СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЙОДАТА КАЛИЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2003 года по МПК C01B11/22 

Изобретение касается технологии переработки гидроминерального сырья, а точнее относится к способу получения йодата калия.

Изобретение найдет применение в фармацевтической промышленности при изготовлении йодсодержащих форм.

Известен способ получения йодата щелочного металла путем растворения йода в горячем растворе гидроокиси щелочного металла (Г. Реми. Курс неорганической химии. - М.: Мир, 1972, стр.777).

Известен способ получения йодата калия путем осуществления в условиях нагревания взаимодействия элементарного йода, бертолетовой соли, концентрированной хлористоводородной кислоты. Образующиеся при указанном взаимодействии йодат калия и йодоватистая кислота в виде осадка выделяют от реакционной массы и подвергают перекристаллизации. После перекристаллизации из воды действием щелочи йодоватистую кислоту переводят в йодат калия (В.И. Ксезенко, Д.С. Стасиневич. Химия и технология брома, йода и их соединений. - М.: Химия, 1995, стр.399).

Указанный способ многостадиен, сопровождается выделением газообразного хлора и дополнительным образованием хлорида калия, что вызывает необходимость дополнительной очистки целевого продукта.

Также известен способ получения йодата калия, основанный на осуществлении взаимодействия элементарного йода с гидроксидом калия с получением пересыщенных растворов йодида калия и йодата калия. Образовавшиеся соединения - йодид калия и йодат калия затем разделяют путем политермической кристаллизации, осуществляемой в интервале 80-20^oC. Кристаллизующийся в указанных условиях йодат калия выпадает в осадок благодаря своей более низкой растворимости по отношению к йодиду калия. Таким образом имеется возможность отделить кристаллы йодата калия от реакционной массы (В.И. Ксезенко, Д.С. Стасиневич. Химия и технология брома, йода и их соединений. - М.: Химия, 1995, стр.399).

Указанный способ является многостадийным и при этом не обеспечивает достаточно приемлемый выход целевого продукта.

В основу заявляемого изобретения положена задача создать такой способ получения йодата калия, который обеспечивал бы при сокращении технологического цикла достижение высокого выхода целевого продукта.

Эта задача решается при создании способа получения йодата калия, включающего химическое взаимодействие элементарного йода с гидроксидом калия, образование в реакционной массе растворенного йодата калия, его кристаллизацию путем охлаждения реакционной массы до температуры окружающей среды и выделение кристаллов целевого продукта из реакционной массы, в котором согласно изобретению образование растворенного йодата калия осуществляют в реакционной массе, имеющей щелочность до 8 г/л и содержащей анионы йода в количестве до 160 г/л, катионы йода в количестве до 50 г/л, а перед кристаллизацией указанную реакционную массу подвергают электролизу и последующему упариванию при температуре не менее 80^oC, обеспечивающему предварительную кристаллизацию целевого продукта.

Эта задача решается также при создании способа получения йодата калия, включающего окисление йодида калия до образования в реакционной массе растворенного йодата калия, его кристаллизацию путем охлаждения реакционной массы до температуры окружающей среды и выделение кристаллов целевого продукта из реакционной массы, в котором согласно изобретению окисление йодида калия проводят при электролизе реакционной массы, имеющей щелочность до 8 г/л и содержащей анионы йода в количестве до 160 г/л, катионы йода в количестве до 50 г/л, а перед кристаллизацией осуществляют упаривание реакционной массы при температуре не менее 80^oC, обеспечивающее предварительную кристаллизацию целевого продукта.

Согласно изобретению полезно электролиз осуществлять при напряжении до 6 В, плотности тока до 500 А/кв.м и температуре не менее 70^oC.

Согласно изобретению целесообразно электролиз осуществлять в присутствии бихромата калия, что предотвращает образование пассивирующей пленки на аноде.

Дальнейшие цели и преимущества заявляемого изобретения станут ясны из последующего подробного описания способа получения йодата калия.

Получение йодата калия согласно изобретению осуществляют, используя в качестве исходного продукта элементарный йод - мелкокристаллический или йод-пасту.

В соответствии с изобретением названный исходный продукт подвергают взаимодействию с гидроксидом калия. В результате взаимодействия указанных реагентов в реакционной массе образуются растворенный йодат калия, а также побочный продукт - растворенный йодид калия.

3J₂+6КОН---5KJ+КJO₃+3Н₂O.

В соответствии с изобретением указанные реагенты берут в таком количестве, при котором обеспечивается образование растворенного йодата калия в реакционной массе, имеющей щелочность до 8 г/л и содержащей анионы йода в количестве до 160 г/л, катионы йода в количестве до 50 г/л.

Далее согласно изобретению реакционную массу подвергают электролизу для окисления йодида калия, образовавшегося в ходе указанной реакции взаимодействия исходных реагентов, до целевого продукта. При этом указанную реакционную массу используют в качестве электролита, а электролиз осуществляют преимущественно при следующих режимах: напряжении до 6 В, плотности тока до 500 А/кв. м и температуре не менее 70^oC. В результате электролиза образованный в реакционной массе при взаимодействии исходных реагентов побочный йодид калия практически полностью преобразуется в целевой йодат калия.

Указанные параметры реакционной массы, подвергаемой электролизу, и режим электролиза, в том числе температурный, исключают возможность выпадения в осадок образованного целевого продукта в процессе электролиза.

Для предотвращения образования пассивирующей пленки на аноде целесообразно электролиз вести в присутствии бихромата калия, который вводят в реакционную массу в количестве 2 г/л.

Далее реакционную массу, подвергнутую электролизу, подвергают согласно заявляемому изобретению упариванию при температуре не менее 80^oC для предварительной кристаллизации целевого продукта и появления отдельных кристаллов йодата калия - зародышей последующей полной кристаллизации йодата калия. Затем реакционную массу, подвергнутую предварительной кристаллизации, начинают охлаждать до температуры окружающей среды, в результате чего происходит интенсивное образование кристаллов йодата калия - кристаллизация целевого продукта.

Далее образованные кристаллы выделяют из остатков реакционной массы, представляющих собой по существу маточный раствор.

Указанный маточный раствор затем можно использовать на стадии взаимодействия йодсодержащего продукта с гидроксидом калия.

Выделенный кристаллический йодат калия имеет влажность 10-15%. Для достижения влажности около 0,5% его сушат.

В соответствии с заявляемым изобретением йодат калия получают при использовании в качестве исходного продукта йодида калия, который подвергают окислению при электролизе реакционной массы, имеющей щелочность до 8 г/л и содержащей анионы йода в количестве до 160 г/л, катионы йода в количестве до 50 г/л.

Реакционную массу с указанными характеристиками используют в качестве электролита, а электролиз осуществляют преимущественно при следующих режимах: при напряжении до 6 В, плотности тока до 500 А/кв.м и температуре не менее 70^oC. В результате электролиза йодид калия окисляется и практически полностью преобразуется в целевой йодат калия.

Указанные параметры реакционной массы, подвергаемой электролизу, и режим электролиза, в том числе температурный, исключают возможность выпадения в осадок образованного целевого продукта в процессе электролиза.

Для предотвращения образования пассивирующей пленки на аноде целесообразно электролиз вести в присутствии бихромата калия, который вводят в реакционную массу в количестве 2 г/л.

Далее реакционную массу, подвергнутую электролизу, подвергают согласно заявляемому изобретению упариванию при температуре не менее 80^oC для предварительной кристаллизации целевого продукта и появления отдельных кристаллов йодата калия - зародышей последующей полной кристаллизации йодата калия. Затем реакционную массу, подвергнутую предварительной кристаллизации, начинают охлаждать до температуры окружающей среды, в результате чего происходит интенсивное образование кристаллов йодата калия - кристаллизация целевого продукта.

Далее образованные кристаллы выделяют из остатков реакционной массы, представляющих собой по существу маточный раствор.

Указанный маточный раствор затем можно использовать на стадии взаимодействия йодсодержащего продукта с гидроксидом калия.

Выделенный кристаллический йодат калия имеет влажность 10-15% после высушивания до влажности 0,5%.

Получаемый согласно изобретению йодат калия имеет следующий состав, мас. %:
Йодат калия - ≥ 99,5
Cульфаты - ≤ 0,01
Тяжелые металлы - ≤ 0,001
Железо - ≤ 0,001
Йодиды - ≤ 0,002
Хлориды, хлораты, бромиды, броматы - ≤ 0,02
Заявляемое изобретение обеспечивает при сокращении технологического цикла, необходимых производственных площадей и снижении энерго- и трудозатрат достижение высокого выхода целевого продукта.

Пример 1
В емкость, снабженную перемешивателем, вводят 300 л воды, 24 кг 92,5%-ного гидроксида калия. Содержимое перемешивают в течение 15 мин до полного растворения гидроксида калия, затем в полученный раствор при перемешивании вводят 53 кг йода мелкокристаллического. Раствор перемешивают в течение 0,5 ч для полного прохождения реакции
3J₂+6КОН---5KJ+КJO₃+3Н₂О.

Для предотвращения образования пассивирующей пленки на аноде в процессе последующего электролиза в раствор вводят 0,8 кг бихромата калия.

После загрузки всех названных реагентов и перемешивания реакционная масса ориентировочно содержит анионы йода в количестве 97-160 г/л, катионы йода в количестве 17-50 г/л и имеет щелочность 2-8 г/л.

Указанную реакционную массу в качестве электролита заливают в электролизер, устанавливают рабочее напряжение 3-3,5 В и ток электролиза 2000-2500 А. Температурный режим электролиза 80^oC. В ходе электролиза осуществляют отбор проб для анализа через каждые 4 ч работы до срабатывания электролита по J^- до 15 г/л. По достижении этой концентрации отбор проб осуществляют через час по полного срабатывания J^- и преобразования присутствующего в реакционной массе йодида калия (KJ) в целевой йодат калия (КJO₃).

По окончании электролиза горячий раствор йодата калия подвергают фильтрованию для очистки от возможных механических примесей. В качестве фильтрующего материала используют четыре слоя фильтровальной бумаги и бязь.

Отфильтрованный раствор йодата калия подвергают упариванию при температуре не менее 80^oC для предварительной кристаллизации целевого продукта и появления отдельных кристаллов йодата калия - зародышей последующей полной кристаллизации йодата калия.

Далее раствор, подвергнутый предварительной кристаллизации, подают в кристаллизатор, в рубашку которого подают охлажденную воду. Процесс кристаллизации осуществляют при постоянном перемешивании до охлаждения содержимого до 20-25^oC.

Содержимое кристаллизатора в виде суспензии кристаллов йодата калия в маточном растворе подают на нунч-фильтр, на котором происходит отделение кристаллов йодата калия (КJO₃) от маточного раствора. В качестве фильтрующего материала используют один слой сукна шинельного и бязевый фильтр с двойным дном.

Маточный раствор далее используют в качестве воды при осуществлении взаимодействия мелкокристаллического йода с гидроксидом калия.

Отделенный кристаллический йодат калия (КJO₃) промывают и просушивают.

Получают кристаллический йодат калия (КJO₃) в количестве 48,56 кг, содержание воды составляет 5,2 кг.

Пример 2
В емкость, снабженную перемешивателем, вводят воду и йодид калия. Содержимое перемешивают.

Для предотвращения образования пассивирующей пленки на аноде в процессе последующего электролиза в раствор вводят бихромат калия.

Реакционная масса ориентировочно содержит анионы йода в количестве 97-160 г/л, катионы йода в количестве 17-50 г/л и имеет щелочность 2-8 г/л.

Указанную реакционную массу в качестве электролита заливают в электролизер, устанавливают рабочее напряжение 3-3,5 В и ток электролиза 2000-2500 А. Температурный режим электролиза 80^oC. В ходе электролиза осуществляют отбор проб для анализа через каждые 4 часа работы до срабатывания электролита по J^- до 15 г/л. По достижении этой концентрации отбор проб осуществляют через час по полного срабатывания J^- и окисления йодида калия (KJ) до целевого йодата калия (КJO₃).

По окончании электролиза горячий раствор йодата калия подвергают фильтрованию для очистки от возможных механических примесей. В качестве фильтрующего материала используют четыре слоя фильтровальной бумаги и бязь.

Отфильтрованный раствор йодата калия подвергают упариванию при температуре не менее 80^oC для предварительной кристаллизации целевого продукта и появления отдельных кристаллов йодата калия - зародышей последующей полной кристаллизации йодата калия.

Далее раствор, подвергнутый предварительной кристаллизации, подают в кристаллизатор, в рубашку которого подают охлажденную воду. Процесс кристаллизации осуществляют при постоянном перемешивании до охлаждения содержимого до температуры 20-25^oC.

Содержимое кристаллизатора в виде суспензии кристаллов йодата калия в маточном растворе подают на нутч-фильтр, на котором происходит отделение кристаллов йодата калия (КJO₃) от маточного раствора. В качестве фильтрующего материала используют один слой сукна шинельного и бязевый фильтр с двойным дном.

Маточный раствор далее вводят в качестве воды в реакционную массу, используемую в качестве электролита.

Отделенный кристаллический йодат калия (КJO₃) промывают и просушивают.

Изобретение относится к области переработки гидроминерального сырья, в частности к переработке йодосодержащих вод. Задачей изобретения является сокращение технологического цикла и обеспечение высокого выхода целевого продукта. Способ получения йодата калия включает взаимодействие элементарного йода с гидроксидом калия с образованием растворенного йодата калия и растворенного йодида калия в реакционной массе, имеющей щелочность до 8 г/л и содержащей анионы йода в количестве до 160 г/л, катионы йода до 50 г/л. Реакционную массу подвергают электролизу, затем упариванию при температуре не менее 80^oС, после чего осуществляют кристаллизацию путем охлаждения реакционной массы до температуры окружающей среды и выделение кристаллов целевого продукта. В другом варианте при электролизе реакционной массы дополнительно производят окисление йодида калия. 2 с. и 2 з.п. ф-лы.

1. Способ получения йодата калия, включающий химическое взаимодействие элементарного йода с гидроксидом калия, образование в реакционной массе растворенного йодата калия и растворенного йодида калия, кристаллизацию целевого продукта путем охлаждения реакционной массы до температуры окружающей среды и выделение кристаллов целевого продукта из реакционной массы, отличающийся тем, что указанные реагенты берут в количестве, обеспечивающим образование растворенного йодата калия в реакционной массе, имеющей щелочность до 8 г/л и содержащей анионы йода в количестве до 160 г/л, катионы йода до 50 г/л, реакционную массу подвергают электролизу, последующему упариванию при температуре не менее 80^oС, обеспечивающему предварительную кристаллизацию целевого продукта, и охлаждению, в результате которого происходит интенсивная кристаллизация целевого продукта. 2. Способ получения йодата калия, включающий химическое взаимодействие элементарного йода с гидроксидом калия, образование в реакционной массе растворенного йодата калия и растворенного йодида калия, кристаллизацию целевого продукта путем охлаждения реакционной массы до температуры окружающей среды и выделение кристаллов целевого продукта из реакционной массы, отличающийся тем, что реакционную массу, имеющую щелочность до 8 г/л, содержащую анионы йода в количестве до 160 г/л и катионы йода до 50 г/л, подвергают электролизу, при котором проводят окисление йодида калия до преобразования его в целевой йодат калия, упариванию при температуре не менее 80^o С, обеспечивающему предварительную кристаллизацию целевого продукта, и охлаждению, при котором происходит интенсивная кристаллизация целевого продукта. 3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что электролиз осуществляют при напряжении до 6 В, плотности тока до 500 А/м² и температуре не менее 70^oС. 4. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что электролиз осуществляют в присутствии бихромата калия.