PL203043B1 - Sposób otrzymywania fosforanu (V) cynku do produkcji farb i lakierów - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania fosforanu(V) cynku (ortofosforanu cynku), będącego mieszaniną trzech związków o wzorach: Zn₃(PO₄)₂, Zn₃(PO₄)₂-2H₂O, Zn₃(PO₄)₂-4H₂O, spełniającego wymagania norm dotyczących jakości i metod badań pigmentu antykorozyjnego stosowanego do produkcji farb i lakierów.

W literaturze jest opisanych wiele sposobów otrzymywania fosforanu(V) cynku polegających na reakcji jonów cynkowych (Zn²⁺) z jonami fosforanowymi (PO4^3-) w obecności reagentów stabilizujących pH na wymaganym poziomie. Produktem jest czterowodny hydrat, który w trakcie suszenia wraz ze wzrostem temperatury ulega odwodnieniu, tworząc najpierw hydrat dwuwodny, a następnie sól bezwodną. Zarówno bezwodny fosforan(V) cynku jak i jego hydraty mają postać białych krystalicznych proszków, znajdujących zastosowanie jako pigmenty i antypireny.

Fosforany przeznaczone do produkcji farb muszą spełniać wymagania normy ISO 6745. Najważniejsze z tych wymagań przedstawiono w poniższym zestawieniu.

	typ 1	typ 2	typ 3
straty prażenia w 600°C w %	8,5-10,0	10,0-13,0	13,0-16,0
zawartość Zn w %	50,5-52,0
zawartość PO4 3- w %	47-49
oporność właściwa wyciągu wodnego w Ω·τ	65
pH wyciągu wodnego	6,0-8,0
gęstość w g/cm3	3,0-3,6
wielkość ziarna	nadziarno na sicie 0 45 μτ < 0,5%

Wyprodukowanie produktu spełniającego te wymagania jest trudne i nie wszystkie metody nadają się do tego celu.

Kariakin i Angiełov w poradniku „Czyste substancje z 1974 roku przedstawiają sposób otrzymywania fosforanu(V) cynku polegający na działaniu na roztwór chlorku cynku nadmiarem fosforanu(V) dwusodowego, zgodnie z reakcją:

2ZnCI₂ + 4Na₂HPO₄ >Zn₃(PO₄)₂ + 6NaCI + 2NaH₂PO₄

Otrzymany osad w celu oczyszczenia i ujednorodnienia należy po odfiltrowaniu rozpuścić w kwasie octowym i odparować do sucha. Sposób ten z uwagi na konieczność stosowania dwukrotnego nadmiaru jonów fosforanowych oraz trudną i energochłonną operację rozkładu kwasu octowego nie nadaje się do stosowania w skali przemysłowej.

Inny sposób znany z polskiego opisu patentowego nr 192 005 polega na wytworzeniu ortofosforanu(V) dwusodowego przez neutralizację kwasu fosforowego(V) węglanem sodowym, a następnie wytrąceniu Zn3(PO4)2 przez dodanie rozpuszczalnej soli cynkowej i wodorotlenku sodu. Proces strącania odbywa się w dwóch etapach: najpierw jako strącanie zasadnicze w temperaturze 40-45°C przy pH 1-2, a następnie strącanie całkowite przez neutralizację zawiesiny roztworem wodorotlenku sodu do pH 5-5,6.

Otrzymany osad filtruje się i przemywa nadmiarową ilością wody demineralizowanej, stosując przedmuchiwanie osadu sprężonym powietrzem. Odfiltrowany i przemyty osad suszy się i domiela do wymaganej granulacji.

Wadami tego sposobu są wysokie zużycie wody demineralizowanej, koniecznej do dokładnego odmycia osadu od rozpuszczalnych w wodzie soli, oraz konieczność domielania wysuszonego produktu.

Znany jest również z praktyki przemysłowej sposób polegający na wprowadzeniu do roztworu kwasu fosforowego(V) stechiometrycznej ilości tlenku cynku, a następnie odparowaniu do sucha uzyskanej zawiesiny za pomocą suszarki rozpyłowej i domieleniu uzyskanego osadu.

Wadami tego sposobu są wysokie zużycie energii potrzebnej do zasilania suszarki rozpyłowej oraz brak możliwości usuwania z osadu związków rozpuszczalnych w wodzie.

Sposób według wynalazku nie ma wad przedstawionych metod. Sposób ten polega na tym, że do roztworu rozpuszczalnej soli cynkowej, korzystnie ZnCl2, zakwaszonego kwasem mineralnym, koPL 203 043 B1 rzystnie kwasem chlorowodorowym w proporcji 0,2-0,3 mola HCI na 1 mol Zn, dodaje się przy ciągłym mieszaniu, podgrzanego do 70°C stężonego roztworu fosforanu(V) trójsodowego (Na₃PO₄-12H₂O) do momentu ustabilizowania się pH mieszaniny w granicach 3-4 korzystnie 3,6. Taki sposób prowadzenia wytrącania zapewnia maksymalne wykorzystanie reagentów - stopień przereagowania przekracza 99%. Z podgrzanej w wyniku egzotermicznej reakcji do około 90°C mieszaniny reakcyjnej wydziela się przez filtrację lub sedymentację i dekantację osad, który następnie poddaje się repulpacji rozcieńczonym roztworem wody amoniakalnej, zawierającym od 0,1 do 2,5% NH3 korzystnie 0,5%. Do repulpacji osadu można również użyć wodnej zawiesiny tlenku cynku, zawierającej od 0,1-0,3% ZnO. Repulpację przy użyciu zawiesiny ZnO należy prowadzić w temperaturze podwyższonej, korzystnie do około 90°C. W obu odmianach repulpacji do sporządzania roztworu myjącego można stosować wodę wodociągową. Zaletą takiego sposobu postępowania jest znaczące zmniejszenie zużycia wody demineralizowanej potrzebnej do dokładnego odmycia osadu.

Po repulpacji osad poddaje się powtórnej filtracji i przemywa na filtrze wodą demineralizowaną do momentu obniżenia się przewodnictwa właściwego przesączu poniżej 150 μS/cm, korzystnie do 40 μS/cm.

Odmyty osad suszy się następnie w warunkach ciągłego mieszania, co zapobiega zbrylaniu i spiekaniu oraz eliminuje konieczność domielania produktu. Suszenie należy prowadzić w zakresie temperatur 105-180°C, korzystnie w 140°C.

Wytworzony w taki sposób fosforan(V) cynku spełnia wszystkie wymagania norm i może być stosowany jako pigment do produkcji farb i lakierów, może być również stosowany jako antypiren do wyrobów gumowych i z tworzyw sztucznych. Sposób według wynalazku objaśniony jest bliżej na poniższych przykładach.

P r z y k ł a d 1

Do 240 dm³ 45% roztworu chlorku cynku o gęstości 1,5 g/cm³ dodano 27 dm³ 35% kwasu chlorowodorowego, a następnie porcjami przy ciągłym mieszaniu dodano 850 dm³ roztworu otrzymanego przez rozpuszczenie w wodzie 300 kg Na₃PO₄-12H₂O, podgrzanego żywą parą do 70°C. PH mieszaniny reakcyjnej ustaliło się na poziomie 3,8, a temperatura wzrosła do 90°C. Wytrącony osad oddzielono od roztworu przez sedymentację i dekantację, a następnie dolano do niego 2 m³ 0,5% wody amoniakalnej. Całość intensywnie mieszano przez 15 minut, a następnie osad odwirowano i przemywano na wirówce wodą demineralizowaną do momentu uzyskania filtratu o przewodnictwie właściwym 50 μS/cm. Przemyty osad wysuszono w 140°C w suszarce komorowej, ogrzewanej przeponowo, wyposażonej w mieszadło suszonego materiału. Otrzymano 152 kg fosforanu(V) cynku spełniającego wymagania normy.

P r z y k ł a d 2

Do 250 dm³ roztworu będącego mieszaniną chlorku cynku i siarczanu(VI) cynku, o stężeniu cynku 300 g/dm³ dodano 27 dm³ 35% kwasu chlorowodorowego, a następnie porcjami przy ciągłym mieszaniu dodano 850 dm³ roztworu otrzymanego przez rozpuszczenie w wodzie 300 kg Na₃PO₄-12H₂O, podgrzanego żywą parą do 70°C. PH mieszaniny reakcyjnej ustaliło się na poziomie 3,6, a temperatura wzrosła do 90°C. Wytrącony osad odwirowano, a następnie przy ciągłym mieszaniu wprowadzano do zawiesiny składającej się z 4 kg bieli cynkowej (ZnO) i 3 m³ wody wodociągowej. Całość podgrzewano żywą parą do temperatury 90°C, a następnie przefiltrowano na nuczy próżniowej. Osad przemywano na nuczy wodą demineralizowaną do momentu uzyskania filtratu o przewodnictwie właściwym 40 μS/cm. Przemyty osad wysuszono w 140°C w suszarce komorowej ogrzewanej przeponowo, wyposażonej w mieszadło suszonego materiału.

Otrzymano 153 kg fosforanu(V) cynku spełniającego wymagania normy.

Claims (3)

1. Sposób otrzymywania fosforanu(V) cynku do produkcji farb i lakierów przez reakcję między rozpuszczalną solą cynkową a rozpuszczalną solą fosforanową, filtrację, przemywanie wodą i suszenie, znamienny tym, że wytrącanie fosforanu(V) cynku prowadzi się z roztworu rozpuszczalnej soli cynkowej, zakwaszonego kwasem mineralnym, korzystnie kwasem chlorowodorowym w proporcjach 0,2-0,3 mola HCI na 1 mol Zn, przez dodanie podgrzanego do 70°C stężonego roztworu fosforanu(V) trójsodowego w ilości zapewniającej osiągnięcie końcowego pH granicach 3-4, korzystnie 3,6, po czym wytrącony osad fosforanu(V) cynku oddziela się od roztworu przez filtrację lub sedymentację i dekantację, następnie repulpuje się go, filtruje i przemywa na filtrze wodą aż do uzyskania obniżone4

PL 203 043 B1 go przewodnictwa właściwego przesączu nie przekraczającego 150 μS/cm, korzystnie do 40 μS/cm, a następnie suszy w temperaturze 105-180°C, korzystnie w 140°C.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wytrącony osad fosforanu(V) cynku, po oddzieleniu go od roztworu, poddaje się repulpacji rozcieńczonym roztworem wody amoniakalnej, zawierającym od 0,1 do 2,5% NH3, korzystnie 0,5% NH3.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wytrącony osad fosforanu(V) cynku, po oddzieleniu go od roztworu, poddaje się repulpacji wodną zawiesiną ZnO, zawierającą 0,1% do 0,3% ZnO, korzystnie w podwyższonej temperaturze wynoszącej około 90°C.