Способ получения трехзамещенного фосфата цинка тетрагидрата Советский патент 1992 года по МПК C01B25/26 

Изобретение относится к технологии реактивных соединений ортофосфорной кислоты, а именно к способам получения фосфатов цинка, которые применяются в качестве вяжущих составов, микроудобрёний, составных частей люминофоров, для пропитки тканей и древесины, употребляемых в условиях воздействия влаги и т.д.

Целью изобретения является повышение качества и выхода целевого продукта.

Поставленная цель достигается тем, что гидроксокарбонат цинка и фосфорную кислоту смешивают одновременно при рН 3-4, используют в реакционной зоне раствор фосфорной кислоты концентрации ОИ-0,5 мас.% в стехиометрическом количестве, с одновременным нагреванием реакционной смеси до кипения не менее 4 ч.

В предлагаемом способе в качестве цинксодержащего сырья используется гидроксокарбонат цинка. Концентрация раствора фосфорной кислоты в реакционной зоне составляет 0,1-0,5 мас.%. Синтез соли проводится при температуре кипения и поддержании постоянного объема реакционной смеси, смешение исходных реагентов осуществляется одновременно при рН 3-4.

Способ осуществляют следующим образом.

В реактор помещают определенную accy дистиллированной воды, нагревают ее до кипения. Добавляют в воду фосфорную кислоту в количестве, обеспечивающем достижение рН 3. Одновременно вводят гидроксокарбонат цинка и фосфорную кислоту, взятую из расчета 100% от стехиометрически необходимого количества для получения трехзамещеннрго фосфата, таким образом, чтобы рН суспензии составлял 3-4. Концентрация раствора фосфорной кислоты в реакционной зоне 0,1-0,5 мас,%. После смешения реагентов продолжают перемешивание суспензии при ее постоянном объеме еще 3-4 ч. Затем суспензию охлаждают, осадок трехзамещенного фосфата цинка отделяют от маточного раствора, промывают холодной дистиллированной водой, сушат при 40°С до постоянной массы. Получают соль состава 7пз(Р04)2 4Н20. П р и м е р 1. В термостатируемый при 100°С реактор помещают 80 мас.ч. дистиллированной воды, нагревают до температуры кипения. Добавляют 0,4 мас.ч. 30%-ного раствора НзРО. Концентрация фосфорной кислоты в реакционной зоне во время синтеза составляет 0,15-0,5 мае,%. При постоянном перемешивании одновременно порциями вносят 40 мас.ч. гидроксокарбоната цинка (73,17% ZnO) и 77,93 мас.ч,фосфорной кислоты та1);им образом, чтобы значение рН суспензии поддерживалось равным 3-4. Смешение проводится в течение 2 ч. Поддерживая постоянный объем реакционной смеси путем добавления кипящей воды, суспензию перемешивают еще 4 ч. После охлаждения осадок отфильтровывают, промывают 50 мас.ч. холодной дистиллированной воды, сушат при 40°С до постоянной массы в течение 6 ч. Получают индивидуальный Zn3(P04)2« 4Н20 брутто-составаЗ,ОгпО- PaOs 3,8Н20, выход по ZnO 99,9%, по Р205 99,,0%. Пример 2. В термостатируемый при реактор помещают 80 мас.ч. дистиллированной воды, нагревают до температуры кипения. Добавляют 0,2 мас.ч. 50%-ного раствора НзР04. Концентрация раствора фосфорной кислоты в реакционной зоне во время синтеза составляет 0,13-0,5 мас.%. При постоянном перемешивании одновременно порциями вносят 40 мас.ч.гидроксокарбоната цинка (73.17% ZnO) и 46,8 мас.ч, фосфорной кислоты таким образом, чтобы значение рН суспензии поддерживалось равным 3-4. Смешение пгроводится в течение 1,5 ч. Поддерживая постоянный объем реакционной смеси путем дрбавления кипящей воды, суспензию перемешивают еще 3,5 Ч; После охлаждения осадок отфильтровывают, промывают 50 мас.ч. холодней дистиллированной воды, сушат при 40°С до постоянной массы в течение 7 ч. Получают индивидуальный Zn3(P04) 4Н20 брутто-состава 3,0 ZnO- Р205- 4Н20, выход по ZnO 99,8%, по Р205 99,5%. Пример 3. В термостатируемый при 100°С реактор помещают 80 мас.ч. дистиллированной воды, нагревают до температуры кипения. Добавляют 0,1 мас.ч. 89%-ного раствора фосфорной кислоты. Концентрация раствора НзР04 в реакционной зоне в течение синтеза составляет 0,1-0,5 мас.%. При постоянном перемешивании одновременно порциями вносят 40 мас.ч. гидроксокарбоната цинка (73,17% ZnO) и 26,3 мас.ч. фосфорной кислоты таким образом, чтобы значение рН суспензий поддерживалось равным 3-4. Смешение реагентов проводится в течение 1 ч. Поддерживая постоянный объем реакционной смеси путем добавления кипящей воды, суспензию перемеш.ивают еще 3 ч. После охлаждения осадок отфильтровывают, промывают 50 мас.ч. холодной дистиллированной воды, сушат при 40 °С до постоянной массы в течение 6,5 часов. Получают индивидуальный Zn3(PO4)2r 4Н20 брутто-состава 3,0 ZnO Р205 3,9Н20, выход по ZnO 99,9%, по Р205 99,3%. Выбор диапазона значений рН, в котором происходит образование трехзамещенного фосфата цинка, производится на основе результатов потенциометрического титрования фосфорной кислоты твердым гидpoкcoкapбoнatoм цинка. Предварительно было установлено, что скачок титрования на кривой нейтрализации фосфорной кислоты гидроксокарбонатом цинка находится в интервале значения рН 2-7. Окончательный выбор диапазона значений рН производится на основании данных, приведенных в табл. 1. Из результатов, приведенных в табл. 1, следует, что при ведении синтеза при рН ниже 3 целевой продукт загрязняется примесью дигидрофосфата цинка, при рН 5 и выше - примесью гидроксофосфата цинка. Следовательно, для получения индивидуального трехзамещенного фосфата цинка процесс синтеза необходимо вести, поддерживая значение рН реакционной смеси равным 3-4. Выбор концентрации раствора фосфорной кислоты в реакционной зоне пщоизведен на основании данных, приведенных в табл. 2. Оптимальный диапазон концентрации раствора НзР04 в реакционной зоне 0,10-0,50 мас.%, при этом образуется индидивидуальный трехзамещенный фосфат цинка без примесей, При более низкой концентрации не происходит полного взаимодействия фосфорной кислоты с гидроксокарбонатом цинка, при более вы сокой (0,8 мас.%) реакционная масса загустевает при внесении гидроксокарбоната цинка, и целевой продукт загряЗ;нен примесью непрореагировавшего гидроксокарбоната цинка.

В табл. 3-4 приведено обоснование режима выполнения условий синтеза. При этом эффективность разрабЬтанного спо соба оценивается на основе показателей выхода целевого продукта и его брутто-состава.

Влияние продолжительности синтеза на состав и выход продуктов обосновано в табл, 4. При этом концентрация раствора НзР04 в реакционной зоне 0,1-0,5 мас.%. Температура синтеза 94-98°С.

Из данных, приведенных в табл. 3, следует, что наибольший выход индивидуальной соли Zn3(P04)2 4Н20 достигзется при 90-98°С. При понижении температуры замёдляется скорость реакции, что приводит к загрязнению целевого продукта непрореагировавшим гидроксокарбонатом цинка и образованию примеси основной соли (мольное отношение ZnO/P205 j3), снижается выход продукта по Р2О5.

Результаты, приведенные в табл. 4, подтверждают, что общая продолжительность синтеза, при которой достигается максимальный выход трехзамещенного фосфата цинка по ZnO и PaOs. а также обеспечивается требуемое качество продукта (отсутствие примеси карбоната) составляет 4-6 ч. При меньшей продолжительности не обеспечивается полное взаимодействие гидроксокарбоната цинка с фосфорной кислотой, что приводит к загрязнению целевого продукта непрореагировавшим карбонатом и снижению выхода соли по Р205 и ZnO. Формула из,обретения Способ получения трехзамещенного фосфата цинка тётрагидрата, включающий взаимодействие цинксодержащего сырья с фосфорной кислотой при нагревании реакционной массы с последующим охлаждением и сушкой продукта, отличающийс я тем, что, с целью повышения качества и выхода целевого продукта, в качестве цинксодержащего сырья используют гидроксокарбонат цинка, причем взаимодействие ведут при одновременном дозировании реагентов иподдержании рН реакционной массы в пределах 3-4 и концентрации фосфорной кислоты 0,1-0,5 мас.%, а нагревание реакционной массы до кипения осуществляют в течение4-6 ч.

Таблица1

Изобретение относится к технологии реактивных соединений ортофосфорной кислоты, а именно к способам получения фосфатов цинка, которые применяют^ вкачестве вяжущих составов, микроудобрений, составных частей люминофоров, для пропитки тканей и древесины, употребляемых в условиях воздействия влаги и т.д. Цель изобретения - повышение качества и выхода целевого продукта. Способ получения трехзамещенного фосфата цинка тет- рагидрата включает взаимодействие цинкосодержащего сырья с фосфорной кислотой при нагревании реакционной массы с последующим охлаждением^ и сушкой продукта. Поставленная цель достигается тем, что в качестве цинксодержащего сырья используют гидроксокарбонат цинка, причем взаимодействие ведут при одновременном дозировании реагентов и поддержании рН реакционной массы в пределах 3-4 и концентрации фосфорной кислоты 0,1-0,5 мас.%, а нагревание реакционной массы до кипения осуществляют в течение 4-6 ч. 4 табл.(Лс

Таблица 2

Демпература кипения суспензии. Смоделировано по прототипу; концентрация раствора НзР04 55 мас.%.

Таблица 3

Таблица 4