FI70200B - FRAMSTAELLNING AV ARSENSYRA - Google Patents

FRAMSTAELLNING AV ARSENSYRA Download PDF

Info

Publication number
FI70200B
FI70200B FI824418A FI824418A FI70200B FI 70200 B FI70200 B FI 70200B FI 824418 A FI824418 A FI 824418A FI 824418 A FI824418 A FI 824418A FI 70200 B FI70200 B FI 70200B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
nitric acid
arsenic
reaction
acid
iodine
Prior art date
Application number
FI824418A
Other languages
Finnish (fi)
Other versions
FI70200C (en
FI824418A0 (en
FI824418L (en
Inventor
Robert Alexander Wal Johnstone
David John Jasper
Kenneth Davidson
Original Assignee
Rentokil Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rentokil Ltd filed Critical Rentokil Ltd
Publication of FI824418A0 publication Critical patent/FI824418A0/en
Publication of FI824418L publication Critical patent/FI824418L/en
Application granted granted Critical
Publication of FI70200B publication Critical patent/FI70200B/en
Publication of FI70200C publication Critical patent/FI70200C/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G28/00Compounds of arsenic
    • C01G28/005Oxides; Hydroxides; Oxyacids

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Description

7020070200

Arseenihapon valmistus Tämä keksintö koskee menetelmää arseenihapon valmistamiseksi saattamalla arseenitrioksidi reagoimaan veden ja hapen kanssa suljetussa reaktorissa korotetussa lämpötilassa katalyytin läsnäollessa.This invention relates to a process for the preparation of arsenic acid by reacting arsenic trioxide with water and oxygen in a closed reactor at an elevated temperature in the presence of a catalyst.

Arseenihapon ymmärretään yleisesti tarkoittavan yhdistettä H^AsO^, joka toisinaan ilmoitetaan kaavalla H3Ag04.1/21^0 ja tunnetaan myös orto-arseenihappona. meta-arseenihappo HAs03 ja pyro-arseenihappo H4As20? (josta käytetään myös nimitystä arseenipentoksidihydraatti As20j-*2H20) ovat muita arseenihapon muotoja, mutta molemmat liukenevat veteen muodostaen orto-arseenihappoa. Sanonta "arseenihappo" viittaa tässä käytettynä pääasiassa orto-arseenihappoon, mutta sisältää myös soveltuvin kohdin muut arseenihapot.Arsenic acid is generally understood to mean the compound H 2 AsO 2, sometimes represented by the formula H 3 Agg4.1 / 21 ^ 0 and also known as ortho-arsenic acid. meta-arsenic acid HAs03 and pyro-arsenic acid H4As20? (also referred to as arsenic pentoxide hydrate As 2 O 2 - * 2H 2 O) are other forms of arsenic acid, but both are soluble in water to form ortho-arsenic acid. The term "arsenic acid" as used herein refers primarily to ortho-arsenic acid, but also includes other arsenic acids where appropriate.

Arseenihappoa on pitkään käytetty tuholaistorjunta-aineena useissa eri muodoissa ja sovellutuksissa mukaanluettuna esimerkiksi käyttö hyönteismyrkkyinä, rikkaruohomyrkkyinä ja jyrsijä-myrkkyinä ja käyttö tiettyjen puunsuojatuotteiden komponenttina. Sitä käytetään myös arsenaattien valmistuksessa, lasin valmistuksessa, lehtien poistoaineena tietyissä olosuhteissa, puuvillan kuivausaineena ja maaperän sterilointiaineena.Arsenic acid has long been used as a pesticide in a variety of forms and applications, including, for example, use as insecticides, herbicides and rodenticides, and as a component of certain wood preservatives. It is also used in the manufacture of arsenates, in the manufacture of glass, as a leaf remover under certain conditions, as a cotton desiccant and as a soil sterilizer.

Monia menetelmiä on ehdotettu arseenihapon teolliseksi valmistamiseksi ja suureen enemmistöön näitä menetelmiä liittyy arseenitrioksidin As203 (tunnetaan myös raaka-arseenina, valkoisena arseenina, arseenihapokkeena, arseeni(3)oksidina, arseenioksidina, arseenianhydridinä ja yksinkertaisesti "arseenina") hapetus. Hapetusaineita, joita on ehdotettu tähän tarkoitukseen, ovat esimerkiksi kloori (ks. US-patentit 1 415 323, 1 447 937 ja 1 515 079), natrium- tai kaliumkloraatti (ks. US-patentit 1 677 257 ja 1 699 823), ilma tai happi (ks. GB-patent-ti 445 468, JP-patentti 94024) 1931 - Chem.Abs. 27, 1456; ja Khimiko Farmatsevticheskaya Promshlennost, 1933, 193-194 - 2 70200Many methods have been proposed for the industrial production of arsenic acid, and the vast majority of these methods involve the oxidation of arsenic trioxide As 2 O 3 (also known as crude arsenic, white arsenic, arsenic acid, arsenic (3) oxide, arsenic oxide, arsenic anhydride, and simply "arsenic"). Oxidizing agents proposed for this purpose include, for example, chlorine (see U.S. Patents 1,415,323, 1,447,937, and 1,515,079), sodium or potassium chlorate (see U.S. Patents 1,677,257 and 1,699,823), air or oxygen (see GB Patent 445,468, JP Patent 94024) 1931 - Chem.Abs. 27, 1456; and Khimiko Farmatsevticheskaya Promshlennost, 1933, 193-194 - 2 70200

Chem.Abs. 28, 428) ja vetyperoksidi (ks. SU-patentti 510430 (1976) - Chem.Abs. 85, 35175 t). Hapetusta elektrolyysin avulla on myös ehdotettu (ks. SU-patentti (1940) - Chem.Chem.Abs. 28, 428) and hydrogen peroxide (see SU Patent 510430 (1976) - Chem. Abs. 85, 35175 t). Oxidation by electrolysis has also been proposed (see SU Patent (1940) - Chem.

Abs. 38, 5736 ja JP-patentti 9178 (1960) Chem.Abs. 55, 20732).Abs. 38, 5736 and JP Patent 9178 (1960) Chem.Abs. 55, 20732).

Menetelmään, joka on tullut yleiseen kaupalliseen käyttöön, liittyy kuitenkin hapetus typpihapolla. Erilaisia katalyyttejä tai apuhapettimia on ehdotettu käytettäväksi typpihappo-menetelmässä, mukaanluettuna esimerkiksi happi (ks. GB-patentti 255 522) , kloorivetyhappo (ks. US-patentti 1 493 798 ja SU-patentti 45279 (1935) - Chem.Abs. 32, 3100), ilma ja vesi (ks. US-patentti 1 615 193) ja ilma (ks. Chem.Abs. 55, 11776) . Katalyytti, jota yleisimmin käytetään nykyaikaisissa tehtaissa arseenihapon valmistamiseen typpihappomenetelmällä, on jodi esimerkiksi natrium- tai kaliumjodidin (ks. US-patentti 1 974 747) tai kaliumjodaatin (ks. Chem.Abs. 36, 3091) muodossa.However, the process, which has become common commercial use, involves oxidation with nitric acid. Various catalysts or auxiliary oxidants have been proposed for use in the nitric acid process, including, for example, oxygen (see GB Patent 255,522), hydrochloric acid (see U.S. Patent 1,493,798 and SU Patent 4,5279 (1935) - Chem.Abs. 32, 3100 ), air and water (see U.S. Patent 1,615,193) and air (see Chem.Abs. 55, 11776). The catalyst most commonly used in modern plants for the production of arsenic acid by the nitric acid process is, for example, iodine in the form of sodium or potassium iodide (see U.S. Patent 1,974,747) or potassium iodate (see Chem.Abs. 36, 3091).

Perusreaktiota, joka tapahtuu arseenihapon valmistuksessa typpihappomenetelmällä, voidaan esittää yksinkertaisessa muodossa seuraavasti: katalyytti I Aso0-, + 2HN0o + 2H„0 ->2HoAs0. + NO + N0o 2 3 3 2 3 4 2The basic reaction which takes place in the preparation of arsenic acid by the nitric acid method can be represented in a simple form as follows: Catalyst I Aso0-, + 2HNOo + 2H „0 -> 2HoAs0. + NO + NO 2 3 3 2 3 4 2

Prosessi toteutetaan yleensä syöttämällä arseenitrioksidia, typpihappoa ja katalyyttiä (esimerkiksi kaliumjodidia) jatkuvasti lämmitettyyn reaktoriin normaalipaineessa, laskemalla ulos muodostuneet kaasumaiset typen oksidit ja tyhjentämällä muodostunut arseenihappo.The process is generally carried out by continuously feeding arsenic trioxide, nitric acid and a catalyst (e.g. potassium iodide) to a heated reactor at normal pressure, discharging the gaseous nitrogen oxides formed and draining the arsenic acid formed.

Useita ongelmia kohdataan suoritettaessa tätä prosessia suuressa mittakaavassa. Eräs näistä ongelmista on liiallinen vaah-toaminen, jota pyrkii tapahtumaan muodostuneiden kaasumaisten typpioksidien suuren tilavuuden seurauksena ja jos vaahtoaminen kasvaa liiaksi, on olemassa vaara ylikiehumisen tai ulospur-kautumisen tapahtumiselle. Tällainen vaara esiintyy erityisesti, kun reaktoriin kerääntyy suuria määriä toista tai molempia reagoimattomia lähtöaineita, mikä saattaa tapahtua, jos 3 70200 esiintyy syötön tukkeutumista tai muuta jonkin reagenssin epäsäännöllistä syöttöä tai jos reaktioseoksen lämpötila laskisi liian alas jostakin muusta syystä.Several problems are encountered in performing this process on a large scale. One of these problems is excessive foaming, which tends to occur as a result of the large volume of gaseous nitrogen oxides formed, and if foaming increases too much, there is a risk of overboiling or discharging. Such a hazard occurs especially when large amounts of one or both of the unreacted feedstocks accumulate in the reactor, which may occur if there is a blockage of the feed or other irregular feed of a reagent or if the temperature of the reaction mixture drops too low for some other reason.

Liiallisen vaahtoamisen aiheuttamien ongelmien lisäksi reaktio on joka tapauksessa vaikea hallita: huomattava määrä lämpöä vapautuu prosessin aikaisissa vaiheissa, kun taas lämpöä on syötettävä myöhempien vaiheiden aikana. Reaktori on lämmitettävä ennen reagenssien lisäystä - usein sen annetaan lämmetä yli yön - koska on olemassa liettymisvaara ja tästä johtuen myöhemmin vaahtoamista ja ylikiehumista, mitä tapahtuu jos reagoimattomia lähtöaineita alussa kerääntyy liian matalan alku-lämpötilan seurauksena. Toisaalta prosessia ei voida - johtuen sen eksotermisestä luonteesta - helposti päättää ennenaikaisesti, jos se esimerkiksi näyttää karkaavan hallinnasta. Sitä paitsi ei ole olemassa yksinkertaista osoitusta siitä, milloin reaktio on päättynyt.In any case, in addition to the problems caused by excessive foaming, the reaction is difficult to control: a considerable amount of heat is released in the early stages of the process, while heat must be fed in in the later stages. The reactor must be heated before the reagents are added - often allowed to warm overnight - as there is a risk of slurry and consequent subsequent foaming and overboiling, which occurs if unreacted starting materials initially accumulate as a result of too low an initial temperature. On the other hand, due to its exothermic nature, the process cannot be easily terminated prematurely if, for example, it appears to be escaping control. Besides, there is no simple indication of when the reaction is complete.

Erilaisia toimenpiteitä on ehdotettu reagenssien lisäämiseksi ja sekoittamiseksi hallitulla tavalla tällaisten vaikeuksien voittamiseksi (ks. esimerkiksi US-patentit 1 603 308 ja 2 165 944), mutta vaikeuksia esiintyy silti jopa uudenaikaisissa tehtaissa ja niitä on jossain määrin pahentanut nykyinen tarve käyttää heikkolaatuista arseenitrioksidia lähtöaineena.Various measures have been proposed to add and mix reagents in a controlled manner to overcome such difficulties (see, e.g., U.S. Patents 1,603,308 and 2,165,944), but difficulties still exist even in modern factories and are somewhat exacerbated by the current need to use low quality arsenic trioxide as starting material.

Toinen tavanomaisen typpihappomenetelmän vakava haitta on tarve käyttää suuria määriä typpihappoa: sitä on syötettävä stökiometrinen määrä arseenitrioksidiin nähden yllä olevan yhtälön I mukaisesti; tämä tarkoittaa, että 2 moolia typpihappoa vaaditaan yhtä moolia kohti arseenitrioksidia. Tämä merkitsee, että esimerkiksi 80 %:sen arseenihapon 8 tonnin erän valmistus vaatii noin 5 tonnia kaupallista typpihappoa, joka pelkistyy typen oksideiksi prosessin kuluessa. Nämä typen oksidit on regeneroitava uudelleenhapetuksella typpihapoksi sekä taloudellisista syistä, että terveys- ja turvallisuussyistä .Another serious disadvantage of the conventional nitric acid method is the need to use large amounts of nitric acid: it must be fed a stoichiometric amount relative to arsenic trioxide according to Equation I above; this means that 2 moles of nitric acid are required per mole of arsenic trioxide. This means, for example, that the production of an 8 tonne batch of 80% arsenic acid requires about 5 tons of commercial nitric acid, which is reduced to nitrogen oxides during the process. These nitrogen oxides must be regenerated by reoxidation to nitric acid for both economic, health and safety reasons.

4 702004 70200

Kaikkiin tehtaisiin, joissa valmistetaan arseenihappoa typpi-happomenetelmällä, sisältyy tämän vuoksi laite typpihapon tal-teenottamiseksi. Tämä voi olla esimerkiksi sarja reaktiotorneja, jotka on yhdistetty suoraan pääreaktoriin ja jonka läpi pää-reaktorista tulevat kaasumaiset typen oksidit johdetaan reaktioon veden ja hapen kanssa ja viimeinen torni, jossa kaasut pestään natriumhydroksidilla mahdollisten jäännöstyppioksidien poistamiseksi. (Yksityiskohtia typpihapon talteenottolaitteen esimerkeistä esitetään US-patentissa 2 165 957 ja JP-patentissa 79.016943). Johtuen hyvin suurista typpioksidien tilavuusmää-ristä, joita kehittyy prosessin kuluessa, typpihapon talteen-ottolaite muodostaa huomattavan osan koko arseenihapon valmistuslaitoksesta ja vaikuttaa osaltaan merkittävästi saadun arseenihapon kokonaiskustannuksiin.All plants that produce arsenic acid by the nitric acid method therefore include an apparatus for recovering nitric acid. This can be, for example, a series of reaction towers connected directly to the main reactor, through which the gaseous nitrogen oxides from the main reactor are reacted with water and oxygen, and the last tower in which the gases are washed with sodium hydroxide to remove any residual nitrogen oxides. (Details of examples of nitric acid recovery apparatus are given in U.S. Patent 2,165,957 and JP Patent 79,016943). Due to the very large volumes of nitric oxides that develop during the process, the nitric acid recovery device forms a significant part of the entire arsenic acid production plant and contributes significantly to the overall cost of the arsenic acid obtained.

Lisäksi vaikkakin talteenotettu typpihappo kierrätetään takaisin, pyrkii esiintymään jopa 10 %:n kokonaishäviö typpihappoa. Niinpä esimerkiksi n. 500 kg:n typpihappohäviö olisi odotettavissa 8 tonnin arseenihappoerän valmistuksessa. Tämä häviö muodostaa lisän lopullisen tuotteen kustannuksiin sekä johtuen tarpeesta korvata menetetty typpihappo että johtuen tarpeesta pestä kaasut natriumhydroksidilla niiden typen oksidien neutra-loimiseksi, jotka eivät hapetu takaisin typpihapoksi.In addition, although the recovered nitric acid is recycled, a total loss of nitric acid of up to 10% tends to occur. Thus, for example, a nitric acid loss of about 500 kg would be expected in the production of an 8 tonne batch of arsenic acid. This loss adds to the cost of the final product, both due to the need to replace lost nitric acid and due to the need to wash the gases with sodium hydroxide to neutralize nitrogen oxides that do not oxidize back to nitric acid.

Kaikista yllä mainituista ongelmista huolimatta typpihappo-menetelmä on monia vuosia säilynyt yleisesti hyväksyttynä menetelmä arseenihapon valmistamiseksi teollisessa mitassa.Despite all the problems mentioned above, the nitric acid method has remained a widely accepted method for the production of arsenic acid on an industrial scale for many years.

Tämä keksintö kohdistuu menetelmään arseenihapon valmistamiseksi saattamalla arseenitrioksidi reagoimaan veden ja hapen kanssa suljetussa reaktorissa korotetussa lämpötilassa katalyytin läsnäollessa, jolle menetelmälle on tunnusomaista se, että katalyytti koostuu typpihaposta yhdessä jodin tai jodiyhdisteen kanssa, että typpihapon määrä ei ylitä 5 paino-% laskettuna HNO^:na ja perustuen arseenitrioksidin painoon ja että reaktio suoritetaan 3-10 baarin paineessa.This invention relates to a process for the preparation of arsenic acid by reacting arsenic trioxide with water and oxygen in a closed reactor at elevated temperature in the presence of a catalyst, characterized in that the catalyst consists of nitric acid together with iodine or iodine compound, the amount of nitric acid does not exceed 5% by weight and based on the weight of arsenic trioxide and that the reaction is carried out at a pressure of 3 to 10 bar.

Yllättäen on havaittu, että tämän keksinnön menetelmän avulla on mahdollista voittaa - teollisuusmittakaavan prosessissa -monia happomenetelmällä tapahtuvan arseenihapon tavanomaisen 5 70200 teollisen prosessin haitoista. Niinpä tämän keksinnön mukaisessa prosessissa vaahtoaminen ja siihen liittyvät ongelmat, jotka ovat seurausta kaasumaisten typen oksidien kehittymisestä, vältetään samoin kuin kalliin typpihapon talteenotto-laitteen tarve. Toinen tämän prosessin tärkeä etu on, että vältetään typpihapon suurten stökiometristen määrien tarve.Surprisingly, it has been found that with the process of the present invention it is possible to overcome - in an industrial scale process - many of the disadvantages of the conventional 5,200,200 industrial process of arsenic acid by the acid process. Thus, in the process of the present invention, foaming and the associated problems resulting from the development of gaseous nitrogen oxides are avoided, as is the need for an expensive nitric acid recovery device. Another important advantage of this process is that the need for large stoichiometric amounts of nitric acid is avoided.

Tämä keksintö on näin ollen huomattavasti taloudellisempi kuin tavanomainen prosessi.The present invention is thus considerably more economical than a conventional process.

Tämän keksinnön mukaisessa prosessissa arseenitrioksidi hapetetaan vedellä ja hapella katalyytin läsnäollessa ja kokonais-reaktiota voidaan esittää yksinkertaisessa muodossa seuraavasti: II Äs2°3 + 3H2° + °2 katalyyttl > 2H3As04 Tämä prosessissa käytetty katalyytti koostuu typpihaposta ja jodista tai jodiyhdisteestä. Jodiyhdiste voi olla mikä tahansa yhdiste, joka muodostaa jodidi-ioneja, esimerkiksi kalium-jodidi, jodivetyhappo tai jodaatti. On kuitenkin edullista käyttää jodia (X2): jos käytettäisiin esimerkiksi kaliumjodi- dia, prosessin lopussa saatu arseenihappo sisältäisi pienen määrän kaliumnitraattia, joka on todettu vaikeaksi poistaa.In the process of this invention, arsenic trioxide is oxidized with water and oxygen in the presence of a catalyst, and the overall reaction can be represented in a simple form as follows: Catalyst used in this process consists of nitric acid and iodine or iodine compound. The iodine compound can be any compound that forms iodide ions, for example, potassium iodide, hydroiodic acid or iodate. However, it is preferred to use iodine (X2): if, for example, potassium iodide were used, the arsenic acid obtained at the end of the process would contain a small amount of potassium nitrate which has been found difficult to remove.

On havaittu, että ainakin joissakin tapauksissa reaktionopeutta voidaan jossain määrin säätää vaihtelemalla käytettyä katalyyt- timäärää tai jonkin katalyyttikomponentin määrää.It has been found that, at least in some cases, the reaction rate can be adjusted to some extent by varying the amount of catalyst used or the amount of any catalyst component.

Arvellaan, että käytettäessä typpihappo/jodikatalyyttiä prosessissa keksinnön mukaisesti tapahtuva reaktio itse asiassa etenee monimutkaisella reaktioiden sarjalla, jota voidaan esittää seuraavalla yksinkertaistetulla reaktiokaaviolla: 70200It is believed that when a nitric acid / iodine catalyst is used in the process according to the invention, the reaction actually proceeds with a complex series of reactions, which can be represented by the following simplified reaction scheme: 70200

Sisään Sisään Ulos i i tIn In Out i i t

Ila As2°3 + 2I2 + 5H2° -> 2H3As04 + 4HIIIa As2 ° 3 + 2I2 + 5H2 ° -> 2H3AsO4 + 4HI

Hb 4HI + 2H20Hb 4HI + 2H2O

He 2HN0^" + ~02 ^ tHe 2HN0 ^ "+ ~ 02 ^ t

SisäänIn

Havaitaan, että yhtälöiden Ila, Ilb ja Ile summa on edellä esitetty yhtälö II.It is observed that the sum of Equations Ila, Ilb and Ile is Equation II above.

Arvellaan myös, että monimutkaiseen reaktiokiertojaksoon kuuluu eräänä vaiheena tasapaino, jota esitetään seuraavasti:It is also believed that the complex reaction cycle involves, at one stage, an equilibrium, which is presented as follows:

HOHO

III HAs02 + l2 - — 2 ·-> 4I~ + H3As04III HAsO2 + 12 - - 2 · -> 4I ~ + H3AsO4

Jotta reaktiokiertojakso etenisi halutulla tavalla, kuten yllä olevat yhtälöt Ila, Hb ja Ile esittävät, on välttämätöntä että yhtälön III edustamaa tasapainoa ajetaan oikealle. On havaittu, että tämä voidaan toteuttaa suhteellisen korkealla happamalla pH-arvolla, mutta että matala pH suosii esitetyn tasapainon vasenta puolta. Tämän vuoksi on tärkeää keksinnön prosessin kannalta, ettei läsnäolevan typpihapon määrä ole sellainen, että yllä esitettyä tasapainoa estetään edistymästä oikealle.In order for the reaction cycle to proceed as desired, as shown by Equations IIa, Hb and Ile above, it is necessary that the equilibrium represented by Equation III be driven to the right. It has been found that this can be accomplished at a relatively high acidic pH, but that a low pH favors the left side of the indicated equilibrium. Therefore, it is important for the process of the invention that the amount of nitric acid present is not such as to prevent the above balance from advancing to the right.

Tavanomaisessa teollisessa prosessissa arseenihapon valmistamiseksi typpihappomenetelmällä käytetään hyvin suurta määrää typpihappoa, kuten aiemmin mainittiin, eikä se tämän vuoksi voisi edetä yhtälöiden Ila, Ilb ja Ile yllä esittämän reaktio-kaavion kautta, koska yhtälön III esittämä tasapaino ajautuisi vasemmalle. Itse asiassa arvellaan, että tavanomainen typpi-happomenetelmä käytettäessä tavanomaista katalyyttiä, kalium-jodidia, etenee - päin vastoin kuin tämä prosessi - reaktio-kiertojakson kautta, johon liittyy jodaatti-ioni ja jota 7 70200 esitetään yksinkertaistetussa muodossa seuraavasti: HNO_ IV Γ ---^ io~ K as2o3 \ H2° l“ + H^AsO.In a conventional industrial process for the production of arsenic acid by the nitric acid method, a very large amount of nitric acid is used, as previously mentioned, and therefore could not proceed through the reaction scheme of Equations IIa, IIb and Ile above because the equilibrium shown in Equation III would drift to the left. In fact, it is believed that the conventional nitric acid process using a conventional catalyst, potassium iodide, proceeds - in contrast to this process - through a reaction cycle involving iodate ion and which is presented in a simplified form as follows: HNO_ IV Γ --- ^ io ~ K as2o3 \ H2 ° l “+ H ^ AsO.

3 4 Tässä reaktiokiertojaksossa jodidi regeneroidaan ja on tämän vuoksi katalyytti, mutta typpihappoa kulutetaan pelkistyksellä typen oksideiksi, kuten yhtälö I esittää. Sitä vastoin tässä prosessissa sekä jodi tai jodidi että typpihappo toimivat katalyytteinä.34 In this reaction cycle, iodide is regenerated and is therefore a catalyst, but nitric acid is consumed by reduction to nitrogen oxides, as shown in Equation I. In contrast, in this process, both iodine or iodide and nitric acid act as catalysts.

Yhtälöistä Ha ja Hb voidaan nähdä, että on olemassa suora stökiometrinen suhde jodin tai jodidin määrän ja typpihapon määrän välillä, jotka tarvitsee lisätä. Niinpä teoreettisesti vain minimaalista, katalyyttistä määrää typpihappoa tarvitsee käyttää riittävästi initioimaan reaktio, koska sen jälkeen sitä syntyy jatkuvasti in situ, kuten yllä olevat yhtälöt Hb ja Ile esittävät. On kuitenkin havaittu, että jos käytetään liian pientä määrää typpihappoa, reaktio päättyy ennenaikaisesti, mutta voidaan aloittaa uudelleen lisäämällä enemmän typpihappoa. Arvellaan, että tämä johtuu siitä, että typpihappo häviää hitaasti reaktiolla käytetyssä arseenitriok-sidissa olevien epäpuhtauksien kanssa ja/tai pelkistyksellä dityppioksidiksi N^O esimerkiksi läsnä olevan arseenitrioksi-din ja/tai jodidin avulla, dityppioksidin ollessa stabiili ja reagoimatta hapen kanssa korkeampien oksidien tuottamiseksi.It can be seen from Equations Ha and Hb that there is a direct stoichiometric relationship between the amount of iodine or iodide and the amount of nitric acid that needs to be added. Thus, in theory, only a minimal, catalytic amount of nitric acid needs to be used sufficiently to initiate the reaction, since it is then continuously generated in situ, as shown by Equations Hb and Ile above. However, it has been found that if too little nitric acid is used, the reaction ends prematurely but can be restarted by adding more nitric acid. This is thought to be due to the slow disappearance of nitric acid by reaction with impurities in the arsenic trioxide used and / or by reduction to nitrous oxide N

Typpihappoa on tämän vuoksi edullista käyttää ylimäärin jodin ja jodidin stökiometriseen määrään nähden. Aikaisemmin mainitusta voidaan kuitenkin arvioida, ettei typpihappoa saa käyttää liian suurta ylimäärää, sillä muuten reaktioseoksen pH-arvosta tulee liian alhainen. Kuten edellä on mainittu typpihapon määrä ei ylitä 5 paino-% ja se on edullisesti 0,1-3 % ja erityisesti 1-3 paino-% 8 70200 laskettuna HNO^:na ja perustuen käytettyyn arseenitrioksidin määrään. Tyypillisesti noin 20-60 litraa kaupallista typpihappoa voidaan käyttää tonnia kohti arseenitrioksidia.It is therefore preferred to use nitric acid in excess of the stoichiometric amount of iodine and iodide. However, from the foregoing, it can be judged that too much excess nitric acid should not be used, otherwise the pH of the reaction mixture will become too low. As mentioned above, the amount of nitric acid does not exceed 5% by weight and is preferably 0.1 to 3% and especially 1 to 3% by weight, calculated as HNO 2 and based on the amount of arsenic trioxide used. Typically, about 20 to 60 liters of commercial nitric acid can be used per ton of arsenic trioxide.

Tässä prosessissa käytetty typpihappo voidaan syöttää minkä tahansa sopivan vahvuisen typpihapon muodossa sen mukaisesti mitä on käytettävissä. Se voidaan esimerkiksi syöttää savuavana typpihappona, tavallisena kaupallisena typpihappona (vahvuus noin 62 paino-%) tai minä tahansa typpihappoliuoksena vain noin 1 %:n vahvuuteen (painosta) asti. On ainoastaan välttämätöntä muuttaa reaktoriin lisätyn veden määrää käytetyn typpihapon laimennuksen mukaisesti. Tämän prosessin erikoisetuna on, ettei tarvitse käyttää suuria määriä typpihappoa toisin kuin tavanomaisissa prosesseissa, jotka suoritetaan typpihappomenetelmällä ja joissa typpihappoa on käytettävä suunnilleen stökiometriset määrät arseenitrioksidin suhteen.The nitric acid used in this process may be fed in the form of any suitable strength nitric acid according to what is available. For example, it can be fed as fuming nitric acid, ordinary commercial nitric acid (strength about 62% by weight) or any nitric acid solution up to only about 1% strength (by weight). It is only necessary to change the amount of water added to the reactor according to the dilution of nitric acid used. A special advantage of this process is that it is not necessary to use large amounts of nitric acid, unlike in conventional processes carried out by the nitric acid method, in which approximately stoichiometric amounts of nitric acid have to be used with respect to arsenic trioxide.

Käytetty jodin tai jodiyhdisteen määrä ei ole yleensä kriittinen ja suhteessa arseenitrioksidin määrään se voi olla samanlainen kuin tavanomaisessa typpihappomenetelmässä käytetty määrä. On kuitenkin havaittu, että reaktion nopeutta ja tästä johtuen eksotermisyysastetta ja reaktion kestoaikaa voidaan helposti säätää ja hyvin tyydyttävästi käytetyn jodin tai jodiyhdisteen määrän avulla, koska osoittautuu, että yhtälön Ha esittämä reaktio on hitain reaktiokaavion kolmesta reaktiosta: pienemmillä jodin tai jodiyhdisteen määrillä reaktio edistyy hitaammin ja on vähemmän eksoterminen. Jodin tai jodiyhdisteen määrän ei tarvitse ylittää 0,1 paino-% laskettuna arseenitrioksidin painosta ja se voi olla niinkin pieni kuin 0,01 paino-%. 0,02-0,05 paino-%:n määrien laskettuna arseenitrioksidin painosta on havaittu olevan sopivia: tyypillisesti n. 0,3 kg kaliumjodidia tai n. 0,5 kg jodia voidaan käyttää tonnia kohti arseenitrioksidia.The amount of iodine or iodine compound used is generally not critical and may be similar to the amount used in a conventional nitric acid method relative to the amount of arsenic trioxide. However, it has been found that the reaction rate and hence the degree of exotherm and reaction time can be easily controlled and very satisfactorily by the amount of iodine or iodine compound used, as the reaction shown in Equation Ha proves to be the slowest of the three reactions in the reaction scheme: lower iodine or iodine is less exothermic. The amount of iodine or iodine compound need not exceed 0.1% by weight based on the weight of arsenic trioxide and may be as small as 0.01% by weight. Amounts of 0.02 to 0.05% by weight based on the weight of arsenic trioxide have been found to be suitable: typically about 0.3 kg of potassium iodide or about 0.5 kg of iodine per tonne of arsenic trioxide can be used.

9 70200 Tämän keksinnön mukainen prosessi suoritetaan suljetussa reaktorissa 3-10 baarin, edullisesti 4-8 baarin paineessa, ja erityisesti laskematta mitään pois reaktorista prosessin aikana, vaikka happea ja mahdollisesti muita reagensseja voidaan syöttää jaksottaisesti tai jatkuvasti. On havaittu, että tämä menetelmä tämän keksinnön prosessin suorittamiseksi tekee mahdolliseksi käyttää huomattavasti pienempiä määriä typpihappoa, jopa vain n. 1 paino-% laskettuna käytetyn arsee-nitrioksidin määrästä tai jopa vähemmän.The process according to the invention is carried out in a closed reactor at a pressure of 3 to 10 bar, preferably 4 to 8 bar, and in particular without discharging anything from the reactor during the process, although oxygen and possibly other reagents can be fed intermittently or continuously. It has been found that this process for carrying out the process of the present invention makes it possible to use considerably smaller amounts of nitric acid, even only about 1% by weight, based on the amount of arsenic trioxide used or even less.

Prosessi voidaan sopivasti suorittaa syöttämällä ensin ei-kaasumaiset reagenssit reaktoriin. Ilmaa tai edullisesti happea voidaan sitten syöttää haluttuun paineeseen valinnaisesti aluksi tuulettaen ilmakehän typen poistamiseksi, mikä auttaa parantamaan reaktionopeutta. Edullisesti happea ja muiden reagenssien nestemäistä seosta hämmennetään tai muulla tavoin sekoitetaan suljetussa astiassa, koska hyvä sekoitus lisää kaasun ja nesteen kosketusmäärää ja täten reaktionopeutta. Kaasun ja nesteen kosketusmäärää voidaan lisätä myös esimerkiksi käyttäen laajaa, matalaa astiaa, joka antaa suuren kaasun ja nesteen jakopinnan.The process may conveniently be carried out by first feeding non-gaseous reagents into the reactor. Air or, preferably, oxygen can then be supplied to the desired pressure, optionally initially with ventilation to remove nitrogen from the atmosphere, which helps to improve the reaction rate. Preferably, the oxygen and the liquid mixture of other reagents are stirred or otherwise mixed in a closed vessel, because good mixing increases the amount of gas-liquid contact and thus the reaction rate. The amount of gas-liquid contact can also be increased, for example, by using a wide, low vessel that provides a large gas-liquid interface.

Kuten yllä esitettiin happea käytetään paineen alaisena koska sillä on se etu, että se pakottaa enemmän happea liuokseen, ja myös koska yhtälön Ile osoittaman reaktiovaiheen on havaittu olevan erittäin riippuvainen paineesta.As discussed above, oxygen is used under pressure because it has the advantage of forcing more oxygen into solution, and also because the reaction step shown in Equation Ile has been found to be highly dependent on pressure.

10 7020010 70200

Reaktion edistyessä happea kuluu ja tästä johtuen paine reaktorissa laskee. Reaktio jatkuu niin kauan, kuin läsnä on riittävästi happea ja muita reagensseja, mutta reaktionopeus hidastuu paineen laskiessa. Tämän vuoksi on edullista syöttää happea reaktoriin jatkuvasti tai jaksottain koko prosessin kestoajan paineen pitämiseksi tai saattamiseksi takaisin haluttuun arvoon. Tämä voidaan tehdä automaattisesti esimerkiksi venttiilin avulla, joka avautuu laskien sisään happea aina, kun paine reaktorissa laskee tiettyyn ennalta määrättyyn arvoon tai säätämällä syötetyn hapen määrä sopimaan yhteen sen nopeuden kanssa, jolla sitä kulutetaan.As the reaction progresses, oxygen is consumed and, as a result, the pressure in the reactor decreases. The reaction continues as long as sufficient oxygen and other reagents are present, but the reaction rate slows as the pressure decreases. Therefore, it is preferable to feed oxygen to the reactor continuously or intermittently throughout the process to maintain or return the pressure to the desired value. This can be done automatically, for example, by means of a valve which opens by injecting oxygen whenever the pressure in the reactor drops to a predetermined value or by adjusting the amount of oxygen supplied to match the rate at which it is consumed.

Reaktiokaaviosta voidaan nähdä, että yksi mooli happea kuluu yhtä moolia kohti arseenitrioksidia. Näin ollen 1 tonni arsee- 7 nitrioksidia vaatii n. 1,2 x 10 litraa happea (mitattuna standardilämpötilassa ja paineessa), mikä vastaa noin 1400 litraa nestemäistä happea, vaikka happea on luonnollisesti ylimäärin läsnä reaktorissa.It can be seen from the reaction scheme that one mole of oxygen is consumed per mole of arsenic trioxide. Thus, 1 ton of arsenic nitric oxide requires about 1.2 x 10 liters of oxygen (measured at standard temperature and pressure), which corresponds to about 1400 liters of liquid oxygen, although naturally excess oxygen is naturally present in the reactor.

Prosessi on edullista suorittaa vähintään 80°C:n lämpötilassa, edullisesti vähintään 85°C:ssa ja korkeintaan 150°C:ssa, erityisesti lämpötilavälillä 95-150°C. On havaittu, että jos lämpötila on alunperin liian matala, reaktio saattaa olla vastahakoinen alkamaan ja että jos lämpötila on liian korkea, muut reaktiot estävät yllä olevien yhtälöiden Ha ja Ile esittämää reaktiokiertojaksoa tapahtumasta. Reaktioseos on edullista lämmittää aluksi 100-120°C:een, minkä jälkeen lämpötila kohoaa n. 140-150°C:een reaktion eksotermisyyden seurauksena. Reaktori on sitten edullista jäähdyttää niin, että lämpötila laskee takaisin 100-120°C:n lämpötilaan, jota voidaan sitten ylläpitää, kunnes reaktio päättyy. Yleensä reaktion eksoter-misyys on riittävä ylläpitämään tätä lämpötilaa, mutta lämmittäminen voi toisinaan olla tarpeen reaktion myöhemmissä vaiheissa.The process is preferably carried out at a temperature of at least 80 ° C, preferably at least 85 ° C and at most 150 ° C, especially in the temperature range 95-150 ° C. It has been found that if the temperature is initially too low, the reaction may be reluctant to begin, and that if the temperature is too high, other reactions prevent the reaction cycle shown by Equations Ha and Ile from occurring. It is preferred to initially heat the reaction mixture to 100-120 ° C, after which the temperature rises to about 140-150 ° C as a result of the exotherm of the reaction. It is then preferred to cool the reactor so that the temperature drops back to 100-120 ° C, which can then be maintained until the reaction is complete. In general, the exotherm of the reaction is sufficient to maintain this temperature, but heating may sometimes be necessary in the later stages of the reaction.

11 7020011 70200

Prosessin kuluessa reaktion edistymistä voidaan jossain määrin säätää vaihtelemalla painetta ja sekoitusastetta, koska osoittautuu, että hapen liukenemisnopeus on hidas nopeutta määräävä vaihe samoin kuin yhtälön Ha esittämä reaktiovaihe, jota selostettiin aiemmin. Eksotermisyysastetta voidaan säätää myös tällä tavoin prosessin kuluessa ja saattaa olla edullista sisällyttää laitteistoon termisesti ohjattu hapen syöttöventtiili paineohjatun venttiilin ohittamiseksi ja hapen syötön kuristamiseksi tai katkaisemiseksi, jos reaktioseoksen lämpötilan pitäisi saavuttaa tietty ennalta määrätty arvo, esimerkiksi 150°C ja sen jälkeen hapen syötön nostamiseksi tai aloittamiseksi uudelleen lämpötilan laskiessa.During the process, the progress of the reaction can be adjusted to some extent by varying the pressure and the degree of stirring, since the rate of oxygen dissolution turns out to be a slow rate-determining step as well as the reaction step shown in Equation Ha previously described. The degree of exotherm can also be adjusted in this way during the process, and it may be advantageous to include a thermally controlled oxygen supply valve to bypass the pressure controlled valve and restrict or shut off the oxygen supply if the reaction mixture temperature reaches a predetermined value, e.g. 150 ° C. again as the temperature drops.

Reaktion päättymistä osoittaa hapen kulutusnopeuden nopea kasvu, jota seuraa kulutuksen äkillinen loppuminen. Kulutusnopeuden nopeaa kasvua tapahtuu todennäköisesti, koska lopullinen reaktio on yhtälön Ile esittämä ja prosessin tässä vaiheessa yhtälön Ila esittämä hidas reaktio on päättynyt.Completion of the reaction is indicated by a rapid increase in the rate of oxygen consumption followed by a sudden cessation of consumption. A rapid increase in the rate of consumption is likely to occur because the final reaction is represented by Equation Ile and at this stage of the process the slow reaction represented by Equation IIa is complete.

Kun reaktio on mennyt loppuun, paine voidaan päästää pois ja tämä voidaan yleensä tehdä turvallisesti ilman ylikiehumisen vaaraa, koska reaktioseoksen lämpötila on normaalisti alle sen kiehumispisteen normaalipaineessa. Vapautettava kaasu on pääasiassa happea, mutta kun on käytetty katalyyttiä, joka sisältää typpihappoa, se sisältää jonkin verran typpioksideja ja tämän vuoksi olisi edullista laskea kaasu pesurin läpi, joka voi olla yksinkertaisesti täytetty torni, jonka läpi kaasu johdetaan alaspäin ja lasketaan ulkoilmaan samalla kun natrium-hydroksidiliuosta johdetaan läpi vastavirtaan. Vaaditun pesurin ja/tai poistoputken tyypin ja koon voivat sanella paikalliset terveys- ja turvallisuussäännökset, vaikka tulisi ottaa huomioon, että typpioksidien päästötasot ovat alhaiset.When the reaction is complete, the pressure can be released and this can generally be done safely without the risk of overboiling, since the temperature of the reaction mixture is normally below its boiling point at normal pressure. The gas to be released is mainly oxygen, but when a catalyst containing nitric acid is used, it contains some nitrogen oxides and it would therefore be advantageous to pass the gas through a scrubber, which may simply be a filled tower through which the gas is passed down and released into the air. the hydroxide solution is passed countercurrently. The type and size of scrubber and / or exhaust pipe required may be dictated by local health and safety regulations, although low levels of nitrogen oxide emissions should be considered.

Reaktorin sisältö on tässä vaiheessa etupäässä arseenihappoa ja vettä, vaikka siinä on myös pieni määrä typpihappoa ja jodia. Typpihappo voidaan poistaa lisäämällä pieni määrä arseeni-trioksidia ja/tai edullisesti puhaltamalla se pois antamalla 70200 ilman tai hapen kuplia seoksen läpi samalla, kun se pidetään n. 80-90°C:ssa. Jodi poistetaan yleensä samanaikaisesti, kuten voidaan nähdä reaktioseoksen värin muutoksesta riippuen siitä, onko värillisiä epäpuhtauksia läsnä. Joka tapauksessa, jodin läsnäolo tai puuttuminen voidaan helposti varmistaa yksinkertaisesti ravistelemalla näytettä kloroformin kanssa: jodin läsnäolo antaa sinisen värin.The content of the reactor at this stage is mainly arsenic acid and water, although it also contains a small amount of nitric acid and iodine. Nitric acid can be removed by adding a small amount of arsenic trioxide and / or preferably blowing it off by passing 70,200 air or oxygen bubbles through the mixture while maintaining it at about 80-90 ° C. Iodine is generally removed simultaneously, as can be seen from the change in color of the reaction mixture depending on the presence of colored impurities. In any case, the presence or absence of iodine can be easily confirmed simply by shaking the sample with chloroform: the presence of iodine gives a blue color.

Arseenihappo voidaan sitten suodattaa mahdollisen jäljelle jäävän ylimääräisen arseenitrioksidin ja mahdollisten muiden epäpuhtauksien poistamiseksi. Sen väkevyys voidaan todeta sen ominaispainosta ja se voidaan laimentaa vedellä vaadittuun vahvuuteen. Kokeet ovat osoittaneet, että saadun arseenihapon nitraattisisältö on yleensä alle n. 0,02 paino-%, vaikka sitä voidaan vähentää jopa enemmänkin puhaltamalla pitkään ilmaa tai happea seoksen läpi.The arsenic acid can then be filtered to remove any residual excess arsenic trioxide and any other impurities. Its concentration can be determined from its specific gravity and it can be diluted with water to the required strength. Experiments have shown that the nitrate content of the arsenic acid obtained is generally less than about 0.02% by weight, although it can be reduced even more by blowing air or oxygen through the mixture for a long time.

Tätä prosessia voidaan käyttää ei vain puhtaan arseenitrioksidin yhteydessä, vaan myös kaupallisen heikkolaatuisen arseenitrioksidin yhteydessä. Heikkolaatuisen lähtöaineen käyttö voi vaatia hieman suurempien katalyyttimäärien, esim. jodin ja typpihapon käyttöä kuin muuten olisi välttämätöntä ja se voi myös vaatia lähempänä 120°C kuin 100°C olevan reaktio-lämpötilan ja hieman pidemmän reaktion käyttöä, mutta heikkolaatuista materiaalia voidaan menestyksellisesti käyttää tässä prosessissa ilman edellä kuvattuja haittoja, joita pyrkii esiintymään, kun sitä käytetään tavanomaisessa typpihappopro-sessissa. Heikkolaatuisen materiaalin käyttö voi johtaa jonkinlaiseen jäännökseen saadussa arseenihapossa, mutta tämä voidaan yleensä suodattaa pois tai riippuen arseenihapon aiotusta käytöstä voidaan jopa jättää lopulliseen tuotteeseen. Vaihtoehtoisesti heikkolaatuinen materiaali voidaan aluksi puhdistaa esimerkiksi sekoittamalla veden ja typpihapon tai muun hapon (esim. kloorivetyhapon) kanssa riippuen läsnä olevan epäpuhtauden tyypeistä, ja lämmittämällä lyhyt aika ja sitten suodattamalla. Tämän jälkeen sen voidaan antaa reagoida samanlaisissa olosuhteissa kuin mitä puhtaalle lähtöaineelle käytettiin.This process can be used not only in the case of pure arsenic trioxide, but also in the case of commercially low-grade arsenic trioxide. The use of a poor quality starting material may require the use of slightly higher amounts of catalyst, e.g. iodine and nitric acid than would otherwise be necessary and may also require the use of a reaction temperature closer to 120 ° C than 100 ° C and a slightly longer reaction, but poor quality material can be used successfully in this process. without the disadvantages described above which tend to occur when used in a conventional nitric acid process. The use of a poor quality material can lead to some kind of residue in the resulting arsenic acid, but this can usually be filtered off or, depending on the intended use of the arsenic acid, may even be left in the final product. Alternatively, the poor quality material may be first purified, for example, by mixing with water and nitric acid or another acid (e.g. hydrochloric acid) depending on the type of impurity present, and heating for a short time and then filtering. It can then be reacted under conditions similar to those used for the pure starting material.

13 7020013 70200

Keksinnön mukaisella prosessilla on lukuisia etuja verrattuna tavanomaiseen prosessiin arseenihapon valmistamiseksi typpi-happomenetelmällä. Sellaiset ongelmat kuin ylikiehumiset, ulospuhallukset ja muut vaahtoamiseen liittyvät ongelmat vältetään oleellisesti silloinkin kun käytetään heikkolaatuisia lähtöaineita. Kalliin typpihapon talteenottolaitoksen tarpeesta päästään eroon, mistä seuraa säästöä sen natriumhydroksidi-määrässä, jota tarvitaan poistokaasujen pesuun.The process of the invention has numerous advantages over the conventional process for producing arsenic acid by the nitric acid process. Problems such as overboiling, blowouts and other foaming problems are substantially avoided even when low quality starting materials are used. The need for an expensive nitric acid recovery plant is eliminated, resulting in savings in the amount of sodium hydroxide needed to scrub the exhaust gases.

Lisäksi vältetään tarve käyttää suuria tilavuusmääriä typpihappoa, mistä on seurauksena taloudellista säästöä, säästöä varastotarpeissa ja terveys- ja turvallisuusriskien pienenemistä. Itse asiassa käytettäessä typpihappo/jodikatalyyttiä, tässä prosessissa käytetty typpihapon kokonaismäärä (n. 7,5 kg tonnia kohti arseenitrioksidia) on oleellisesti pienempi kuin tavanomaisessa prosessissa menetetty typpihapon määrä (konversiolla dityppioksidiksi ja muilla tavoin) (joka voi nousta noin 10 %:iin koko käytetystä määrästä, mikä vastaa noin 80 kg:n häviötä tonnia kohti arseenihappoa). Näin ollen ei vain vältetä suurten typpihappomäärien käytön tarvetta, vaan myös typpihapon kokonaisnettokulutus pienenee huomattavasti. Netto-kulutusta voidaan haluttaessa vähentää vielä enemmän sisällyttämällä laitteistoon pieni typpihapon talteenottolaite arseeni-haposta typen oksideina pois puhalletun jäännöstyppihapon tal-teenottamiseksi, mutta mahdollisen tällaisen laitteen tarvitsee luonnollisesti olla paljon pienemmässä mittakaavassa kuin tavanomaisessa prosessissa käytetty. (Tässä suhteessa on aiheellista huomauttaa, että Yhdistyneen Kuningaskunnan säännösten mukaan tavanomainen prosessi on rekisteröitävissä sekä arseenihapon valmistusprosessina että typpihapon valmistusprosessina, kun taas keksinnön mukaista prosessia ei tarvitse rekisteröidä typpihapon valmistusprosessina silloinkaan, kun siihen liittyy pieni typpihapon talteenottolaite).In addition, the need to use large volumes of nitric acid is avoided, resulting in economic savings, savings in storage needs and reduced health and safety risks. In fact, when a nitric acid / iodine catalyst is used, the total amount of nitric acid used in this process (about 7.5 kg per tonne of arsenic trioxide) is substantially less than the amount of nitric acid lost in the conventional process (by conversion to nitrous oxide and otherwise) (which can increase to about 10% of total consumption). corresponding to a loss of about 80 kg per tonne of arsenic acid). Thus, not only is the need to use large amounts of nitric acid avoided, but the total net consumption of nitric acid is also significantly reduced. If desired, the net consumption can be further reduced by incorporating a small nitric acid recovery device in the equipment to recover the residual nitric acid blown out of the arsenic acid as nitrogen oxides, but any such device naturally needs to be on a much smaller scale than used in a conventional process. (In this respect, it is pertinent to note that under UK law, a conventional process can be registered as both an arsenic acid production process and a nitric acid production process, whereas a process according to the invention does not need to be registered as a nitric acid production process even with a small nitric acid recovery plant).

7020070200

Keksinnön mukaista prosessia kuvataan tarkemmin seuraavien esimerkkien avulla:The process according to the invention is described in more detail by means of the following examples:

Esimerkki 1 500 g arseenitrioksidia (melko puhdasta), 325 ml vettä, 4 ml savuavaa typpihappoa (tiheys 1,5 g/ml) ja 150 mg kaliumjodidia panostettiin paineastiaan. Happea syötettiin sitten n. 3,5 baarin paineella, astia tuuletettiin ilmakehän typen poistamiseksi suurimmaksi osaksi ja happea syötettiin jälleen n. 6,9 baarin paineeseen. Reaktioseos lämmitettiin sitten hitaasti n. 100°C:een sekoittaen, mikä aiheutti paineen nousun n. 8,6 baariin. Noin lOO°C:ssa reaktio lähti liikkeelle ja reaktio-seoksen lämpötila kohosi n. 145°C:een reaktion eksotermisen luonteen tuloksena samalla, kun paine laski hapen kulutuksen seurauksena. Lisää happea syötettiin joka kerta, kun paine laski n. 6,9 baariin, paineen saattamiseksi takaisin noin 8,6 baariin ja ensimmäisen eksotermisen nousun jälkeen lämpötila pidettiin n. 100°C:ssa tarpeellisella jäähdytyksellä. Reaktion päättymistä osoitti äkillinen hapen kulutuksen loppuminen noin 1 tunnin kuluttua.Example 1 500 g of arsenic trioxide (fairly pure), 325 ml of water, 4 ml of fuming nitric acid (density 1.5 g / ml) and 150 mg of potassium iodide were charged to a pressure vessel. Oxygen was then supplied at a pressure of about 3.5 bar, the vessel was vented to remove most of the atmospheric nitrogen, and oxygen was again supplied at a pressure of about 6.9 bar. The reaction mixture was then slowly heated to about 100 ° C with stirring, causing the pressure to rise to about 8.6 bar. At about 100 ° C, the reaction started and the temperature of the reaction mixture rose to about 145 ° C as a result of the exothermic nature of the reaction, while the pressure decreased due to oxygen consumption. Additional oxygen was fed each time the pressure dropped to about 6.9 bar, to bring the pressure back to about 8.6 bar, and after the first exothermic rise, the temperature was maintained at about 100 ° C with the necessary cooling. Completion of the reaction was indicated by a sudden cessation of oxygen consumption after about 1 hour.

Astiasta laskettiin sitten kaasut ulos pesurin läpi (johtuen pienistä määristä happeen sekoittuneita typen oksideja). Vaah-toamista ei havaittu tyhjennyksen aikana. Pieni määrä arseenitrioksidia lisättiin sitten reaktioseokseen ja ilmaa puhallettiin sen läpi noin tunnin ajan samalla, kun lämpötila pidettiin n. 70-80°C:ssa pienen typpimäärän poistamiseksi. Alkuperäinen kaliumjodidi, joka oli nyt läsnä jodina, poistettiin myös tämän menettelyn aikana, mikä ilmeni tuotteen värin vaihtumisena vaalean keltaruskeasta värittömäksi. Jonkin verran vettä menetettiin myös tämän menettelyn aikana. Tuote suodatettiin sitten arseenitrioksidin pienen ylimäärän poistamiseksi.The vessel was then vented through a scrubber (due to small amounts of oxygen-mixed nitrogen oxides). No foaming was observed during draining. A small amount of arsenic trioxide was then added to the reaction mixture and air was blown through it for about an hour while maintaining the temperature at about 70-80 ° C to remove a small amount of nitrogen. The original potassium iodide, now present as iodine, was also removed during this procedure, which manifested itself as a change in color of the product from light tan to colorless. Some water was also lost during this procedure. The product was then filtered to remove a small excess of arsenic trioxide.

Tuote oli arseenihappoa, jonka väkevyys oli n. 83-85 paino-% ja ominaispaino 2,0-2,14. Vettä lisättiin arseenihapon laimentamiseksi 80 paino-%:n vahvuuteen. Saatiin n. 820 g:n 15 70200 saalis 80 %:sta arseenihappoa. Tämä vastaa noin 91,5 g:n saalista teoreettisesta saaliista.The product was arsenic acid with a concentration of about 83-85% by weight and a specific gravity of 2.0-2.14. Water was added to dilute arsenic acid to 80% by weight. A yield of about 820 g was obtained from 80% arsenic acid. This corresponds to a catch of about 91.5 g of the theoretical catch.

Nitraattikoe, joka perustui a-naftyyliamiinin värireaktioon, osoitti arseenihapon nitraattipitoisuuden olevan alle 0,02 paino-%.A nitrate experiment based on the color reaction of α-naphthylamine showed a nitrate content of arsenic acid of less than 0.02% by weight.

Esimerkki 2 200 g kaupallisesti saatavaa arseenitrioksidia (epäpuhtauksiksi ilmoitettu Fe 0,5 %, Pb 0,5 %, Cu 0,5 %, Sb 1-1,5 %, yhteensä 2,5-3% tai 3,5-4% olettaen, että epäpuhtaudet ovat läsnä oksideina; väriltään tummahkon harmaa verrattuna valkoiseen, puhtaaseen arseenitrioksidiin, mutta tiheydeltään ja hiukkaskooltaan samantapainen kuin puhdas näyte), 130 ml vettä, 3-4 ml savuavaa typpihappoa (ks. esimerkki 1) ja 50 mg kaliumjodidia panostettiin paineastiaan.Example 2 200 g of commercially available arsenic trioxide (reported as impurities Fe 0.5%, Pb 0.5%, Cu 0.5%, Sb 1-1.5%, total 2.5-3% or 3.5-4% assuming that the impurities are present as oxides, dark gray in color compared to white, pure arsenic trioxide, but similar in density and particle size to the pure sample), 130 ml of water, 3-4 ml of fuming nitric acid (see Example 1) and 50 mg of potassium iodide were charged.

Noudatettiin esimerkin 1 menettelyä niillä muutoksilla, että lämpötilaa pidettiin n. 120°C:ssa 100° C:n sijasta ja että paineen annettiin vaihdella välillä n. 6,9-11,0 baarin alueen 6,9-8,6 baarin sijasta.The procedure of Example 1 was followed with the changes that the temperature was maintained at about 120 ° C instead of 100 ° C and that the pressure was allowed to vary between about 6.9-11.0 bar instead of 6.9-8.6 bar.

Vahvuudeltaan 80 paino-%:sta arseenihappoa saatiin noin 4 tunnin reaktioajan jälkeen. Tuotetta peitti hieno musta karsta ja se jätti myös harmaanmustan jäännöksen reaktorin pohjalle. Musta kuona vajosi pohjaan vedessä ja sen väri antoi olettaa sen voivan olla alkuainearseenia tai -antimonia, mikä varmistettiin myöhemmällä analyysillä. Epäpuhtauksien kokonaispaino vastasi n. 3-4 paino-% laskettuna arseenitrioksidista.Arsenic acid with a strength of 80% by weight was obtained after a reaction time of about 4 hours. The product was covered with fine black scum and also left a gray-black residue on the bottom of the reactor. The black slag sank to the bottom in the water and its color suggested that it could be elemental arsenic or antimony, which was confirmed by subsequent analysis. The total weight of the impurities corresponded to about 3-4% by weight based on arsenic trioxide.

Tämä esimerkki osoittaa, että tämä prosessi toimii aivan tyydyttävästi epäpuhtaalla kaupallisesti saatavalla arseenitriok-sidilla, vaikka katalyytin määrää on ehkä nostettava hieman verrattuna määrään, joka on tarpeen vastaavalle määrälle melko puhdasta arseenitrioksidia. (Muut kokeet osoittivat, että yllä annetut typpihapon ja kaliumjodidin määrät olivat minimimääriä, jotka tarvittiin antamaan tyydyttävä reaktio tällä nimenomaisella arseenitrioksidin näytteellä ja että jommankumman 16 70200 tai molempien näiden reagenssien määrän pienentäminen tuotti vain hitaan reaktion tai ei lainkaan reaktiota. Arvellaan, että arseenitrioksidissa olevat epäpuhtaudet häiritsevät jodi/typpihapon kaksoiskatalyyttistä kiertojaksoa).This example shows that this process works quite satisfactorily with impure commercially available arsenic trioxide, although the amount of catalyst may need to be slightly increased compared to the amount required for a corresponding amount of fairly pure arsenic trioxide. (Other experiments showed that the amounts of nitric acid and potassium iodide given above were the minimum amounts required to give a satisfactory reaction with this particular arsenic trioxide sample and that reduction of either 70 70200 or both of these reagents produced only a slow reaction or no reaction at all. interfering with the iodine / nitric acid double-catalytic cycle).

Esimerkki 3 200 g esimerkissä 2 käytetyn tyyppistä kaupallisesti saatavaa arseenitrioksidia puhdistettiin seuraavalla tavalla; lisättiin tarpeeksi vettä ohuen lietteen muodostamiseksi, minkä jälkeen lisättiin 3 ml savuavaa typpihappoa, jonka jälkeen seos lämmitettiin 70°C:een 30 minuutiksi, suodatettiin, pestiin vedellä jäännösnitraattien poistamiseksi ja lopuksi suodatettiin jälleen.Example 3 200 g of commercially available arsenic trioxide of the type used in Example 2 was purified as follows; enough water was added to form a thin slurry, then 3 mL of fuming nitric acid was added, after which the mixture was heated to 70 ° C for 30 minutes, filtered, washed with water to remove residual nitrates, and finally filtered again.

Esimerkin 2 menettely toistettiin käyttäen näin puhdistettua arseenitrioksidia paitsi, että vain noin 100°C:n lämpötilan havaittiin olevan riittävän.The procedure of Example 2 was repeated using arsenic trioxide thus purified except that only a temperature of about 100 ° C was found to be sufficient.

80 paino-%:sta arseenihappoa saatiin vain 1-2 tunnin reaktio-ajan jälkeen. Saatiin pieni määrä hyvin hienoa mustaa jäännöstä, mutta se edusti alle 0,01 % arseenitrioksidista ja alle 0,006 % arseenihaposta eikä sitä tarvitse erottaa pois määrättyihin arseenihapon käyttöihin.80% by weight of arsenic acid was obtained only after a reaction time of 1-2 hours. A small amount of a very fine black residue was obtained, but represented less than 0.01% of arsenic trioxide and less than 0.006% of arsenic acid and does not need to be separated for certain uses of arsenic acid.

Tämä esimerkki osoittaa, että alussa suoritettu epäpuhtaan ar-seenitrioksidin yksinkertainen puhdistus tekee mahdolliseksi reaktion edistymisen paljon nopeammin ja helpommin samantapaisin tuloksin kuin saatiin käytettäessä melko puhdasta arseenitrioksidia. (Muut kokeet osoittivat, että katalyytin määrää voitiin laskea tässä tapauksessa).This example shows that the simple purification of the impure arsenic trioxide carried out at the beginning makes it possible to proceed the reaction much faster and more easily with similar results to those obtained with fairly pure arsenic trioxide. (Other experiments showed that the amount of catalyst could be calculated in this case).

Esimerkki 4 Käyttäen liitteenä olevassa piirroksessa kaavamaisesti esitettyä laitetta 5000 osaa arseenitrioksidia, 1,6 osaa kaliumjodi-dia (tai 2,5 osaa jodia) ja 3000 osaa vettä sekoitettiin lietteeksi esisekoitussäiliössä 10, joka on varustettu sekoitti-mella 12, kiinteiden aineiden syöttöaukolla 14 ja veden syöttö-aukolla 16. Liete siirretään sitten putken 18 kautta vaipalla 70200 varustettuun painereaktoriin 20, jonka kapasiteetti on 8000 litraa. Siirto suoritetaan vetämällä kaasun poistoputki 22 tyhjöön venttiilit 24, 25 ja 26 suljettuina ja venttiilit 28 ja 30 avoinna. Reaktorin 20 sisältö lämmitetään sitten reaktorin vaipan kautta noin 85°C:een samalla, kun sitä sekoitetaan sekoittimen 32 avulla. Venttiili 26 avoinna ja venttiilit 24, 25, 28 ja 30 suljettuina happea syötetään reaktoriin putken 33 läpi, kunnes reaktorin sisällä vallitsee n. 1,4 baarin paine. 62 %:sta typpihappoa lisätään sitten putken 35 läpi venttiili 25 avoinna ja lisää happea syötetään n. 8,3 baarin paineeseen. Reaktio käynnistyy ja sen annetaan edistyä 2,5-6 tuntia samalla, kun paine pidetään välillä n. 4,1-8,3 baaria lisäämällä enemmän happea jaksottaisesti tai jatkuvasti, mutta muuten pitäen kaikki viisi venttiiliä 24, 25, 26, 28 ja 30 suljettuna ja ylläpitäen samalla 100-150°C:n lämpötilaa reaktorissa kierrättämällä jäähdytysvettä reaktorivaipan läpi. Reaktion päätyttyä paine reaktorissa 20 vapautetaan avaamalla venttiili 24, mikä panee kaasut virtaamaan putken 34 läpi emäs-pesurin 36 läpi ylöspäin typen oksidien neutraloimiseksi ja sitten putken 38 kautta poistoputkeen (ei esitetty), josta ne päästetään ulkoilmaan. Tällä välin ilmaa puhalletaan reaktoriin 20 putken 44 ja venttiilin 46 kautta ja sen nestesisällön läpi jäännöstyppihapon poistamiseksi samalla, kun reaktoria lämmitetään johtamalla höyryä sen vaipan läpi. Lopuksi reaktorin nes-tesisältö, nimittäin arseenihappo ja vesi jäähdytetään johtamalla vettä reaktorin vaipan läpi ja se päästetään sitten ulos putken 40 kautta avaamalla venttiili 42.Example 4 Using the apparatus schematically shown in the accompanying drawing, 5,000 parts of arsenic trioxide, 1.6 parts of potassium iodide (or 2.5 parts of iodine) and 3,000 parts of water were mixed into a slurry in a premix tank 10 equipped with a mixer 12, a solids inlet 14 and with a water supply port 16. The slurry is then transferred via line 18 to a pressure reactor 20 with a jacket 70200 and a capacity of 8000 liters. The transfer is performed by pulling the gas outlet pipe 22 under vacuum with valves 24, 25 and 26 closed and valves 28 and 30 open. The contents of the reactor 20 are then heated through the reactor jacket to about 85 ° C while being stirred by the stirrer 32. With valve 26 open and valves 24, 25, 28 and 30 closed, oxygen is fed to the reactor through line 33 until a pressure of about 1.4 bar prevails inside the reactor. 62% nitric acid is then added through line 35 with valve 25 open and more oxygen is supplied at a pressure of about 8.3 bar. The reaction starts and is allowed to proceed for 2.5-6 hours while maintaining the pressure between about 4.1-8.3 bar by adding more oxygen intermittently or continuously, but otherwise keeping all five valves 24, 25, 26, 28 and 30 closed while maintaining a temperature of 100-150 ° C in the reactor by circulating cooling water through the reactor jacket. Upon completion of the reaction, the pressure in the reactor 20 is released by opening the valve 24, which causes the gases to flow through the tube 34 through the base scrubber 36 upward to neutralize the nitrogen oxides and then through the tube 38 to an exhaust pipe (not shown). Meanwhile, air is blown into the reactor 20 through the tube 44 and the valve 46 and through its liquid content to remove residual nitric acid while heating the reactor by passing steam through its jacket. Finally, the liquid content of the reactor, namely arsenic acid and water, is cooled by passing water through the reactor jacket and then discharged through line 40 by opening valve 42.

Claims (6)

7020070200 1. Menetelmä arseenihapon valmistamiseksi saattamalla arseeni-trioksidi reagoimaan veden ja hapen kanssa suljetussa reaktorissa korotetussa lämpötilassa katalyytin läsnäollessa, tunnettu siitä, että katalyytti koostuu typpihaposta yhdessä jodin tai jodiyhdisteen kanssa, että typpihapon määrä ei ylitä 5 paino-% laskettuna HNO^ina ja perustuen arseeni-trioksidin painoon ja että reaktio suoritetaan 3-10 baarin paineessa.Process for the preparation of arsenic acid by reacting arsenic trioxide with water and oxygen in a closed reactor at elevated temperature in the presence of a catalyst, characterized in that the catalyst consists of nitric acid together with iodine or iodine compound, nitric acid not exceeding 5% by weight based on HNO trioxide and that the reaction is carried out at a pressure of 3 to 10 bar. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että typpihapon määrä on 0,1-3 paino-% ja erityisesti 1-3 paino-%.Process according to Claim 1, characterized in that the amount of nitric acid is 0.1 to 3% by weight and in particular 1 to 3% by weight. 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että typpihappoa käytetään määrä, joka ylittää 0,5 moolia gramma-atomia kohden jodissa tai jodiyhdisteessä olevaa jodia.Process according to Claim 1 or 2, characterized in that nitric acid is used in an amount which exceeds 0.5 moles per gram atom of iodine in the iodine or iodine compound. 4. Minkä tahansa patenttivaatimuksista 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jodia tai jodiyhdistettä käytetään 0,01-0,1 paino-%:n ja edullisesti 0,02-0,05 paino-%:n määrä laskettuna arseenitrioksidin painosta.Process according to any one of Claims 1 to 3, characterized in that iodine or an iodine compound is used in an amount of 0.01 to 0.1% by weight and preferably 0.02 to 0.05% by weight, based on the weight of arsenic trioxide. 5. Minkä tahansa patenttivaatimuksista 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että reaktio suoritetaan 4-8 baarin paineessa.Process according to any one of Claims 1 to 4, characterized in that the reaction is carried out at a pressure of 4 to 8 bar. 6. Minkä tahansa patenttivaatimuksista 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että reaktio suoritetaan vähintään 80°C:n lämpötilassa, edullisesti vähintään 85°C:ssa, erityisesti välillä 95-150°C.Process according to any one of Claims 1 to 5, characterized in that the reaction is carried out at a temperature of at least 80 ° C, preferably at least 85 ° C, in particular between 95 and 150 ° C.
FI824418A 1981-12-23 1982-12-22 FRAMSTAELLNING AV ARSENSYRA FI70200C (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB08138742A GB2113194B (en) 1981-12-23 1981-12-23 Manufacture of arsenic acid
GB8138742 1981-12-23

Publications (4)

Publication Number Publication Date
FI824418A0 FI824418A0 (en) 1982-12-22
FI824418L FI824418L (en) 1983-06-24
FI70200B true FI70200B (en) 1986-02-28
FI70200C FI70200C (en) 1986-09-15

Family

ID=10526806

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI824418A FI70200C (en) 1981-12-23 1982-12-22 FRAMSTAELLNING AV ARSENSYRA

Country Status (9)

Country Link
AU (1) AU552445B2 (en)
FI (1) FI70200C (en)
GB (1) GB2113194B (en)
MY (1) MY8600415A (en)
NO (1) NO159786C (en)
NZ (1) NZ202760A (en)
SE (1) SE460965B (en)
SG (1) SG95085G (en)
ZA (1) ZA829186B (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB8333042D0 (en) * 1983-12-10 1984-01-18 Laporte Industries Ltd Arsenic acid
AU581634B2 (en) * 1985-08-28 1989-03-02 Interox Chemicals Limited Manufacture of arsenic acid
CN102267720A (en) * 2010-06-07 2011-12-07 云南锡业集团(控股)有限责任公司 Method for synthesizing arsenic acid under oxygen tension

Also Published As

Publication number Publication date
FI70200C (en) 1986-09-15
SE460965B (en) 1989-12-11
NO159786B (en) 1988-10-31
NZ202760A (en) 1985-12-13
ZA829186B (en) 1983-09-28
FI824418A0 (en) 1982-12-22
GB2113194B (en) 1985-09-11
AU9174082A (en) 1983-06-30
SG95085G (en) 1986-07-25
FI824418L (en) 1983-06-24
NO159786C (en) 1989-02-08
MY8600415A (en) 1986-12-31
AU552445B2 (en) 1986-05-29
SE8207123D0 (en) 1982-12-13
NO824330L (en) 1983-06-24
SE8207123L (en) 1983-06-24
GB2113194A (en) 1983-08-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4443415A (en) Recovery of V2 O5 and nickel values from petroleum coke
EP3397602B1 (en) Oxidation process for producing potassium thiosulfate
PT2160480E (en) Cyanide process for precious metal recovery from a sulphide ore or concentrate or other sulphur containing feed material
US8454929B2 (en) Continuous process for preparation of calcium thiosulfate liquid solution
CA2722494C (en) A method for catalytic oxidation of refractory gold concentrate with high contents of sulfur and arsenic under ordinary pressure
FI70200B (en) FRAMSTAELLNING AV ARSENSYRA
CN111533097A (en) Yellow phosphorus oxidation dearsenification method
US4137296A (en) Production of chlorine dioxide
WO1994024051A1 (en) Process for separating arsenic acid from an aqueous mixture comprising sulfuric and arsenic acids
US6036937A (en) Method for producing zinc bromide
GB2118533A (en) Process for purifying molybdenite concentrates
CA1245459A (en) Sulfide as a hypochlorite kill agent
US5310533A (en) Production of copper compounds
US5433938A (en) Chlorine-destruct method
CA2708245A1 (en) Process for digesting molybdenum oxide concentrates
AU560370B2 (en) A method for producing selenium salts
EP0008510B1 (en) Preparing o-chloranil by oxidising tetrachlorocatechol
US2734798A (en) Manufacture of hydrogen peroxide
CA1195511A (en) Separation of cobalt from nickel
EP0065608B1 (en) Process for preparing manganese nitrate solution
US4008306A (en) Method of recovering manganese values from a mixture obtained by catalytically oxidizing a paraffin with gaseous oxygen
EP0110848B1 (en) A method for producing water-purifying chemicals
JPH07300302A (en) Production of chlorine dioxide
CN1061011A (en) Method for preparing ferric trichloride by non-oxychlorination method
CN103232071A (en) Method for preparing high-purity manganese sulfate

Legal Events

Date Code Title Description
MA Patent expired

Owner name: RENTOKIL LIMITED