СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТРИНАТРИЙФОСФАТА Российский патент 2000 года по МПК C01B25/30 

Описание патента на изобретение RU2147552C1

Изобретение относится к области технологии неорганических веществ, а именно к способам получения используемого в основном в процессах водоподготовки, для предупреждения образования и удаления накипи, для изготовления моющих средств тринатрийфосфата, сырьем для производства которого служат фосфорная кислота, а также кальцинированная и каустическая сода.

Известны способы получения тринатрийфосфата в виде 12-ти водного кристаллогидрата путем двухступенчатой нейтрализации фосфорной кислоты: вначале кальцинированной содой до мольного отношения Na2O : P2O5 = 2:1, затем щелочью до мольного отношения Na2O : P2O5 = 3:1, т.е. до образования раствора тринатрийфосфата, из которого при охлаждении до ~30oC кристаллизуют 12-ти водный гидрат (Na3PO4 • 12H2O), направляемый после отделения на сушку [М.Е. Позин "Технология минеральных солей. ч. 2"; Л. "Химия", 1974 г., с. 1069].

При использовании термической фосфорной кислоты очистку раствора от примесей осуществляют путем его фильтрации после нейтрализации кальцинированной содой до отношения Na2O : P2O5 = 2:1. В том случае, когда применяют экстракционную фосфорную кислоту, содержащиеся в ней примеси фтора и двух- и трехвалентных металлов отделяют предварительно, нейтрализуя вначале кислоту содой до значения pH ~ 4,4 (мольное отношение Na2O : P2O5 = 1-1,2:1), после чего полученный фильтрат (раствор мононатрийфосфата) донейтрализовывают кальцинированной, затем каустической содой аналогично описанному выше [И.Л. Гофман, С.К. Милованова, Авт. свид. СССР N 62810, кл. 12 i,, 31; заявлено 13 мая 1941 г. за N 43499 (306724) в Народный комиссариат химической промышленности СССР].

Недостатками способов являются неудовлетворительные физические свойства продукта, выражающиеся в его сильной слеживаемости и повышенной гигроскопичности, что обусловлено потерей части конституционной воды при сушке легкоплавляющегося материала (температура плавления 70oC). Кроме того, при получении тринатрийфосфата на основе экстракционной фосфорной кислоты, продукт оказывается загрязненным примесями сульфатных компонентов (их доля в пересчете на SO3 составляет 0,6-8%).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату и предлагаемому способу (прототипом) является процесс [А.А. Кузнецов, Б.Д. Гуллер, М.А. Шапкин и др. "Способ получения тринатрийфосфата". Заявка на изобретение N 95114710/25 (024626) от 15.08.1995 г.], согласно которому может быть получен тринатрийфосфат с гигроскопической точкой, отвечающей 75-80% при 20oC и содержащий 0,1-0,3% SO3. Кроме того, способ позволяет упростить технологию в результате устранения стадии сушки продукта и сокращения энергозатрат. Сущность способа заключается в нейтрализации фосфорной кислоты кальцинированной и каустической содой при 70-100oC, отделении примесных компонентов, охлаждении раствора до 30-35oC с кристаллизацией 12-ти водного гидрата тринатрийфосфата в присутствии кондиционирующей добавки, и отделении осадка от маточного раствора. При этом в качестве кондиционирующей добавки (модификатора) используют смеси полифосфатов (триполифосфата и пирофосфата) щелочного металла (натрия). Недостатком данного технического решения является необходимость использования дорогостоящих полифосфатных добавок, что приводит к удорожанию целевого продукта.

Целью предполагаемого изобретения является удешевление процесса и снижение затрат на получение целевого продукта.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе, заключающемся в нейтрализации экстракционной фосфорной кислоты кальцинированной и каустической содой при 70-100oC, отделении примесных компонентов, охлаждении раствора до 30-35oC с кристаллизацией 12-ти водного гидрата тринатрийфосфата в присутствии кондиционирующей добавки, и отделении осадка от маточного раствора, в качестве кондиционирующей добавки используют ортофосфат щелочноземельного металла с удельной поверхностью 0,5-2,0 м2/г и количестве 0,0005-0,0025 моля в пересчете на оксид металла на 100 мас.ч. осадка. В процессах переработки экстракционной фосфорной кислоты количество 0,0005-0,0025 моля MeO и качество (дисперсность) ортофосфатов щелочноземельных металлов могут быть обеспечены, например, за счет нейтрализации фосфорной кислоты кальцинированной содой до мольного отношения Na2O : P2O5, равного 5: 3 и последующего отделения примесных компонентов. При этом введения кондиционирующей добавки извне не потребуется, т.к. уровень ортофосфатов кальция и магния в растворе после фильтрации суспензии, нейтрализованной до мольного отношения Na2O : P2O5, равного 5:3, отвечает заявляемому количественному диапазону кондиционирующего материала, а его дисперсность после осаждения в результате последующего введения каустика соответствует удельной поверхности 0,5-2,0 м2/г. Таким образом, отличие заявляемого способа от известного состоит в том, что кондиционирующая добавка представлена ортофосфатами щелочноземельных металлов с удельной поверхностью 0,5-2,0 м2/г, взятого в количестве 0,0005-0,0025 моля MeO вместо пиро-и-триполифосфатов щелочных металлов.

Основой для создания технических элементов новизны и полезности заявляемого способа, а также выбора диапазонов варьирования физико-химических параметров, представленных в отличительной части формулы изобретения, явились выполненные авторами исследования по получению тринатрийфосфата путем политермической кристаллизации его 12-ти водного кристаллогидрата в присутствии различных кондиционирующих добавок: ортофосфатов щелочноземельных металлов, пиро-и-триполифосфатов щелочных металлов и др. При этом определялись физико-химические свойства целевого продукта после центрифугирования, а также его химический состав в соответствии с требованиями ГОСТ 201-76. Установлено, что получить качественный, практически не слеживающийся продукт с небольшой влажностью после разделения фаз, при которой не требуется его сушка можно в том случае, если в качестве кондиционирующей добавки используется достаточно дешевые ортофосфаты щелочноземельных металлов, например, кальция и/или магния, имеющие сравнительно развитую удельную поверхность, отвечающую диапазону 0,5-2,0 м2/г, и взятые в количестве 0,0005-0,0025 моля MeO на 100 мас.ч. осадка.

В таблице приведены результаты исследования по влиянию вида добавки ее расхода и дисперсности на слеживаемость (гигроскопическую точку) тринатрийфосфата. Как следует из данных таблицы, существенный сдвиг гигроскопической точки в область большей влажности воздуха наблюдается при добавках ≥ 5•10-4 моля оксида металла и удельной поверхности ≥ 0,5 м2/г. Увеличение удельной поверхности свыше 2,0 м2/г и количеств добавки > 2,5•10-3 моля оксида не эффективно, т.к. гигроскопическая точка для тринатрийфосфата не увеличивается. Как видно из представленных данных, влияние ортофосфатов магния и кальция на слеживаемость практически одинаково (несколько на 0,2-2,1 абс.% оказывается более эффективным ортофосфат магния). Результаты исследований (таблица) явились основой для выбора оптимальных параметров ведения процесса. Что касается варианта переработки экстракционной фосфорной кислоты, то заявляемые уровень и дисперсность добавки могут быть обеспечены без ее ведения извне за счет, например, регулирования условий нейтрализации кислоты кальцинированной содой и в первую очередь мольного соотношения Na2O : P2O5 на этой стадии, а также такими приемами, как оптимизация концентрации фосфатов натрия в жидкой фазе, использование реагентов - регуляторов растворимости соединение кальция и магния и другими, рассматриваемыми авторами как "ноу-хау".

Для конкретизации существа предполагаемого изобретения приводим примеры осуществления процесса:
Пример 1. 100 мас.ч. фосфорной кислоты (25% P2O5) нейтрализуют 37,9 мас. ч. кальцинированной соды (98,5% Na2CO3). В газовую фазу удаляется 15,5 мас. ч. CO2 и образуется 122,4 мас.ч. суспензии, содержащей 0,3 мас.ч. твердой фазы, взвешенной в 122,1 мас.ч. раствора динатрийфосфата. Суспензию разделяют на фильтр-прессе и получают 0,7 мас.ч. шлама и 121,7 мас.ч. очищенного раствора динатрийфосфата. К последнему добавляют 0,130 мас.ч. Ca3(PO4), что отвечает 0,0010 молям CaO на 100 мас.ч. осадка тринатрийфосфата, и 0,055 мас. ч. Mg3(PO4)2, что отвечает 0,0005 молям MgO на 100 мас.ч. осадка тринатрийфосфата, удельная поверхность солей 1,1 и 0,9 м2/г соответственно. Массу при 70-100oC нейтрализуют 30,4 мас.ч. раствора каустической соды (46% NaOH), образуя 152.1 мас.ч. раствора тринатрийфосфата. После охлаждения раствора до 30-35oC и центрифугирования получают 132,1 мас.ч. готового продукта, содержащего 18,5% P2O5; доля жидкой фазы 6%. Гигроскопическая точка при 20oC отвечает относительной влажности воздуха 78%. Продукт не слеживается.

Пример 2. 161,3 кг/ч экстракционной фосфорной кислоты (25% P2O5, 1,0% CaO, 0,15% MgO, 0,5% SO3, 0,2% F, 0,3% Fe2O3 и 0,2% Al2O3) нейтрализуют 49,6 кг/ч соды (96% Na2CO3). В газовую фазу удаляется 19,8 кг/ч CO2 и образуется 191,1 кг суспензии, содержащей 7,2 кг/ч твердой фазы, взвешенной в 183,9 кг/ч раствора фосфатов натрия (P2O5 - 19,8%) с мольным соотношением Na2O : P2O5= 5: 3. Суспензию разделяют на фильтр-прессе и получают 18 кг/ч влажного кека, содержащего примесные компоненты (CaHPO4, MgHPO4, FePO4 • 2H2O • 2H2O, AlPO4 • 2H2O, Na2SiF6) и 173,1 кг/ч очищенного раствора, содержащего 19,8% P2O5, 0,028% CaO и 0,015% MgO. Массу при 70 - 100oC нейтрализуют 61,1 кг/ч раствора каустической соды (42% NaOH), образуя 234,2 кг/ч раствора тринатрийфосфата(~ 34% Na3PO4) с незначительным содержанием Ca3(PO4)2 - 0,04265 кг/ч (0,0008 молей CaO) и Mg(PO4)2 - 0,02559 кг/ч (0,0006 молей MgO); удельная поверхность соответственно 1,0 и 1,1 м2/г. После охлаждения до 30-35oC и центрифугирования получают 170,6 кг/ч готового продукта, содержащего 18,5% P2O5 при остаточной доле жидкой фазы 5%. Гигроскопическая точка при 20oC отвечает относительно влажности воздуха 78%. Продукт не слеживается.

Таким образом, способ позволяет удешевить процесс за счет использования в качестве кондиционирующей добавки ортофосфатов вместо дорогостоящих полифосфатов и, следовательно, снизить затраты на получение целевого продукта.

Похожие патенты RU2147552C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТРИПОЛИФОСФАТА НАТРИЯ 1998
  • Шапкин М.А.
  • Попов В.Л.
  • Буксеев В.В.
  • Мильбергер Т.Г.
  • Орлов Е.П.
  • Зубков В.Я.
  • Барышников В.Н.
RU2148010C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТРИНАТРИЙФОСФАТА 1995
  • Кузнецов А.А.
  • Гуллер Б.Д.
  • Шапкин М.А.
  • Буксеев В.В.
  • Майоров А.Б.
RU2145572C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГЕКСАГИДРАТА ТРИПОЛИФОСФАТА НАТРИЯ 1998
  • Шапкин М.А.
  • Попов В.Л.
  • Зинюк Р.Ю.
  • Буксеев В.В.
  • Мильбергер Т.Г.
  • Орлов Е.П.
  • Зубков В.Я.
  • Павлов К.А.
RU2148011C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЛОЖНОГО УДОБРЕНИЯ 1999
  • Шапкин М.А.
  • Попов В.Л.
  • Буксеев В.В.
  • Мильбергер Т.Г.
  • Демичев Г.А.
  • Зубков В.Я.
  • Федоров С.В.
  • Орлов Е.П.
RU2157354C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТРИПОЛИФОСФАТА НАТРИЯ ИЗ ЭКСТРАКЦИОННОЙ ФОСФОРНОЙ КИСЛОТЫ 2008
  • Колосс Константин Юрьевич
  • Малык Герман Андреевич
  • Муллаходжаев Тимур Исмайлходжаевич
  • Олифсон Аркадий Львович
  • Степанов Андрей Юрьевич
  • Ханина Тамара Геннадьевна
RU2378191C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТРИПОЛИФОСФАТА НАТРИЯ 1995
  • Кузнецов А.А.
  • Гуллер Б.Д.
  • Шапкин М.А.
  • Горбачев Е.В.
  • Буксеев В.В.
RU2159212C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТРИНАТРИЙФОСФАТА 2008
  • Колосс Константин Юрьевич
  • Малык Герман Андреевич
  • Муллаходжаев Тимур Исмайлходжаевич
  • Олифсон Аркадий Львович
  • Степанов Андрей Юрьевич
  • Ханина Тамара Геннадьевна
RU2372282C1
СПОСОБ ОКУСКОВАНИЯ И ГРАНУЛЯЦИИ ФОСФАТНОГО СЫРЬЯ 2000
  • Попов В.Л.
  • Мильбергер Т.Г.
  • Шапкин М.А.
  • Грачев Н.В.
  • Терешенков В.Н.
  • Орлов Е.П.
  • Демичев Г.А.
  • Зубков В.Я.
RU2171220C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИФОСФАТНЫХ СОЛЕЙ ЩЕЛОЧНЫХ МЕТАЛЛОВ 2005
  • Дмитревский Борис Андреевич
  • Шапкин Михаил Анатольевич
  • Горбачев Евгений Вячеславович
  • Терешенков Владимир Николаевич
  • Мильбергер Теодор Георгиевич
  • Барышников Владимир Николаевич
  • Афанасьев Владимир Викторович
  • Белкина Елена Ильинична
RU2290366C1
СОСТАВ КОМПЛЕКСООБРАЗОВАТЕЛЯ НА ОСНОВЕ ГИДРАТИРУЕМОГО ТРИПОЛИФОСФАТА НАТРИЯ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ 2004
  • Шапкин М.А.
  • Горбачев Е.В.
  • Кузнецов А.А.
  • Терешенков В.Н.
  • Мильбергер Т.Г.
  • Карпов А.В.
  • Барышников В.Н.
RU2263632C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 147 552 C1

Реферат патента 2000 года СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТРИНАТРИЙФОСФАТА

Заявляемое изобретение относится к области технологии неорганических веществ, а именно к способам получения тринатрийфосфата на основе фосфорной кислоты, используемого в основном в процессах водоподготовки. Сущность изобретения состоит в нейтрализации фосфорной кислоты при 70-100°С кальцинированной содой, отделении примесных компонентов, охлаждении раствора до 30-35oС с кристаллизацией двенадцативодного гидрата тринатрийфосфата в присутствии кондиционирующей добавки - ортофосфатов щелочноземельных металлов с удельной поверхностью 0,5 - 2,0 м2/г, количество которых отвечает 0,0005 - 0,0025 моля оксидов соответствующих металлов на 100 мас.ч. осадка, и отделении последнего от маточного раствора. При этом в случае переработки экстракционной фосфорной кислоты заданное количество и качество ортофосфатов щелочноземельных металлов обеспечивают, например, за счет нейтрализации кислоты кальцинированной содой до мольного отношения Na2O : P2O5, равного 5 : 3, и последующего отделения примесных компонентов. Способ позволяет удешевить технологический процесс и снизить затраты на получение целевого продукта. 1 табл.

Формула изобретения RU 2 147 552 C1

Способ получения тринатрийфосфата, включающий нейтрализацию фосфорной кислоты кальцинированной и каустической содой при 70 - 100oC, отделение примесных компонентов, охлаждение раствора до 30 - 35oC с кристаллизацией двенадцативодного гидрата тринатрийфосфата в присутствии кондиционирующей добавки, отделение осадка от маточного раствора, отличающийся тем, что в качестве кондиционирующей добавки используют ортофосфат щелочноземельного металла с удельной поверхностью 0,5 - 2,0 м2/г в количестве 0,0005 - 0,0025 моля в пересчете на оксид металла на 100 мас.ч. осадка.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2000 года RU2147552C1

RU 95114710 A, 10.10.1997
Способ получения фосфата натрия 1980
  • Зинюк Ренат Юрьевич
  • Гаркун Всеволод Кузьмич
  • Изотов Борис Филиппович
  • Гайдабура Иван Петрович
  • Палий Виктор Егорович
  • Бинштейн Арон Бениаминович
  • Горшков Анатолий Васильевич
  • Овечкин Василий Филиппович
  • Черненко Степан Дорофеевич
  • Луценко Вера Дмитриевна
  • Саркиц Лилия Александровна
  • Шляпинтох Леонид Пинхосович
  • Фомина Елена Авраамовна
SU971788A1
Способ получения моногидрата тринатрийфосфата 1987
  • Гафарова Альмира Файзрахмановна
  • Шевко Зинаида Львовна
  • Абдулина Наталья Анатольевна
  • Шкарупа Юрий Васильевич
  • Даулбаев Тлеген Мухамедга
  • Гребенникова Лариса Станиславовна
  • Кармышов Василий Федорович
  • Пименов Станислав Дмитриевич
SU1544710A1
Способ получения тринатрийфосфата двенадцативодного кристаллогидрата 1989
  • Гафарова Альмира Файзрахмановна
  • Абдулина Наталья Анатольевна
  • Медведева Евгения Анатольевна
  • Жумартбаев Эмиль Узбекович
  • Ирков Анатолий Александрович
SU1701629A1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОНСЕРВОВ "САЛАТ МЯСНОЙ С ОВОЩАМИ" 2006
  • Квасенков Олег Иванович
  • Подлесный Анатолий Иванович
RU2322827C1

RU 2 147 552 C1

Авторы

Шапкин М.А.

Попов В.Л.

Буксеев В.В.

Мильбергер Т.Г.

Орлов Е.П.

Зубков В.Я.

Даты

2000-04-20Публикация

1998-12-17Подача