Спосіб одержання гідрофосфату кобальта півторагідрату

1. Способ получения гидрофосфата кобальта полуторагидрата путем взаимодей ствия гидроксокарбоната кобальта с фосфорной кислотой при фиксированных значениях рН и температуры с последующей фильтрацией, промывкой и сушкой осадка, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что процесс проводят при рН 2,8-3,2, температуре 4060°С, в присутствии 20-30%-ного раствора пероксида водорода, взятого из расчетагидроксокарбонат кобальта: пероксид водорода - 5:1 - 3 ; 1 , при использовании фосфорной кислоты 30-60%-ной концентрации. 2. Способ по п. 1 , о т л и ч а ю щ и й с я тем, что гидроксокарбонат кобальта и фосфорную кислоту подают в реактор непрерывно и перемешивают в течение 20-30 мин. Винахід відноситься до технології фосфорнокислих солей, зокрема, до способів одержання гідрофосфату кобальту півторагідрату. Найбільш близьким за технічною суттю І досягаємим результатом до передбаченого винаходу являється спосіб одержання гідрофосфату кобальту шляхом взаємодІТ гідроксокарбонату кобальту з 75%-ним розчином фосфорної кислоти [1]. Змішування реагентів проводять при 7080°С І рН розчину 3,6-3,7. Тривалість перебування суспензії в реакційному просторі 50-60 хв. Далі суспензію фільтрують, осад промивають водою І сушать при 50°С до постійної маси. Вихід готового продукту СоНРО4 ' 1,5НгО складає 92%. Процес являється періодичним. Задача винаходу полягає у створенні безперервного способу одержання гідрофосфату кобальта півторагідрату, який дозволяв би підвищити вихід і якість готового продукту при одночасній Інтенсифікації процесу. и Рішення поставленої задачі досягається шляхом взаємодії товарного гідроксокарбонату кобальту довільного строку зберігання з фосфорною кислотою при фіксованому значенні концентрації водневих Іонів І температури з наступним фільтруванням, промивкою І сушінням осаду, який відрізняється тим, що процес проводять при рН 2,8-3,2, температурі 4060°С, в присутності 20-30%-ного розчину пероксиду водню, взятого з розрахунку гідроксокарбонат кобальту : пероксид водню - 5:1 - 3 : 1 , при використанні фосфорної кислоти 30-60%-ної концентрації. При цьому гідроксокарбонат кобальту і фосфорну кислот/ подають в реактор безперервно І перем шують протягом 20-30 хв. С > оі 00 N3 —і Т ГЪ-l 1 Ч g, Таблиця 1 Концентрація Н2О2, % Норма Н2О2/ відношення гідроксокар Тривалість Склад готового взаємодії реа продукту / по гентів, хв. Примітка результатам бонату кобальту хімічного і рент ДОН2О2 Вихід готового продукту, % генофазового аналізів / СоНРО4'1,5НгО Велика витрата Н2О2, утворюються фосфати Co СоНРО4*1,5Н2О Продукт не забруднений домішкою фосфатів Coз+ 25 СоНРО4'1,5Н2О Велика витрата Н2О2 25 СоНРО4І,5Н2О Продукт не забруднений домішкою фосфатів Co3+ 15 201 25 ^13? сл го оо ю 30J } 25 25 СОНРО4ІЗН2О Утворюється домішкова фаза фосфатів Co СоНРО4'1,5Н2О Збільшується тривалість і енергоємкість процесу СоНРО4'1.5Н2О 25 Продукт не забруднений домішкою гідроксокар 251 25 бонату кобальту 25 СоНРО4І,5НгО 15 Як домішкова фаза присутній непрореагований гідроксокарбонат кобальту Синтез проводять при рН 3,0;50°С; НзРО4-55% Таблиця 2 Параметри процесу концентрація тривалість НзРО4, % взаємодії, хв. 55 25 2,81 55] 25 3,0 ]> 55 1 251 3,2 J 55; 25J 55 25 РН 2,7 3,4 Склад готового продукту / по ре- Вихід готового Примітка зультатам рентгенофазового і продукту, % /якість продукту / хімічного аналізів / СоНРО4-1,5Н2О+Со(Н2РО4)2*2Н2О 79.0 Утворюється механічна суміш двох фаз СоНРО4'1,5НгО СоНРО4І,5Н2О+(СоОН)2СОзпН2О 98/П 99.5 1 99,1 ] 92,3 Цільовий продукт не містить домішок Продукт забруднений домішкою СЛ гідроксокарбонату, середнього 00 фосфату 3,0 25 25 Без попереднього концентрування кислоти не досягається задане значення рН суспензії 2ДГ 301 25] СоНРО4'1,ЗН2О 99,0' 3.0 55 > 25 СоНРО4'1,5Н2О 99.5 3,0, 60 J 25І СоНРО4'1,5Н2О 98,9, Процес ускладнюється, 3,0 70 25 СоНРО4-1,5Н2О 97,8 погіршується якісний склад про Цільовий продукт не містить домішок І дукта Із-за значних коливань рН Процес проездят*» пріл 50°С з використанням 25%-ного Н2О2 (співвідношення (СоОН)гС0з * пНгО: Н2О2 - 3 : Т) ю ю 5282 Упорядник Р.Вайда Замовлення 602 Техред М.Моргентал Коректор О.Кравцова Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 25 '655, ГСП, КиТв-53, Львівська пл., 8 Виробничо-видавничий комбінат "Патент", м. Ужгород, вул.Гагаріна, 101 УКРАЇНА (19) UA (И) 5282 «з, С1 (5і)5 СОЇ В 25/26 ДЕРЖАВНЕ ПАТЕНТНЕ ВІДОМСТВО ОПИС ДО ПАТЕНТУ НА ВИНАХІД (54) СПОСІБ ОДЕРЖАННЯ ГІДРОФОСФАТУ КОБАЛЬТА ПІВТОРАГІДРАТУ 1 (20)94250568,16.04.93 (21)4796948/26 (22)28.02.90, SU (46)28.12,94. Бюл. N?7-1 (56)1. Авторское свидетельство СССР № 266744,кл. С 01 В 25/26, 1971. (71)УкраТнсыа ордена Трудового Червоного прапора сіль„когослодарська академія (УСГА) (72) Щегров Леонід Миколайович, Антрапцева Надія Михайлівна, Рябцева Наталія Володимирівна (73) Український державний аграрний університет, UA (57) 1. Способ получения гидрофосфата кобальта полуторагидрата путем взаимодей ствия гидроксокарбоната кобальта с фосфорной кислотой при фиксированных значениях рН и температуры с последующей фильтрацией, промывкой и сушкой осадка, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что процесс проводят при рН 2,8-3,2, температуре 4060°С, в присутствии 20-30%-ного раствора пероксида водорода, взятого из расчетагидроксокарбонат кобальта: пероксид водорода - 5:1 - 3 ; 1 , при использовании фосфорной кислоты 30-60%-ной концентрации. 2. Способ по п. 1 , о т л и ч а ю щ и й с я тем, что гидроксокарбонат кобальта и фосфорную кислоту подают в реактор непрерывно и перемешивают в течение 20-30 мин. Винахід відноситься до технології фосфорнокислих солей, зокрема, до способів одержання гідрофосфату кобальту півторагідрату. Найбільш близьким за технічною суттю І досягаємим результатом до передбаченого винаходу являється спосіб одержання гідрофосфату кобальту шляхом взаємодії Пдроксокарбонату кобальту з 75%-ним розчином фосфорної кислоти [1]. Змішування реагентів проводять при 7080°С І рН розчину 3,6-3,7. Тривалість перебування суспензії в реакційному просторі 50-60 хв. Далі суспензію фільтрують, осад промивають водою І сушать при 50°С до постійної маси Вихід готового продукту СоНРО4 1,5НгО складає 92%. Процес являється періодичним. Задача винаходу полягає у створенні безперервного способу одержання гідрофосфату кобальта півторагідрату, який дозволяв би підвищити вихід І якість готово го продукту при одночасній Інтенсифікації процесу. Рішення поставленої задачі досягається шляхом взаємодії товарного гідроксокарбонату кобальту довільного строку зберігання з фосфорною кислотою при фіксованому значенні концентрації водневих Іонів І температури з наступним фільтруванням, промивкою І сушінням осаду, який відрізняється тим, що процес проводять при рН 2,8-3,2, температурі 4060°С, в присутності 20-30%*ного розчину пероксиду водню, взятого з розрахунку гідроксокарбонат кобальту : пероксид водню - 5:1 - 3 : 1 , при використанні фосфорної кислоти 30-60%-ної концентрації. При цьому гідроксокарбонат кобальту і фосфорну кислот/ подають в реактор безперервно і перемішують протягом 20-30 хв. сл ю оо О 5282 Для одержання гідрофосфату кобальту півторагідрату в реакційну посудину, яка містить воду, підкислену фосфорною кислотою до рН 2,8-3,2 (переважно 3,0), при температурі 40-60°С (переважно 50°С) 5 постійно при неперервному перемішуванні подають товарний гідроксокарбонат кобальту І розчин фосфорної кислоти 30-60%ноТ концентрації (переважно 55%-ної). Процес,проводять в присутності розчину 10 пероксиду водню 20-30%-ної концентрації (відношення (СоОНЬСОз * пНгО : Н2О2 - 5 : 1 - 3 : 1 ) , Значення рН взаємодії фосфорної кислоти І гідроксокарбонату кобальту контролюють з допомогою рН-метра ( 15 підтримують постійним, рівним 2,8-3,2, регулюючи подачу кислоти з допомогою блоку автоматичного титрування. Тривалість перебування суспензії в реакційному просторі 20-30 хв. Утворений 20 осадок відокремлюють від маточного розчину фільтруванням, промивають водою * (співвідношення твердої фази до рідкої 1 :5) І сушать при температурі синтезу до постійної маси. Маточні розчини після по- 25 переднього аналізу на вміст кобальту І фосфору використовують як оборотні розчини. * Одержують продукт складу, мас. %: СоО-41,07 Р2О5-38,91 ЗО Н 2 О - 20,02 Факт утворення гідрофосфату кобальту півторагідрату формули СоНРО4 * 1,5НгО, к р і м результатів х і м і ч н о г о аналізу, підтверджується методами рентгенофазового 35 аналізу СДРОН 3,0, Fe К # -випромінювання), ІЧ спектроскопії ("Specord^iR"). Вихід готового продукту досягає 9 8 - ° 99,5%. Відповідність винахідницькому рівню w рекомендованого способу одержання гідрофосфату кобальту півторагідрату обумовлена: 1. Різницею вихідних реагентів. а) Застосування пероксиду водню в ^$ рекомендованому способі (в прототипі Н2О2 відсутній) забезпечує підвищення якості готового продукту, оскільки відвертає окислення Co І утворення домішкової фази при використанні товарного гідроксокарбонату 50 кобальту, який містить сполуки Co34". б) Концентрація розчину пероксиду водню 20-30% (переважно 25%). в) Норма витрачення пероксиду водню складає (СоОН)2СОз -пН2О:Н2О2«5: 1 - 3 : 1 55 (в залежності від терміну зберігання гідроксокарбонату кобальту). 2. Різницею тривалості перебування суспензії в реакційному просторі: 50-60 хв. згідно прототипу, 20-30 хв. в рекомендованому способі. 3. Різницею концентрації водневих Іонів (рН) реакційного середовища. Згідно рекомендованого способу осадження проводять при фіксованому значенні рН Із області 2,8-3,2 (переважно 3,0), який забезпечує утворення НРО2'4 Іонів-осаджувачів. Одержання гідрофосфату кобальту в прототипі проводять у вузькому діапазоні рН 3,6-3,7. 4. Різницею концентрації фосфорної кислоти (30-60%-ний розчин Н3РО4 на відміну від 75%-ного, який застосовують в прототипі). 5. Різницею температурного режиму процесу. (Розширений температурний діапазон від 70-80°С, як указано в прототипі, до 40-60°С (переважно 50°С)). П р и к л а д 1. В термостатований при 50°С реактор, який містить 250 мл води, подають 55%-ний розчин Н3РО4 до досягнення рН 3,0. Потім порціями при постійному перемішуванні подашь 20 г гідроксокарбонату кобальту, 32 мл 55%-ного розчину Н3РО4 І біля 4 мл 25%-ного розчину К2О2, взятого з розрахунку (СоОН)гСОз • пНгО : Н2О2 - 5 : 1 . Значення рН суспензії контролюють з допомогою рНметра І підтримують постійним, регулюючи подачу кислоти з допомогою блоку автоматичного титрування. Утворену суспензію перемішують протягом 25 хв., осадок відфільтровують, промивають водою (Т: Р * =1 : 3), сушать при 60°С до постійної маси. Маточні промивні розчини використовують як оборотні. Одержують продукт складу СоНРО4 х х1,5Н2О, мас. %; СоО - 41,20; Р2О5- 39,00; НгО - 19,80. Факт утворення СоНРО^х' х.і.БНгО без домішок середнього фосфату, фосфатів Со 3+ , непрореагованого гідроксокарбонату підтверджений результатами хімічного І рентгенофазового аналізів (табл. 1 - 4). Вихід готового продукту-99,4%. П р и к л а д 2. В термостатований при 50°С реактор, який містить 250 мл води, подають 55%-ний розчин Н3РО4 до досягнення рН розчину 2,8. Потім порціями при постійному перемішуванні додають 20 г (СоОН)гСОз • пНгО, 34 мл 55%-ного розчину Н3РО4 І 6 мл 25%-ного розчину Н2О2 (співвідношення (СоОН)гСОз • пНгО* «З : 1). Утворену суспензію перемішують 20 хвилин. Подальші операції проводять аналогічно прикладу 1. Одержують продукт складу СоНРО4х х1,5НгО, мас, %: СоО -41,81; Р2О5-38,97; 5282 В табл. 2 приведені дані про залежність НгО - 19,22. Вихід - 99,2%. Домішки виходу І якості цільового продукту від рН відсутні. процесу і концентрації Н3РО4. Згідно з наП р и к л а д 3. В термостатований при веденими результатами СоНРО4 * 1,5НгО, 60°С реактор, який містить 250 мл води, подають 55%-ний розчин Н3РО4 до досяг- 5 не забруднений домішками, одержують, використовуючи 30-60%-ні розчини Н3РО4. нення рН розчину 3,2. В одержаний розчин Коли концентрація Н3РО4 вище 60%, ускпри постійному перемішуванні порціями ладнюється апаратурне оточення процесу, подають 20 г (СоОН)гСОз * пНгО І б мл погіршується якісний склад готового 25%-ного розчину Н2О2 (співвідношення гідроксокарбонат : пероксид водню - 3 :1). 10 продукту через значні коливання рН суспензії під час подачі кислоти; при виТривалість дальшого перемішування сускористанні фосфорної кислоти концентрації пензії 30 хв. Подальші операції - аналогічно нижче 30% не досягається задане значення прикладу 1. рН середовища (із області 2,8-3,2). Одержують продукт СоНРО4 * 1,5НгО складу, мас. %: СоО - 41,56; Р2О5 - 38,98; 15 Одержання СОНРО4 * 1,5НгО при рН вище, ніж 3,2 або нижче, ніж 2,8 приводить до НгО-19,46. Вихід-99,0%. Домішки всклад! забруднення готового продукту домішками ЦІЛЬОВОГО продукту відсутні. середнього фосфату кобальту І В табл. 1 - 4 приведене обгрунтування непрореагованим гідроксокарбонатом або основних параметрів способу одержання СоНРО4 *. 1.5Н2О, який дозволяє прискорити 20 дигідрофосфатом, відповідно. Найкращі результати одержують при рН 2,8-3,2. При процес одержання цільового продукту в 2,5цих же умовах досягається найкращий вихід 3,0 рази (в порівнянні з прототипом), готового продукту І прискорення процесу збільшить ви; ід готового продукту на 6-8% осадження СоНР04 • 1,5НгО. (з 92 згідно способу-прототипу до 98,599,5%), покращити якісний склад готового 25 В табл. З приведені дані про вплив темпродукту виключенням можливості утператури на вихід, якість цільового ворення домішок у вигляді середнього фоспродукту І тривалості процесу одержання фату кобальту, фосфатів кобальту (III), С0НРО4 * 1,5НгО. Дані табл. З показують, непрореагованого гідроксокарбонату кощо одержання СоНРО4 • 1,5НгО при тембальту. 30 пературах нижче 30°С збільшує тривалість В табл. 1 приведені дані про вплив на процесу, знижує вихід готового продукту і вихід І якість готового продукту конйого якість. При 70°С ускладнюється центрації, норми Н2О21 тривалості взаємодії апаратурне оформлення процесу, вихідних реагентів. Із даних табл. 1 вихозбільшується його енергоємкість. Найкращі дить, що одержати С0НРО4 • 1,5НгО не 35 результати з урахуванням мінімальної забруднений домішковими фазами можлитривалості процесу, максимального виходу во лише при використанні Н2О2, взятого у І якості готового продукту одержують при співвідношенні до вихідного 1 40-60°С. гідроксокарбонату кобальту не менше, ніж В табл. 4 приведені дані, які (СоОН)гСОз • пНгО : Н2О2 - 3 : 1 . Кон- 40 характеризують взаємозв'язаний- вплив осцентрація Н2О2 не повинна бути нижче 20%, новних параметрів процесу на його оскільки при використанні 15%-ного тривалість, вихід і якість готового продукту. розчину Н2О2 в складі цільового продукту Там же приведені параметри способубуде присутня домішка у вигляді фосфатів прототипу, характеристика продукту І його кобальту (Ні). Тривалість взаємодії вихідних 45 вихід, одержані відомим способом. реагентів менше 20 хв. приводить до Із табл., 4 виходить, що одержання забруднення готового продукту СоНРО4 * 1,5НгО рекомендованим спосогідроксокарбонатом, який не прореагував; бом згідно параметрам, наведеним в табл. більше 40 хв. - збільшує тривалість І в 2,5-3 рази прискорює процес, на 6-8% енергоємкість процесу, але не впливає на 50 збільшується вихід готового продукту, вихід готового продукту. покращується його якість. Таблиця 1 Концентрація Норма Н2О2/ Тривалість Склад готового Н2О2,% відношення взаємодії реа продукту / по продукту, % гідроксокар гентів, хв. Примітка Вихід готового результатам бонату кобальту хімічного І рент доНгОг генофазового аналізів / СоНРО4'1,5Н2О 15 5:1 25 201 5:1] 25 25 5:1 25 > 30j * 5:1J 25 99,2 СоНРО4'1,5Н2О 5:1| 2 5 25J 3:1/ 25 2:1 3:1 40 3:11 СоНРО4*1.5Н2О 25 25 98,5 ) 30N -3:1 t \ СоНРО4*1,5НгО * 15 89,3 СоНРО4*1,5НгО 98,0 Велика витрата Н2О2 3+ Продукт не забруднений домішкою фосфатів Co Утворюється домішкова фаза фосфатів Co Збільшується тривалість і енергоємкість процесу 99,0 | СоНРО4І,5НгО 99,4 і Продукт не забруднений домішкою гідроксокар 99,5 j СоНРО4*1,5НгО 20 J 3:1 , 15 го оо ю 99,5-1 25 3:і/ 2 5 СЛ Продукт не забруднений домішкою фосфатів Co 98,0 25J 25 99,5 • СоНРО4'1,5Н2О 25 1 ч 99.0J 25J 6:1 25 Велика витрата Н2О2, утворюються фосфати С о ^ 87,0 бонату кобальту 88,1 Як домішкова фаза присутній непрореагований гідроксокарбонат кобальту Синтез ПРОВОДЯТЬ при рН 3,0;50°С; НзРО4-55% Таблиця 2 2,7 Параметри процесу концентрація тривалість НзРО4, % РН взаємодії, хв. 55 25 Склад готового продукту / по Вихід готового Примітка зультатам рентгенофазового продукту. % /якість продукту / хімічного аналізів / СоНРО4"1,5Н2О+Со(Н2РО4)2'2Н2О 79,0 Утворюється механічна суміш двох фаз 55' 55 СоНРО4'1,5Н2О Цільовий продукт не містить 55, домішок 55 СоНРО41,5Н20-КСо0Н)2С0з'пН2О Продукт забруднений домішкою гідроксокарбонату, середнього фосфату 3,0 25 25 Без попереднього концентрування кислоти не досягається задане значення рН суспензії 2,01 СоНР04'1,ЗН2О Цільовий продукт не містить 3,0 СоНРО4'1,5Н2О домішок 3,0 СоНРО4*1,5Н2О Процес ускладнюється, 3.0 СоНРО4*1,5НгО погіршується якісний склад продукта із-за значних коливань рН середовища Процес проаддят% при 50°С з використанням 25%-ного Н2О2 (співвідношення (СоОНЪСОз • пНгО: Н2О2 - 3 : 1 ) T * 5л и ц я 3 Склад готового продукту Параметри процесу тривалість температура, °С ЗО фазового аналізів/ СоНРО41,5НгО-КСоОН)2СОз'пН2О 25 * ЗО 40 • • / по результатам хімічного і рентгено взаємодії, хв. Примітка Вихід продукту, % /якість продукту / Продукт забруднений непрореагова 95,3 У 94.71 ними гідроксокарбонатами 98,9) 40. 25. 40' 40' 50 25 60j 25J 99,0 > 60 40 99,2 70 25 99,01 • СоНРО4І,5НгО СоНРО4'1,5Н2О 99,5 98,1 Цільовий продукт не містить домішок Ускладнюється технологічний процес, сл to 00 fO апаратурне оформлення, збільшується енергоємкість процесу 50 40 * 50] 50 СоНР04І,5Н 2 0 Збільшується термін процессу, його енергоємкість ЗО] 99,1 • 25 50, 15} 70 J 15J СоНРО4'1,5НгО СоНРО4'1,5Н2(ИСоОН)2СОзпН2О 99,5 Цільовий продукт не забруднений 99,4 j 20> 501 ^ 99,3] домішками 89,3 > Продукт забруднений домішками не 9O,OJ лрореагованих гідроксокарбонатів о Процес проводять при рН 3,0; 55%-ний Н3РО4, 25%-ний Н2О2, співвідношення гідроксокарбонат кобальту: пероксид водню - 3 : 1 . го Т а 6л и ця 4 РН ня ра,^ СоНРО4І,5Н 2 О Згідно заяв Концентрація 25 взаємодії реагентів, Якість продукту вого продукту, % хв. Відношення рація Н2О2, гідроксокар НзРО4. % ЗО Вихід гото бонату ко Концент Тривалість бальту до Спосіб сдержан- Температу Н2О2 15 6:1 2,7 15 87,0 ляемому Непрореагований гідроксокарбонат кобальту 20 25 ЗО 35 Продукт незабруднений домішками Домішки середнього фосфату, фосфатів Со3* і нерозкладений гідроксокарбонат кобаль По прототипу 75 75 НгОгне використо8УЄТЬСЯ 3.6 50 92,0 Ш Домішка фосфатів Со" 5282 Упорядник Р.Вайда Замовлення 602 Техред М.Моргентал Коректор О.Кравцова Тираж Підписне Державне латентне відомство УкраТни, 25 1655, ГСП, КиТв-53, Львівська пл м 8 Виробничо-видавничий комбінат "Патент", м. Ужгород, вул.ГагарІна, 101