Майоров А.Б. Способ получения тринатрийфосфата. Пат. 2145572 Россия, МПК C 01B 25/30; ООО НПО "Невохим". Заявл. 15.08.95; Опубл. 20.02.00.
4. Шапкин М.А., Попов В.Л., Буксеев В.В., Мильбергер Т.Г., Орлов Е.П., Зубков В.Я.
Способ получения тринатрийфосфата. Пат. 2147552 Россия, МПК6 C 01B 25/30; ОАО
"Волхов.алюм." Заявл. 17.12.98; Опубл. 20.04.00. (прототип).
5. Киргинцев А.И., Трушникова Л.Н., Лаврентьева В.Г. Растворимость не органических веществ в воде: Справочник. - Л.: Химия, 1972.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
5
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
1
Размер файла
101 Кб
Теги
патент, by14265
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа