СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГИДРОФОСФАТА КОБАЛЬТА ПОЛУТОРАГИДРАТА Российский патент 1994 года по МПК C01B25/26 

Изобретение относится к технологии фосфорнокислых солей, в частности к способам получения гидрофосфата кобальта полуторагидрата, который используется в аналитической и препаративной химии, в физико-химических методах анализа в качестве химического реактива, служит исходным реагентом для получения дифосфата кобальта.

Цель изобретения - интенсификация процесса, повышение выхода и качества готового продукта.

П р и м е р 1. В термостатируемый при 50^оС реактор, содержащий 250 мл воды, подают 55%-ный раствор Н₃РО₄ до достижения рН 3,0. Затем порциями при постоянном перемешивании подают 20 г гидроксокарбоната кобальта, 32 мл 55% -ного раствора Н₃РО₄ и около 4 мл 25%-ного раствора Н₂О₂, взятого из расчета (СоОН)₂СО₃ ˙ nН₂О: Н₂О₂ = 5:1. Значение рН суспензии контролируют с помощью рН-метра и поддерживают постоянным, регулируя подачу кислоты с помощью блока автоматического титрования. Образовавшуюся суспензию перемешивают в течение 25 мин, осадок отфильтровывают, промывают водой (т:ж = 1:3), сушат при 60^оС до постоянной массы. Маточные и промывные растворы используют в качестве оборотных.

Получают продукт состава СоНРО₄ x x 1,5Н₂О, мас.%: СоО 41,20; Р₂О₅ 39,0; Н₂О 19,80. Факт образования СоНРО₄ ˙ 1,5Н₂О без примесей среднего фосфата, фосфатов Со³⁺, непрореагировавшего гидроксокарбоната подтвержден результатами химического и рентгенофазового анализов (табл. 1-4). Выход готового продукта - 99,4%.

П р и м е р 2. В термостатируемый при 50^оС реактор, содержащий 250 мл воды, подают 55% -ный раствор Н₃РО₄ до достижения рН раствора 2,8. Затем порциями при постоянном перемешивании подают 22 г (СоОН)₂СО₃ ˙ nН₂О, 34 мл 55% -ного раствора Н₃РО₄ и 6 мл 25% -ного раствора Н₂О₂ (соотношение (СоОН)₂СО₃ ˙ nН₂О = 3:1). Образовавшуюся суспензию перемешивают 20 мин. Дальнейшие операции проводят аналогично примеру 1.

Получают продукт состава СоНРО₄ x x 1,5Н₂О, мас.%: СоО 41,81; Р₂О₅ 38,97; Н₂О 19,22. Выход 99,2%. Примеси отсутствуют.

П р и м е р 3. В термостатируемый при 60^оС реактор, содержащий 250 мл воды, подают 55%-ный раствор Н₃РО₄ до достижения рН раствора 3,2. В полученный раствор при постоянном перемешивании порциями подают 20 г (СоО)₂СО₃ ˙ nН₂О и 6 мл 25%-ного раствора Н₂О₂ (соотношение гидроксокарбонат:пероксид водорода = 3:1). Продолжительность последующего перемешивания суспензии 30 мин. Дальнейшие операции - аналогично примеру 1.

Получают продукт СоНРО₄ ˙ 1,5Н₂О состава, мас.%: СоО 41,56; Р₂О₅ 38,98; Н₂О 19,46. Выход 99,0%. Примеси в составе целевого продукта отсутствуют.

В табл. 1-4 приведено обоснование основных параметров способа получения СоНРО₄ ˙ 1,5Н₂О, позволяющего ускорить процесс получения целевого продукта в 2,5-3,0 раза (по сравнению с прототипом), увеличить выход готового продукта на 6-8% (с 92% согласно способу-прототипу до 98,5-99,5%), улучшить качественный состав готового продукта исключением возможности образования примесей в виде среднего фосфата кобальта, фосфатов кобальта (III), непрореагировавшего гидроксокарбоната кобальта.

В табл. 1 представлены данные о влиянии на выход и качество готового продукта концентрации, нормы Н₂О₂ и продолжительности взаимодействия исходных реагентов. Из данных табл. 1 следует, что получить СоНРО₄ ˙ 1,5Н₂О, не загрязненный примесными фазами, возможно лишь при использовании Н₂О₂, взятого в соотношении к исходному гидроксокарбонату кобальта не менее, чем (СоОН)₂СО₃ x x nН₂О:Н₂О₂ = 3:1. Концентрация Н₂О₂ не должна быть ниже 20%, поскольку при использовании 15% -ного раствора Н₂О₂ в составе целевого продукта присутствует примесь в виде фосфатов кобальта (III). Продолжительность взаимодействия исходных реагентов менее 20 мин приводит к загрязнению готового продукта непрореагировавшим гидроксокарбонатом, более 40 мин увеличивает продолжительность и энергоемкость процесса, не влияя на выход готового продукта.

В табл. 2 приведены данные о зависимости выхода и качества целевого продукта от рН процесса и концентрации Н₃РО₄. Согласно представленным результатам СоНРО₄ ˙ 1,5Н₂О, не загрязненный примесями, получают, используя 30-60 % -ные растворы Н₃РО₄. Если концентрация Н₃РО₄ выше 60%, усложняется аппаратурное оформление процесса, ухудшается качественный состав готового продукта из-за значительных колебаний рН суспензии во время подачи кислоты, при использовании фосфорной кислоты концентрации ниже 30% не достигается заданное значение рН среды (из области 2,8-3,2). Получение СоНРО₄ ˙ 1,5Н₂О при рН выше чем 3,2 или ниже чем 2,8 приводит к загрязнению готового продукта примесями среднего фосфата кобальта и непрореагировавшим гидроксокарбонатом либо дигидрофосфатом кобальта соответственно. Наилучшие результаты получают при рН 2,8-3,2. При этих же условиях достигается наилучший выход готового продукта и ускорение процесса осаждения СоНРО₄ ˙ 1,5Н₂О.

В табл. 3 приведены данные о влиянии температуры на выход, качество целевого продукта и продолжительность процесса получения СоНРО₄ ˙ 1,5Н₂О. Данные табл. 3 показывают, что получение СоНРО₄ x x 1,5Н₂О при температурах ниже 30^оС увеличивает продолжительность процесса, снижает выход готового продукта и его качество. При 70^оС усложняется аппаратурное оформление процесса, увеличивается его энергоемкость. Наилучшие результаты с учетом минимальной продолжительности процесса, максимального выхода и качества готового продукта получают при 40-60^оС.

В табл. 4 представлены данные, характеризующие взаимосвязанное влияние основных параметров процесса на его продолжительность, выход и качество готового продукта. Там же приведены параметры способа-прототипа, характеристика продукта и его выход, полученные известным способом. Из данных табл. 4 следует, что получение СоНРО₄ ˙ 1,5Н₂О предлагаемым способом согласно параметрам, представленным в табл. 1-4, ускоряет процесс, выход готового продукта и его качество выше, чем синтезированного по способу-прототипу.

Использование: в качестве химического реактива, пигментов, катализаторов, термочувствительных красок, эмалей и т.д. Сущность: гидрофосфат кобальта полуторагидрат получают взаимодействием 30-60%-ного раствора фосфорной кислоты с гидроксокарбонатом кобальта. Процесс проводят при pH 2,8-3,2, температуре 40-60°С, в присутствии 20-30%-ного раствора пероксида водорода, взятого из расчета гидроксокарбонат кобальта: пероксид водорода 5:1 - 3:1. Исходные реагенты подают в реактор непрерывно. Продолжительность пребывания суспензии в реакторе 20-30 мин. 2 с.п. ф-лы, 4 табл.

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГИДРОФОСФАТА КОБАЛЬТА ПОЛУТОРАГИДРАТА путем взаимодействия гидроксокарбоната кобальта с фосфорной кислотой при фиксированных значениях pH и температуры с последующей фильтрацией, промывкой и сушкой осадка, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса, повышения выхода и качества готового продукта, процесс проводят при pH 2,8 - 3,2, температуре 40 - 60^oС в присутствии 20 - 30%-ного раствора пероксида водорода, взятого из расчета гидроксокарбонат кобальта: пероксид водорода= 5:1 - 3:1, при использовании 30 - 60%-ной фосфорной кислоты. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что гидроксокарбонат кобальта и фосфорную кислоту подают в реактор непрерывно и перемешивают в течение 20 - 30 мин.