RU1797597C - Способ получени фосфата кобальта /II/ октагидрата - Google Patents

Abstract

Сущность: исходные реагенты дл  получени  фосфата кобальта (II) октагидрата: гидроксокарбонат кобальта и 20-40%-ный раствор НзРОз. Реагенты дозируют и перемешивают в течение 3 ч при 30-50°С, рН среды 3,2-3,8. Выход 98-99%, продолжительность процесса - до 3 ч. 4 табл.

Description

Изобретение относитс  к технологии реактивных соединений фосфорной кислоты , а именно к способам получени  фосфатов кобальта (Н), которые  вл ютс  перспективными катализаторами, пигментами , служат составными- част ми термофосфатных декоративных покрытий, представл ют собой микроудобрени , улучшающие одновременно качество макроудобрений .

Известные способы получени  Сочз(РО4)2 -8Н20 основаны на обменной реакции между растворами хлорида кобальта и фосфатами щелочных металлов или аммони  при повышенной температуре. В частности в работе Basset Н., Bedwell W.L. Staples of Phosphates/J.Chem. Soc.-1933. V. 1-2 (A) P. 854-876 3 описан следующий пре- паративный способ получени  кристаллического Соз(РО4)2 ; 8Н2О. Раствор хлорида кобальта (3,0 г CoCh 6HaO в 50 см3 НаО) добавл ли к раствору, содержащему 10 г К2НР04 в 400 см3 Н20, смесь нагревали до начала осаждени  и оставл ли на ночь дл  выделени  кристаллов. Описанный способ имеет р д существенных недостатков, что делает его малопригодным дл  применени  в технологии реактивов. Кроме большой

длительности процесса выделени  целевого продукта из растворов (от 24 ч до 6 мес), примен ютс  большие избытки растворов осадителей (6-8-кратные от стехиометриче- ски необходимых количеств в способах 1, 2; 1,5-кратный в способе 4 и более чем 40-кратный в способе 3). Это приводит к большим объемам отходов, содержащим фосфат- ионы, а также загр знению целевого продукта примес ми двойных фосфатов кобальта и щелочных металлов. Выход целевого продукта по указанным способам не превышает 12% от теоретического. Данный способ прин т в качестве прототипа.

Целью насто щего изобретени   вл етс  повышение выхода целевого продукта, сокращение продолжительности процесса и отходов производства.

Поставленна  цель достигаетс  получением фосфата кобальта (II) октагидрата путем разложени  гидроксока-рбоната кобальта раствором фосфорной кислоты при нагревании суспензии..

Существенными признаками, общими дл  прототипа и данного изобретени ,  вл етс  образование Соз(РО|ф 8Н20 при взаимодействии реагентов, содержащих соединени  кобальта (II) и соединени  фос№

формой кислоты. Однако в способе - прототипа целевой продукт получают низкоэффективным путем, требующим большого перерасхода реагентов, энергетических и временных затрат. Предлагаемым способом эти недостатки устран ютс .

Отличительными признаками способа  вл ютс  температурный режим синтеза соли и продолжительность синтеза. Существенным отличительным признаком изобретени   вл етс  состав и пор док смещени  исходных реагентов.

Способ осуществл ют следующим образом . В реактор помещают определенное количество дистиллированной воды, нагревают ее до 30-50°С. Добавл ют в воду раствор фосфорной кислйты в количестве, обеспечивающем/ достижение рН 2,8-3,2. Одновременно при посто нном перемешивании ввод т гидроксокарбонат кобальта и фосфорную кислоту, вз тую из расчета 100% от стехиометрически необходимого количества дл  получени  трехзамещенного фосфата, таким образом, чтобы рН суспензии составл л 3,2-3,8. После смещени  реагентов продолжают перемешивание суспензии в течение не менее 3 ч. Затем суспензию охлаждают, осадок, трехзамещенного фосфата кобальта октагидрата отдел ют от маточного раствора, промывают холодной дистиллированной водой, сушат до посто нной массы. Получают соль состава Соз(РОф 8Н20. .

Обоснование выбора оптимального режима синтеза трехзамещенного фосфата крбальта октагидрата приведено в табл. 1-4.

Выбор диапазона значений рН, в котором происходит образование трехзамещенного фосфата кобальта, производили на основании результатов потенциометриче- ского титровани  фосфорной кислоты порошкообразным гидроксокарбонатом кобальта. Предварительно было установлено , что скачек титровани  на кривой нейтрализации фосфорной кислоты гидроксокарбонатом кобальта наблюдалс  в диапазоне рН 2,5-4,8. Окончательно выбор диапазона значений рН проводилс  на основании данных, приведенных в табл. 1.

Из результатов, приведенных в табл. 1 следует, что при введении синтеза при рИ 3,2 нар ду с целевым продуктом образуетс  примесь гидрофосфата кобальта, а при рН 4,0 - примесь гидроксофосфата кобальта , Поэтому дл  получени  индивидуального трехзамещенного фосфата кобальта синтез необходимо вести, поддержива  значение рН реакционной смеси   диапазоне 3,2-3,8.

Выбор концентраций раствора фосфорной кислоты, используемой в синтезе, проведен на основании данных, приведенных в табл. 2.

Оптимальный диапазон концентрации раствора НзРО/1. используемой в синтезе,- 20-40 мае. % при этом образуетс  индивидуальный трехзамещенный фосфат кобальта октагидрат. При более низкой и более вы.со0 кой концентраци х раствора НзРОз целевой продукт загр зн етс  примесью непрореагировавшего гидроксокарбоната кобальта. В первом случае - вследствие неполного взаимодействи  исходных реагентов, во

5 втором - из-за загустевани  реакционной смеси при внесении гидроксокарбоната крбальта , что приводит к резкому ухудшению условий синтеза.

В табл. 3-4 приведено обоснование вы0 бора температурного режима и продолжительности синтеза трехзамещеннрго фосфата кобальта октагидрата. При этом эффективность способа оценивали на основании показателей выхода целевого продукта

5 и его брутго-состава.

Из данных, приведенных в табл. 3, сле- дует, что оптимальный температурный режим синтеза индивидуального Соз(Р04)2Х х 8НаО 30-50°С, при котором достигаетс 

0 наибольший выход продукта по СоО и Р205. При повышении температуры выход снижаетс  вследствие увеличени  растворимости соли, а также образуетс  примесь гидроксо- фосфата кобальта (мольное отношение

5 СоО/Р205 3).

Результаты, приведенные в табл. 4, подтверждают , что продолжительность синтеза при которой обеспечиваетс  требуемое качество целевого продукта (отсутствие пр.и0 меси гидроксокарбоната), а также достигаетс  выход трехзамещенного фосфата кобальта по СоО - 98%, по Р20з - 95,5%, должна составл ть не менее 3 ч. При меньшей продолжительности не обеспечи5 ваетс  полное взаимодействие гидроксокарбоната кобальта с фосфорной кислотой, что приводит к загр знению целевого продукта непрореагировавшим гидроксокарбонатом кббальта. ..

0 П р и м е р . В термостатируемый при 30°С реактор помещают 80 мас.ч. дистиллированной воды, нагревают до заданной температуры , Добавл ют 0,3 мас.ч. 20%-ного раствора НзРО/i. При посто нном переме5 щивании одновременно порци ми внос т 10,00 мас.ч. гидроксокарбоната кобальта (70,0 % СоО) и 30,2 мас.ч. фосфорной кислоты (20 мас.%) таким образом, чтобы значение рН суспензии поддерживалось равным 3,2-3,8. Смешение производитс  в течение

0,25 ч. Суспензию продолжают перемешивать еще 2,75 ч. После охлаждени  осадок отфильтровывают, промывают 50 мае.ч. холодной дистиллированной воды, сушат при комнатной температуре или при 40°С до посто нной массы.

Получают индивидуальный Соз(Р04)2Х х8Н20брутто-составаЗ,ОСоО P20s -7.9Н20, выход по СоО 98,0%, по Р20б 97,0%.

Пример 2. В тёрмостатируемый при 50°С реактор помещают 80 мэс.ч. дистиллированной воды, нагревают до заданной температуры . Добавл ют 0,2 мае.ч. 40%-ного раствора НзР04. При посто нном перемешивании одновременно порци ми внос т 10,00 мае.ч. гидроксокарбоната кобальта (70,0% СоО)и 15,06 мас.ч. фосфорной кислоты (40 мас.%) таким образом/чтобы значение рН суспензии поддерживалось равным 3,2-3,8. Смешение исходных реагентов производитс  в течение 0,17 ч, Суспензию продолжают перемешивать еще 2,8 ч. После охлаждени  осадок отдел ют, промывают 50 мас.ч. холодной дистиллированной воды, сушат при комнатной температуре или при 46°С до посто нной массы.

Получают индивидуальный Соз(РСм)2х х8Н20бругго-составаЗ,ОСоО P2U5 -б.ОНаО, выход по СоО 97.9%, по Р205 95,6%.

Использование предлагаемого способа получени  фосфата кобальта (П)октагидрата обеспечивает по сравнению с прототипом

0

(он же базовый объект) следующие преимущества:

повышение выхода целевого продукта по СоО с 45,9% до 98-99% и по PsOs С 50,2% до 98,0-95,5%;

сокращение продолжительности синтеза продукта со 120 до Зч;

уменьшение объема отходов производства и обеспечение таким образом его экологической безопасности;

уменьшение энерго- и трудозатрат на единицу продукции.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ получени  фосфата кобальта (II)- октагидрата, включающий взаимодействие кобальт(Н)содержащего ифосфат-ионсодер- жащего соединений при нагревании, отделение продукта, отличающийс  тем,

   что, с целью повышени  выхода продукта, сокращени  продолжительности процесса и отходов производства, в качестве кобальт- содержащего соединени  используют гид- роксокарбонат кобальта, а в качестве

   фосфат-ионсодержащего соединени  - 20- 40%-ный раствор фосфорной кислоты, причем взаимодействие ведут при стехиометрическом соотношении при перемешивании и одновременном дозировании исходных соединений и

   поддержании рН реакционной среды в пределах 3,2-3,8 в течение 3 ч, а нагревание осуществл ют до 30-50°.

   Зависимость состава продуктов от значени  рН синтеза

   рН синтеза продукта.

   Соз{Р04)2 8Н20 + СоНР04 1.5Н20.

   Соз(РОф 8Н20 + СоНР04 1,5Н20

   Соз(Р04)2 8Н20

   Соз(Р04)2 8Н20

   Соз(Р04)а 8Н20 + СоаОНР04

   Т а б л и ц а 1

   Состав продукта

   Таблица2 Зависимость состава продуктов синтеза от концентрации фосфорной кислоты

   Концентраци  раствора НзРСМ. (мае.) %

   СозСРОф 8Н20 + Со2(ОН)2СОз

   СозСРОф 8Н20

   Соз(Р04)2 8Н20

   Соз(Р04)а 8H20 + Соа(ОН)2СОз

   Та б л и ца 3

   Вли ние температуры синтеза на состав и выход продуктов (концентраци  раствора НзРСЦ

   30 мае. %, продолжительность синтеза 3 ч)

   Смоделировано по прототипу, исходные реагенты - растворы СоС12 6Н20 и (NH/i)2HP04 концентрацией 0,025 моль/л в стехиометрическом количестве.

   Т а б л и ц а 4

   Вли ние продолжительности синтеза на состав и выход продуктов (концентраци  раствора

   НзР04 30 мае. %, температура 50°С)

   Состав продуктов

   Способ-прототип

   Продолжение табл. 4