Способ получения фосфата бора Советский патент 1981 года по МПК C01B25/26 

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФОСФАТА БОРА

Изобретение относится к способам получения фосфата бора, который находит применение в химической промы ленности как катализатор, как соста ная часть некоторых видов стекла и керамики, как реактив в лабораторно практике. Известен . способ получения фосфа та бора путем взаимодействия эквивалентных количеств борной и концен рированной фосфорной кислот при нагревании до 80-100°С. Образовавшуюся аморфную массу прокаливают при 1050-1300с до получения кристаллического вещества с содержание фосфат-иона 89-91 мае. %, а бора 9 И мае. %, т.е. атомное отношение бора к фосфору не постоянно Ь. Недостатком его является широкий интервал колебаний содержания фосфат-иона, бора и их атомное отношение изменяется.в пределах от 0,893 до 1,2. Известен также способ получения постоянного по составу, близкого к стехиометрическому, фосфата бора , путем взаимодействия кристаллическо уборной кислоты с концентрированной фосфорной кислотой при нагревании. Этот способ включает измельчение кристаллической борной кислоты до размера частиц, меньших 200 меш.; , перемешивание фосфорной кислоты с в6дои; добавление к смеси измельченной кристаллической борной кислоты; перемешивание в высокооборотном тур бомиксере или коллоидной мельнице; добавление еще воды и перемешивание до кремообразной пасты п§и 80 - 90°С; сушка суспензии на противнях до образования твердой ломкой массы при 120 - в течение сут; прокалка ;аморфного продукта при 1050-1300°С |до получения труднорастворимого в Iводе кристаллического фосфата бора. Исходные реагенты необходимо брать в строго эквимолярных количествах, в случае отклонения от этого ТЕ)ебования получаемый фосфат бора не имеет строго стехиометрический состав 2 . Недостаткс1ми известного спосйба являются сложность процесса, обусловленная его многостадийностью, и продолжительность процесса - 28 ч. Кроме того, необходимо брать строго эквимолярные количества борной и .фосфорных кислот, что требует тщательного анализа.

Цель изобретения - упрощение и сокращение продолжительности процесса.

Поставленная цель достигается способом получения фосфата бора, заключающимся во взаимодействии борсодержащего компонента борной кислоты или борного ангидрида с концентрированной фосфорной кислотой, которые берут в мольном соотношении фосфорного ангидрида к борному ангидриду, равном 1,5-2,0:1, взаимодействие ведут в гидротермальных условиях при 200-300С и давлении насыщенных паров 5-30 атм с последующей сушкой продукта.

При введении фосфорной кислоты, взятой в мольном соотношении фосфорного ангидрида к борному ангидриду менее 1,5, при температуре автоклавирования 250°С не весь введенный борсодержащий реагент вступает в реакцию и при этом после отмывки фосфорной кислоты полученный продукт содержит примесь труднорастворимого борного ангидрида, нарушающего стехиометрический состав продукта и поставленная цель не достигается.

При введении фосфорной кислоты, взятой в мольном соотношении фосфорного ангидрида к борному более 2,О образуется стехиометрический кристаллический продукт, однако использовать такое соотношение фосфорной кислоты и борсодержащего реагента нецелесообразно, так как поставленная цель уже достигнута, а избыточная фосфорная кислота должна отмываться и ее избыток в данном случае удорожает продукт.

При введении гидротермального синтеза при 200°С образуется фосфат бора стехиометрического состава, но значительно увеличивается продолжительность процесса и снижается выход продукта. Поэтому ведение гидротермального синтеза при температуре ниже 200°С нецелесообразно.

При ведении гидротермального синтеза при 300°С в течение 2 ч образуется кристаллический фосфат бора стехиометрического состава с выходом равным 97% от теоретического. Поэтому ведение гидротермального синтеза при температуре выше 300°С нецелесообразно.

Возможно использование в качестве борсодержащего реагента также борного ангидрида, который представляет собой твердую стеклообразную массу, трудно поддающуюся измельчению, однако данная стадия в подготовке исходных компонентов не является необходимой. Борный ангидрид загружают в автоклав без измельчения.

Пример 1. Суспензию 14,83 г кристаллической борной кислоты и 15 мл 90%-ной фосфорной кислоты, что соответствует мольному соотношению

1,5, автоклавируют при 250С в течение 3 ч, давление насыщенных паров Р 12,5 атм. Полученный продукт.отмывают дистиллированной водой от избытка фосфорной кислоты (450 мл), лепешку продукта сушат при 110-120с в течение 5 ч. Получают белый кристаллический труднорастворимый в воде порошок фосфата бора.

Выход продукта 98% от теоретического. Продукт содержит 33,96 мае. % ВлОа и 67 мае. % . Мольное соотношение .О равно 0,97.

П р и м е р 2. Суспензию 13,18 г кристаллической борной кислоты и

20 мл 90%-ной фосфорной кислоты, что соответствует мольному соотношению 2, автоклавируют при 300°С в течение 2 ч; давление насыщенных паров Р 30 атм, отмывают от

избыточной фосфорной кислоты дистиллированной водой (750 мл), лепешку продукта сушат пои комнатной температуре в течение сут или при 110120 0 в течение 5 ч.

Получают белый кристаллический порошок фосфата бора стехиометрического состава. Выход продукта 97,0% от теоретического. Продукт содержит 33,12 мае. % В„О и 66,32 мае. %

Мольное соотношение Рг)Ос.:В.Ол

1,002.

Примерз. Суспензию 8,48 г стеклообразного борного ангидрида и 15 мл 90%-ной фосфорной кислоты, что соответствует мольному соотношению P2Oj:B,O2, 1,5, автоклавируют при в течение 5 ч; давление насыщенных паров 5 атм.

Полученный продукт отмывают дистиллированной водой от избытка

фосфорной кислоты, лепешку продукта сушат при ИО-120°С в течение 3 ч. Получают белый кристаллический порошок фосфата бора. Выход продукта 94% от теоретического.

Фосфат бора содержит 32,47 мае. % и 66,03 мае. % Мольное соотношение , 1,00.

Прим ерр 4. Суспензию 7,53 г стеклообразного борного ангидрида и

20 мл 80%-ной фосфорной кислоты, что соответствует мольному соотношению P OfiBi -i - 2,0, автоклавируют при 250°С в течение 2 ч; давление насыщенных паров Р 17,5 атм.

Полученный продукт отмывают дистиллированной водой от избытка фосфорной кислоты, лепешку продукта сушат при 110-120 С в течение 5 ч. Получают белый кристаллический порошок

фосфата бора. Выход продукта 94% от теоретического. Фосфат бора содержит 33,21 мае. % ВлО. и 66,51 мае. %

PIO 5Мольное соотношение РлОгсВ-О.

0,98.

Мольное соотношение фосфорной кислоты и борсодержашего реагента может колебаться в пределах 1,5-2,0, не оказывая существенного влияния на состав конечного продукта.

Изобретение позволяет использовать в качестве борсодержащего компоTieHTa борный ангидрид, что способствует расширению ассортимента реагентов, применяющихся для получения кристаиглического фосфата бора, а также упростить процесс за счет исключения стадий измельчения борной кислоты, перемешивания реагентов и прокалки аморфного продукта. При этом продолжительность процесса сокращается до И ч.

Формула изобретения

форной кислотой при нагревании с последующей сушкой, отличающийся тем, что, с целью упрощения и сокращения продолжительности процесса, его ведут в гидротермальных условиях при 200-300°С и давлении насыщенных паров 5-30 атм.

0

Источники информации,

5 принятые во внимание при экспертизе

0 (прототип).