СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФОСФИДОВ МЕДИ Российский патент 1998 года по МПК C01B25/08 C01G3/00 

Изобретение относится к химической технологии, в частности, к способам получения фосфидов меди, и может быть использовано, например, в металлургии.

В настоящее время известно значительное число способов получения фосфидов металла, в частности, получения фосфидов меди из шлама, (авт.св. СССР N 652777). Способ основан на обработке фосфорного шлама раствором медного купороса 30-50%-ной концентрации при температуре 20-80^oC и последующей фильтрации осадка технического фосфида меди, его последующей промывке и сушке.

Известен также способ получения фосфида меди путем реакции между фосфором и медью в горячем растворе серной кислоты, причем реагенты подают в раствор в соотношении Cu: P= (6,4-7,5): 1. (авт. св. СССР N 1157016, публ. 85.05.29).

Предлагается также способ получения фосфидов путем взаимодействия фосфористого водорода при температуре 700-950^oC с оксидом или галогенидом металла
MeO+PH₃ --- MeP+H₂O
(Авт.св. СССР N 136327, приор. 60.05.09).

Описан способ получения фосфида при непосредственном взаимодействии расплавленного металла и фосфора без доступа воздуха при температуре выше 610^oC (заявка Японии 63-63489, приор. 79.10.31).

Известен способ получения фосфида металла при непосредственном взаимодействии оксида или соли металла при температуре 125-400^oC с солью фосфорноватистой кислоты, растертыми в порошок (авт.св. N 652777), отходы и испарения которых могут загрязнять окружающую среды (аналогично и авт.св. 1157016). Ряд способ не исключает утечки высокотоксичного газа-фосфина (ПДК= 0,1 мг/м³) или идет с низким выходом (50%) целевого продукта-фосфида (авт. св. 1430340).

Наиболее близок к предлагаемому нами способ, описанный в кн.: Самсонов Г. В., Верейкина Л.Л. Фосфиды. Киев, стр. 30-31. Он заключается в непосредственном взаимодействии фосфора и металлической меди при повышенной температуре (600-1200^oC) в среде инертного газа (аргон, ксенон, гелий) в течение длительного времени (часы), причем и в реальном производстве весь реактор с веществами нагревают до начала реакции.

Недостатки способа, взятого нами за прототип:
- необходимость обеспечения герметичности аппаратуры, работающей при высоких температурах и при избыточности давления;
- потенциально высокая экологическая опасность паров белого фосфора (ПДК=0,03 мг/м³);
- энергоемкость (весь реактор нагревают до высоких температур);
- большая продолжительность процесса (обычно сутки и более);
- процесс ведут в среде инертных газов.

Цель изобретения - уменьшение времени синтеза фосфидов без существенных энергозатрат, без загрязнения окружающей среды, без использования инертных газов, без необходимости герметизации аппаратуры и при этом возможность получить более дешевые фосфиды в широком диапазоне соотношений элементов медь-фосфор.

Цель достигается следующим образом: вещества перемешивают до получения однородной массы и помещают в реактор без использования инертных газов и герметизации аппаратуры. После этого в части объема смесь нагревают до температуры начала реакции (обычно 400-500^oC) и реакция самостоятельно распространяется по всему объему реакционной массы. Последнее становится возможным благодаря тому, что красный фосфор и медь берут в виде тонкодисперсных порошков (от микрона до десятков микрон). Реакция в такой смеси заканчивается, как правило, за время в минуты.

Пример конкретного выполнения. Для получения фосфида меди с содержанием фосфора 14% (соответствует соединению Си₃Р) взвешивают на технохимических весах с точностью до 0,1 г 7 г красного фосфора с дисперсностью частиц до 30 мкм и 43 г порошковой меди с дисперсностью частиц до 30 мкм и тщательно перемешивают резиновой пробкой на клеенке до видимой однородности. Смесь помещают в тонкостенный жестяной стакан. На поверхность смеси накладывают, например, нихромовую проволоку и по ней пропускают электрический ток, нагревающий ее до температуры около 500^oC, и ток отключают. Визуально хорошо видно, как от точки инициирования процесс распространяется радиально и вглубь, при этом почти отсутствует дымление, а вся масса постепенно нагревается (видно темно-красное свечение массы минуты, после чего продукты реакции остывают, приобретая черно-серую окраску). Охлажденный до комнатной температуры фосфид представляет собой спекшуюся пористую легкоизмельчаемую массу с содержанием элементов, близким к расчетному. В таблице приведены результаты экспериментального синтеза соединений фосфора с медью в широком диапазоне соотношений между элементами. Соотношениям ^х и ^хх теоретически соответствуют соединения состава Cu₃ и CuP₂ соответственно.

Экономический и экологический эффекты.

1. Предложение дает существенный экономический эффект, поскольку в реакции синтеза применяют наиболее дешевые компоненты: тонкий порошок электролитически осажденной меди, который минимум на 15-30% дешевле компактной меди. Кроме того, процесс идет без использования сосудов под давлением и не требует инертной среды, что значительно удешевляет конечный продукт.

Так, при стоимости 1 кг рафинированной меди 15000 руб. только замена ее на порошкообразную (например, ПМС-1) стоимостью 1200 руб/кг даст экономию при потребности 100 кг/месяц:
3000•100•12 = 3600000 руб/год.

В связи с отсутствием дымления при синтезе фосфидов (или, точнее, почти полным отсутствием при соблюдении предлагаемой технологии) налицо безусловный экологический эффект.

Использование: изобретение относится к химической технологии, в частности, к способам получения фосфидов меди с содержанием фосфора от 8 до 55%. Сущность: предлагается производить синтез фосфидов меди путем проведения реакции в смеси тонкодисперсных порошков меди и красного фосфора. Инициирование начала процесса осуществляют нагреванием участка смеси до температуры начала взаимодействия меди и фосфора (выше 400^oС), после чего реакция самораспространяется за счет высокой экзотермичности взаимодействия компонентов. Тонкодисперсные порошки полно и спокойно взаимодействуют между собой, образуя фосфид с заданным содержанием компонентов. При этом процесс получения фосфидов не требует создания инертной среды и может осуществляться на воздухе при атмосферном давлении. 1 табл.

Способ получения фосфидов меди из меди и фосфора, включающий ведение процесса с нагреванием, отличающийся тем, что процесс ведут в смеси тонкодисперсных порошкообразных веществ с дисперсностью частиц от 1 до 30 мкм в интервале содержания фосфора от 8 до 55%, а инициирование начала синтеза фосфидов осуществляют нагреванием части смеси до температуры начала реакции 400 - 500^oС.