Способ получения фосфата кобальта /II/ октагидрата Советский патент 1993 года по МПК C01B25/26 

Изобретение относится к технологии реактивных соединений фосфорной кислоты, а именно к способам получения фосфатов кобальта (Н), которые являются перспективными катализаторами, пигментами, служат составными- частями термофосфатных декоративных покрытий, представляют собой микроудобрения, улучшающие одновременно качество макроудобрений.

Известные способы получения Сочз(РО4)2 -8Н20 основаны на обменной реакции между растворами хлорида кобальта и фосфатами щелочных металлов или аммония при повышенной температуре. В частности в работе Basset Н., Bedwell W.L. Staples of Phosphates/J.Chem. Soc.-1933. V. 1-2 (A) P. 854-876 3 описан следующий пре- паративный способ получения кристаллического Соз(РО4)2 ; 8Н2О. Раствор хлорида кобальта (3,0 г CoCh 6HaO в 50 см3 НаО) добавляли к раствору, содержащему 10 г К2НР04 в 400 см3 Н20, смесь нагревали до начала осаждения и оставляли на ночь для выделения кристаллов. Описанный способ имеет ряд существенных недостатков, что делает его малопригодным для применения в технологии реактивов. Кроме большой

длительности процесса выделения целевого продукта из растворов (от 24 ч до 6 мес), применяются большие избытки растворов осадителей (6-8-кратные от стехиометриче- ски необходимых количеств в способах 1, 2; 1,5-кратный в способе 4 и более чем 40-кратный в способе 3). Это приводит к большим объемам отходов, содержащим фосфат- ионы, а также загрязнению целевого продукта примесями двойных фосфатов кобальта и щелочных металлов. Выход целевого продукта по указанным способам не превышает 12% от теоретического. Данный способ принят в качестве прототипа.

Целью настоящего изобретения является повышение выхода целевого продукта, сокращение продолжительности процесса и отходов производства.

Поставленная цель достигается получением фосфата кобальта (II) октагидрата путем разложения гидроксока-рбоната кобальта раствором фосфорной кислоты при нагревании суспензии..

Существенными признаками, общими для прототипа и данного изобретения, является образование Соз(РО|ф 8Н20 при взаимодействии реагентов, содержащих соединения кобальта (II) и соединения фос№

формой кислоты. Однако в способе - прототипа целевой продукт получают низкоэффективным путем, требующим большого перерасхода реагентов, энергетических и временных затрат. Предлагаемым способом эти недостатки устраняются.

Отличительными признаками способа являются температурный режим синтеза соли и продолжительность синтеза. Существенным отличительным признаком изобретения является состав и порядок смещения исходных реагентов.

Способ осуществляют следующим образом. В реактор помещают определенное количество дистиллированной воды, нагревают ее до 30-50°С. Добавляют в воду раствор фосфорной кислйты в количестве, обеспечивающем/ достижение рН 2,8-3,2. Одновременно при постоянном перемешивании вводят гидроксокарбонат кобальта и фосфорную кислоту, взятую из расчета 100% от стехиометрически необходимого количества для получения трехзамещенного фосфата, таким образом, чтобы рН суспензии составлял 3,2-3,8. После смещения реагентов продолжают перемешивание суспензии в течение не менее 3 ч. Затем суспензию охлаждают, осадок, трехзамещенного фосфата кобальта октагидрата отделяют от маточного раствора, промывают холодной дистиллированной водой, сушат до постоянной массы. Получают соль состава Соз(РОф 8Н20. .

Обоснование выбора оптимального режима синтеза трехзамещенного фосфата крбальта октагидрата приведено в табл. 1-4.

Выбор диапазона значений рН, в котором происходит образование трехзамещенного фосфата кобальта, производили на основании результатов потенциометриче- ского титрования фосфорной кислоты порошкообразным гидроксокарбонатом кобальта. Предварительно было установлено, что скачек титрования на кривой нейтрализации фосфорной кислоты гидроксокарбонатом кобальта наблюдался в диапазоне рН 2,5-4,8. Окончательно выбор диапазона значений рН проводился на основании данных, приведенных в табл. 1.

Из результатов, приведенных в табл. 1 следует, что при введении синтеза при рИ 3,2 наряду с целевым продуктом образуется примесь гидрофосфата кобальта, а при рН 4,0 - примесь гидроксофосфата кобальта, Поэтому для получения индивидуального трехзамещенного фосфата кобальта синтез необходимо вести, поддерживая значение рН реакционной смеси я диапазоне 3,2-3,8.

Выбор концентраций раствора фосфорной кислоты, используемой в синтезе, проведен на основании данных, приведенных в табл. 2.

Оптимальный диапазон концентрации раствора НзРО/1. используемой в синтезе,- 20-40 мае. % при этом образуется индивидуальный трехзамещенный фосфат кобальта октагидрат. При более низкой и более вы.со0 кой концентрациях раствора НзРОз целевой продукт загрязняется примесью непрореагировавшего гидроксокарбоната кобальта. В первом случае - вследствие неполного взаимодействия исходных реагентов, во

5 втором - из-за загустевания реакционной смеси при внесении гидроксокарбоната крбальта, что приводит к резкому ухудшению условий синтеза.

В табл. 3-4 приведено обоснование вы0 бора температурного режима и продолжительности синтеза трехзамещеннрго фосфата кобальта октагидрата. При этом эффективность способа оценивали на основании показателей выхода целевого продукта

5 и его брутго-состава.

Из данных, приведенных в табл. 3, сле- дует, что оптимальный температурный режим синтеза индивидуального Соз(Р04)2Х х 8НаО 30-50°С, при котором достигается

0 наибольший выход продукта по СоО и Р205. При повышении температуры выход снижается вследствие увеличения растворимости соли, а также образуется примесь гидроксо- фосфата кобальта (мольное отношение

5 СоО/Р205 3).

Результаты, приведенные в табл. 4, подтверждают, что продолжительность синтеза при которой обеспечивается требуемое качество целевого продукта (отсутствие пр.и0 меси гидроксокарбоната), а также достигается выход трехзамещенного фосфата кобальта по СоО - 98%, по Р20з - 95,5%, должна составлять не менее 3 ч. При меньшей продолжительности не обеспечи5 вается полное взаимодействие гидроксокарбоната кобальта с фосфорной кислотой, что приводит к загрязнению целевого продукта непрореагировавшим гидроксокарбонатом кббальта. ..

0 П р и м е р . В термостатируемый при 30°С реактор помещают 80 мас.ч. дистиллированной воды, нагревают до заданной температуры, Добавляют 0,3 мас.ч. 20%-ного раствора НзРО/i. При постоянном переме5 щивании одновременно порциями вносят 10,00 мас.ч. гидроксокарбоната кобальта (70,0 % СоО) и 30,2 мас.ч. фосфорной кислоты (20 мас.%) таким образом, чтобы значение рН суспензии поддерживалось равным 3,2-3,8. Смешение производится в течение

0,25 ч. Суспензию продолжают перемешивать еще 2,75 ч. После охлаждения осадок отфильтровывают, промывают 50 мае.ч. холодной дистиллированной воды, сушат при комнатной температуре или при 40°С до постоянной массы.

Получают индивидуальный Соз(Р04)2Х х8Н20брутто-составаЗ,ОСоО P20s -7.9Н20, выход по СоО 98,0%, по Р20б 97,0%.

Пример 2. В тёрмостатируемый при 50°С реактор помещают 80 мэс.ч. дистиллированной воды, нагревают до заданной температуры. Добавляют 0,2 мае.ч. 40%-ного раствора НзР04. При постоянном перемешивании одновременно порциями вносят 10,00 мае.ч. гидроксокарбоната кобальта (70,0% СоО)и 15,06 мас.ч. фосфорной кислоты (40 мас.%) таким образом/чтобы значение рН суспензии поддерживалось равным 3,2-3,8. Смешение исходных реагентов производится в течение 0,17 ч, Суспензию продолжают перемешивать еще 2,8 ч. После охлаждения осадок отделяют, промывают 50 мас.ч. холодной дистиллированной воды, сушат при комнатной температуре или при 46°С до постоянной массы.

Получают индивидуальный Соз(РСм)2х х8Н20бругго-составаЗ,ОСоО P2U5 -б.ОНаО, выход по СоО 97.9%, по Р205 95,6%.

Использование предлагаемого способа получения фосфата кобальта (П)октагидрата обеспечивает по сравнению с прототипом

0

(он же базовый объект) следующие преимущества:

повышение выхода целевого продукта по СоО с 45,9% до 98-99% и по PsOs С 50,2% до 98,0-95,5%;

сокращение продолжительности синтеза продукта со 120 до Зч;

уменьшение объема отходов производства и обеспечение таким образом его экологической безопасности;

уменьшение энерго- и трудозатрат на единицу продукции.

Формула изобретения

Способ получения фосфата кобальта (II)- октагидрата, включающий взаимодействие кобальт(Н)содержащего ифосфат-ионсодер- жащего соединений при нагревании, отделение продукта, отличающийся тем,

что, с целью повышения выхода продукта, сокращения продолжительности процесса и отходов производства, в качестве кобальт- содержащего соединения используют гид- роксокарбонат кобальта, а в качестве

фосфат-ионсодержащего соединения - 20- 40%-ный раствор фосфорной кислоты, причем взаимодействие ведут при стехиометрическом соотношении при перемешивании и одновременном дозировании исходных соединений и

поддержании рН реакционной среды в пределах 3,2-3,8 в течение 3 ч, а нагревание осуществляют до 30-50°.

Сущность: исходные реагенты для получения фосфата кобальта (II) октагидрата: гидроксокарбонат кобальта и 20-40%-ный раствор НзРОз. Реагенты дозируют и перемешивают в течение 3 ч при 30-50°С, рН среды 3,2-3,8. Выход 98-99%, продолжительность процесса - до 3 ч. 4 табл.

Зависимость состава продуктов от значения рН синтеза

рН синтеза продукта.

Соз{Р04)2 8Н20 + СоНР04 1.5Н20.

Соз(РОф 8Н20 + СоНР04 1,5Н20

Соз(Р04)2 8Н20

Соз(Р04)2 8Н20

Соз(Р04)а 8Н20 + СоаОНР04

Т а б л и ц а 1

Состав продукта

Таблица2 Зависимость состава продуктов синтеза от концентрации фосфорной кислоты

Концентрация раствора НзРСМ. (мае.) %

СозСРОф 8Н20 + Со2(ОН)2СОз

СозСРОф 8Н20

Соз(Р04)2 8Н20

Соз(Р04)а 8H20 + Соа(ОН)2СОз

Та б л и ца 3

Влияние температуры синтеза на состав и выход продуктов (концентрация раствора НзРСЦ

30 мае. %, продолжительность синтеза 3 ч)

Смоделировано по прототипу, исходные реагенты - растворы СоС12 6Н20 и (NH/i)2HP04 концентрацией 0,025 моль/л в стехиометрическом количестве.

Т а б л и ц а 4

Влияние продолжительности синтеза на состав и выход продуктов (концентрация раствора

НзР04 30 мае. %, температура 50°С)

Состав продуктов

Способ-прототип

Продолжение табл. 4