Спосіб одержання аніонних пероксохлоридних комплексів п’ятивалентної сурми

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано для получения сурьмянокислотных ионитов, катализаторов, композиционных материалов, применяемых в экологии, санитарии, медицине. Известен способ получения высших окислов, элементов пятой группы [1], где процесс ведут путем окисления перекисью водорода раствора низших окислов элементов пятой группы в кислоте с последующим постадийным гидролизом полученных продуктов. Недостатком указанного способа является его неприменимость в промышленных условиях, т.к. реакция окисления сопровождается выделением большого количества тепла в каждом ее элементарном акте и трудно воспроизводима. Известен способ окисления треххлористой сурьмы [2], где изучено ее окисление раствором 33%-ной перекиси водорода в избытке (1,3 моля) соляной кислоты, происходящее с образованием солянокислого раствора хлорокиси сурьмы (V). Установлено отношение участвующих в реакции реагентов Sb(III):Н2О2=1:1. Реакция осуществляется путем последовательного введения равными порциями рассчетного количества перекиси водорода в реакционную емкость, содержащую зафиксированное количество соединения Sb(lll) при механическом перемешивании реакционного объема, т.е. в стационарных условиях. Реакция изучена в лабораторных условиях при количествах соединения сурьмы и перекиси водорода соответственно (0,02-2,3) г и (0,25-2,5) мл в емкости. Причины, препятствующие получению нужного технологического результата с помощью описанного способа, заключаются в том, что указанная реакция может быть осуществлена с достаточной воспроизводимостью, как указано авторами, в малом объеме (не более (10-15) мл), где сравнительно легко обеспечивается полное перемешивание исходных реагентов и отвод газообразных продуктов реакции. При увеличении же объема реагирующих веществ уже до 1 л вместо образования устойчивой гомогенной смеси при окислении сурьмы наблюдается выпадение белого осадка с последующим его спеканием на дне реакционного сосуда из-за высокого теплового эффекта каталитического разложения перекиси водорода в присутствии тяжелого атома - Sb. Раствор треххлористой сурьмы обладает высокой плотностью (до 2,5 кг/м3) и в большом объеме плохо смешивается с легкой (до 1,1 кг/м3 перекисью водорода. Вследствие этого активный кислород, являющийся основным окисляющим реагентом, очень плохо проникает внутрь реакционного объема, за счет чего наблюдается неполное окисление атомов сурьмы (III), а также самопроизвольное разложение большого количества вводимой перекиси водорода в поверхностных слоях реакционной смеси и ее обогащение водой, что приводит к возникновению указанных выше нежелательных эффектов спекания "коржей", гидролизованных соединений сурьмы (lII) и невоспроизводимости состава образующихся продуктов реакции. Задачей предлагаемого изобретения является усовершенствование процесса окисления треххлористой сурьмы перекисью водорода, получение растворов хлорпероксокомплексов пятивалентной сурьмы воспроизводимого состава при осуществлении реакции в большом объеме, и обеспечение условий их промышленного производства. Поставленная задача реализуется за счет того, что процесс окисления треххлористой сурьмы перекисью водорода, согласно изобретению, реализуется в тонком слое в динамических условиях при использовании !потоков реагентов: первого - потока Н2О2, растворяющего SbCl3, и второго - окисляющего сурьму (III) потока перекиси водорода при соотношении скоростей их подачи (1:8)-(1:12). При этом реакцию окисления треххлористой сурьмы перекисью водорода проводят при мольном соотношении SbCl3:H2O2, равном (0,750,85): 1. Благодаря самопроизвольному интенсивному перемешиванию исходных продуктов и продуктов реакции возникает полный контакт реагентов, происходит их полное взаимодействие, чем экономятся исходные вещества, создаются условия для высокой воспроизводимости процесса, а также при постоянном отводе прореагировавших продуктов и выделяющегося тепла обеспечивается возможность организации промышленного технологического процесса получения анионных пероксохлоридных комплексов сурьмы (V). При этом возникает также возможность утилизации выделяющегося тепла, т.к. реакция протекает с образованием тепловой энергии в количестве »99 кДж/моль (для сравнения - молярный тепловой эффект испарения воды »40 кДж/моль). Предложенная технология является надежной, удобной в эксплуатации. Способ поясняется схемой, представленной на рис.1. Способ осуществляется следующим образом: из загрузочного бункера 1 в смеситель 9 подается трихлорид сурьмы, куда из напорной емкости 2 со скоростью V1 поступает 33%-ная перекись водорода, откуда через ввод 3 поток раствора вводится в зону реакции. Через ввод 4 в интенсивно охлаждаемую с помощью теплообменников 6 реакционную зону со скоростью V2 вводят окисляющий поток перекиси водорода. Перемешивание продукта происходит самопроизвольно в тонком слое раствора в процессе его движения по теплообменникам 6, где обеспечивается интенсивный отбор выделяющейся тепловой энергии. Постоянный отбор продуктов реакции осуществляется самотеком через желоб 7 в охлаждаемую до (10-12)°С емкость для завершения процесса выделения газообразных продуктов реакции. Пример конкретного выполнения способа. Из загрузочной емкости подают 10 моль трихлорида сурьмы, а затем из напорной емкости в приемную воронку подают 2 моля 33%-ной перекиси водорода - поток V1. Одновременно в зону реакции окисления вводят 8 мол. 33%-ной перекиси водорода в виде потока V2. Соотношение скоростей потоков в данном примере выбрано V1:V2=1:8. Тепло из зоны реакции отводится теплообменниками. Реакция происходит в тонком слое с интенсивным самопроизвольным перемешиванием при движении по зоне реакции. На выходе получают продукт, который может храниться в течение более 2 лет без видимых изменений в виде плотной жидкости оранжевого цвета. В соответствии с описанным примером был проведен ряд экспериментов при различных скоростях введения потоков реагирующих веществ. Полученные результаты, а также данные химического анализа полученных продуктов сведены в таблицу. Определение содержания Sb(lll) и Sb(V) проводили как в фазе истинного раствора, так и в фазе высаживающихся твердых продуктов. В таблице приведены обобщенные (суммированные) данные этих измерений. Из данных, представленных в таблице, следует, что в отличие от способа-прототипа, пригодного только для полного окисления Sb(lll) в малом объеме (см. строки 1-3 таблицы), с помощью предлагаемого технического решения в динамических условиях можно осуществлять окисление треххлористой сурьмы перекисью водорода в промышленных количествах с получением пероксохлоридных комплексов сурьмы (V) воспроизводимого состава в виде прозрачного оранжевого раствора, пригодного для дальнейшего употребления в течение более 2 лет.