Способ перекристаллизации ортофосфата алюминия Советский патент 1984 года по МПК C01B25/36 

05

ел

САЭ 00 Изобретение относится к гидротермальному способу перекристаплиэа ции ортофосфата алюминия (А)РО(|) и может быть использовано в различных областях неорганической химии, например, как исходное сырье для создания композиционных материалов, в jCOCTae котЬрых входил бы , в пьезотехнике, в частности в резонаторах и фильтрах различного назначения. Известен способ выращивания монокристаллов А1Р04На затравку Гидротермальным методом из водных раст воров фосфорной кислоты при 300iSO C. Согласно этому способу кристаплы выращивают на участке обратной растворимости вследствие отрицательного температурного коэффициента растворимости AlPO, либ:О повышением температуры раствора, либо созданием обратного обычному перепада температур ij . Недостатками зтого способа являются требование применения высоких температур и давлений, а также невозможность получить кристаллический ортофосфат алюминия с кристаллами практически одинакового размер Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения AIPO/1 в автоклаве путем спонтанной крисааллизации из водног раствора фосфорной кислоты, насыщен ного фосфатом алюминия, при 150 и при обратном пе..епаде. При Этом скорость поднятия температуры .от 150 до 325°С составляет 10°С в день, а давление изменяется от .10 до 13000 атм 2 . Недостатками способа являются высокие температуры и давление процесса и малы{1 выход спонтанных моно кристаллов (,50% от веса загрузки) . Цель изобретения - снижение энер гозатрат и повышение выхода кристал лического ортофосфата алюминия. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу перекрис таллизации ортофосфата алюминия, з ключaющe 1ycя в том, что перекристал лизацию ведут в водном растворе ми неральной кислоты при повышенных температуре и давлении, причем в I качестве минеральной кислоты используют серную кислоту. Причем, перекристаллизацию ведут при концентрации водного раствора серной :кислоты1 7-12 мас.%, при температуре 120-140 С, температурном градиенте 0,6-0,9 град/см, давлении 20-50 атм. При зтом в качестве исходного ортофосфата алюминия используют алю мофосфатное стекло. Сущность способа заключается в следующем. Вследствие достаточной абсолютной величины растворимости алкмофосфатного стекла в водном растворе серной кислоты, применение последней позволяет использовать метод прямого температурного градиента, создавая его равным 0,6-0,9 град/см, и проводить процесс перекристаллизации ортофосфата алюминия при- 12014о С. Дпя осуществления перекристаллизации А1РО( при такой температуре необходима концентрация водного раствора серной кислоты, равная 7-12 мас.%. При более низкой концентрации кислоты уменьшается растворимость AIPO , а при более высокой увеличивается вязкость раствора, что приводит к снижению выхода кристаллического продукта. Давление среды при 120-140 С составляет 20 50 атм. Технология способа состоит в следующем. В стандартный автоклав перирдического действия, футерованный фторопластом, загружают в виде пластины алюмофосфатное стекло с составом, отвечанндим , cyNOna примесей в котором не превышает , заливают водным раствором Н/jSO/j с таким расчетом, чтобы отнсяяение твердой и жидкой фаз было постоянным, затем автоклав герметизируют и помещают в печь сопротивления с двумя нагревателями, с помощью которых его нагревают до заданной температуры с температурным градиентом, необходимым для создания перенасыщения в зоне кристаллизации. Прим ер 1. В стандартный автоклав, футерованный фторопластом, емкостью 200 мл загружают 44 г алюмофосфатного стекла в виде пластин, затем заливают водный раствор серной кислоты концентрацией 7 мас.%, при этом соотнесение твердой и жидкой фаз составляет 1:4,5, Автоклав герметически закрывают и помещают в печь сопротивления-.с двумя нагревателями, с помощью которых нагревают до , вследствие чего в нем создается давление порядка -20 . Температурный градиент поддерживают равным 0,6 град/см, время вьвдержки в стандартном режиме 6 сут. Исходное стекло равномерно растворяется с поверхности и переходит в раствор с последующей кристаллизацией ортофосфата алюминия в зоне пересыщения. При этом вследствие растворения алюмофосфатного стекла с поверхности обеспечивается равномерность процесса, поэтому пересыщение в каждой точке объема раствора постоянно/ что и обеспечивает получение мелкокристаллического ортофосфата алюминия с зернами одиракового размера. Выход кристаллическог ортофосфата алюминия 43,1 г, что составляет 98% от веса исходной загрузки. Спектральный анализ показйвает, что сумма примесей в полученных кристаллах составляет что свидетельствует о их хорошей чистоте. Размер кристаллов находится в пределах 0,3-0,4 мм.

Пример 2. Процесс получения кристаллического ортофосфата алюминия осуществляют аналогично примеру 1. Рабочие параметры кристаллизации: температура , температурный Градиент О,9 град/см, концентрация водного раствора серной кислоты 12 мас.%, соотношение твердой и жидкой фаз 1,4:5,5. Время выдержки в режиме 5 сут. В оезультате описанного технологического процесса происходит образование кристаллического Выход кристаллов ортофосфата алюминия от всей исходной шихты практически 100%. Чистота кристсшлов А1Р04 аналогична той, что в примере 1. Размер зерен 0,4 мм.

В таблице представлены основные технологические параметры получения кристаллического ортофосфата алюминия.

1. СПОСОБ ПЕРЕКРИСТАЛЛИЗАЦИИ ОРТОФОСФАТА АЛЮМИНИЯ в водном растворе минеральной кислоты при повышенных температуре и давлении, отличающийся тем, что, с целью снижения энергозатрат и повышения выхода кристаллического ортофосфата алюминия, перекристаллизацию ведут в водном растворе серной кислоты. 2.Способ по п. 1, о т J и ч а ю щ и и с я тем, что перекристаллизацию ведут при концентрации водно-. го раствора серной кислоты 7-12 мас.% температуре 120-140 С, температурном градиенте 0,6-0,9 град/см и давлении 20-50 атм. 3.Способ по п. 1, отличающийся тем, что исходный ортофосфат алюминия используют в виде алюмофосфатного стекла.