Способ получения натрий-цинкового метафосфата Советский патент 1993 года по МПК C01B25/36 

Изобретение относится к способу получения кристаллического натрий-цинкового метафосфата Na4Zn4(P4Oi2)3 методом выпаривания из гидротермальных растворов и может быть использовано в препаративной химии, пьезотехнике и оптоэлектронике. В частности, кристаллическая шихта Na4Zrt4(P4Oi2)3 может быть применена в качестве исходного материала для получения крупных монокристаллов и электрооптиче- ской и пьезоэлектрической керамики из этого соедйШ«1и..

ЦЫь;;И йб(етения - получение моно- кристаллов йг ий-цинкрвого метафосфата с размерамиi ijj, 0,3-

П р и м е р. 500 г 65мас,%-ного водного раствора ортофосфорной кислоты заливают в стеклоуглеродн ый crafeart 1; |рторый затем каждые 2 ч четырьмя навесками по 80 г добавляют оксид цинка при постоянном перемешивании раствора механической мешалкой и нагреве его до 90 ± 1б°С в электрической печи сопротивления. Затем в полученный раствор через 1 ч двумя навесками

по 108 г добавляют безводный гидроксид натрия. Полученный раствор окончательно перемешивают в течение 5ч при нагревании до 80 ± 10°С. Затем приготовленный растворе стеклоуглеродном стакане помещают в реактор низкого давления и нагревают в электрической печи сопротивления до 180°С при давлении, не превышающем 0,20 МПа. Давление регулируют за счет использования контактно го майоме тра марки ЭКМ-IV, выставленного на 0,20 МПа, и электронно-пневматического клапана марки ЭПК-Т/4, закрытого в нормальном положении. Опыт ведут в течение 360 ч, затем реактор вскрывают, полученные кристаллы промывают и высушивают. Массовый выход кристаллов, определенный относительно оксида цинка (твердая фаза выходной смеси), составляют 92% с размером кристаллических зерен порядка 5 им. .

Рентгенофазовый анализ показал идентичность дифрактограммы полученных кристаллов с известными данными.

у

Ё

00

О 44

О

Конечный продукт представляет собой однофазные кристаллы с размерами зерен, изменяющимися в зависимости от физико- химических параметров процесса в интервале 0,3-5 мм. Существенность и обоснованность физико-химических параметров ведения процесса получения кристаллической шихты заключается в следующем: интервал температур 180- 310°С необходим, так как при температуре ниже 180°С образуются побочные фазы, что приводит к невозможности получения монофазной кристаллической шихты натрий- цинкового метафосфата. С увеличением температуры выше 310°С начинает происходить интенсивное испарение фосфорного ангидрида, что фиксировалось по уменьшению жидкости в конденсаторе. Одновременно с этим при этих температурах образуются конгломераты из мелкокристаллических зерен натрий-цинкового метафосфата с размером зерен 100-200 мкм. При образовании конгломератов происходит захват маточного раствора, не испаряющегося в процессе опыта.

В результате этого, во-первых, образуется шихта с размером кристаллических зерен менее 0,5 мм, и во-вторых, массовый выход продукта падает до величины менее 60 мас.%. Величина давления 0,1 - 0,7 МПа определяется тем, что при давлении более 0,7 МПа образуются соединения другого типа, в частности ортофосфаты цинка и натрия, что приводит к невозможности получения однофазного продукта Na4Zn j(O40i2)3- С уменьшением давления менее 0,15 МПа происходит очень быстрое достижение величины пересыщения раствора при больших скоростях испарения, что приводит к образованию вещества с размером зерен до 300 мкм. Между корочками остается неудаляемый маточный раствор, что в свою очередь уменьшает массовый выход продукта, величина которого находится в пределах 60-70 мас.5. Соотношение ZnO: NaOH: НзРСм (8-9):(6-7):{8-9) является оптимальным, так как уменьшение количества Zn менее 8 приводит к избытку катионов натрия в растворе и к образованию фосфата натрия. Это обстоятельство уменьшает массовый выход однофазного конечного продукта. Аналогично при снижении менее 6 количества едкого натра в растворе происходит пересыщение раствора катионами цинка и выпадение цинка в виде фосфата и оксида, что в свою очередь снижает размеры кристаллов натрий-цинкового метафосфата и его массовый выход. С уменьшением соотношения количества НзРСМ менее 8 происходит понижение растворимости оксида

цинка и гидроксида натрия, что ведет к уменьшению выхода конечного продукта в пределах 70 мас.%. При увеличении оксида цинка более 9 в указанном выше соотношении в процессе эксперимента остается непрореагировавший оксид цинка, что также понижает массовый выход продукта.

С увеличением содержания натрия более 7 образуются фосфаты натрия, уменьшающие массовый выход продукта и препятствующие получению его однофазо- вого выхода. С увеличением содержания НзРОз более 9 в растворе остается избыток ортофосфорной кислоты, что способствует

образованию фосфатных связок, приводящих к получению гигроскопических кристаллов цинка и натрия, которые уменьшают массовый выход продукта до 60 мас.%. Исходная концентрация ортофосфорной кислоты определяется тем, что при концентрации менее 65 мас.% время проведения опыта сильно увеличивается, а с увеличением концентрации кислоты более 72 мас.% образуются побочные фазы.

Все найденные физико-химические параметры способа причинно связаны с целью изобретения, нарушение этой взаимосвязи к невоспроизводимости и невозможности получения кристаллической шихты

Na4Zn/i(P iOi2)3 с массовым выходом до 95 мас.% и размером зерен 0,3-5 мм.

Результаты других опытов при различных параметрах процесса приведены в таблице.

Преимуществом указанного способа перед известным является следующее.

Способ требует несложной и недорогой в технологическом отношении аппаратуры низкого давления.

В зависимости от физико-химических параметров процесса размер кристаллических зерен шихты и ее выход можно варьировать в заданных пределах.

Практически способ позволяет реализовать безотходное производство, экономически чистое и безвредное. Кроме конечного продукта в результате проведения процесса образуется только вода.

50

Формула изобретения

Способ получения натрий-цинкового метафосфата из водного раствора ортофосфорной кислоты, содержащего ионы натрия и , при нагревании до (245 ± 65)°С, отличающийся тем. что, с целью получения монокристаллов натрий-цинкового мета- Фосфата размером 0,3-5 мм, процесс ведут из раствора ортофосфорной кислоты концентрацией 65-72% при давлении 0,1-0,7

МПа и массов.ом соотношении оксида цинка, гидроксида натрия и фосфорной кислоты 8-9: 6-7:8-9 соответственно.

Изобретение относится к способу получения натрий-цинкового метафосфата. Цель изобретения - получение монокристаллов Na4Zn4(P4012)з размером 0,3-5 мм, которые могут быть использованы в пьезо - технике. Сущность способа состоит в том, что процесс ведут из раствора ортофосфор- ной кислоты концентрацией 65-72% при давлении 0,1-0,7 МПа и массовом соотношении оксида цинка, гидооксида натрия и фосфорной кислоты (8-9)). 1 табл.