Спосіб одержання гідроксофосфату цинку

Винахід відноситься до технології сполук фосфорної кислоти, зокрема, до способів одержання фосфатів цинку, що застосовуються як зв'язувальні сполуки, Інгібитори корозії, як складова частина люмінофорів та наповнювачів термопластів, де однією з вимог є чистота хімічної сполуки. Найбільш близьким технічним рішенням є спосіб одержання гідроксофосфату металу, зокрема, міді, суть якого полягає в нейтралізації гідроксокарбонатом міді 5,7-8,4%-ної фосфорної кислоти, взятої в кількості 105107%, стехіометричної дози І нагрітої до кипіння, при цьому реакцію проводять протягом 4-5 годин з наступним промиванням продукту дистильованою водою та сушінням. Недоліком цього способу є невисокий вихід кінцевого продукту. Задачею винаходу є створення такого способу одержання гідроксофосфату цинку, в якому, за рахунок використання нових реагентів та зміни режиму проведення реакції, досягалось би підвищення виходу кінцевого продукту. Поставлена задача вирішується тим, що в способі одержання гідроксофосфату цинку шляхом взаємодії фосфорної кислоти з подрібненим порошкоподібним гіроксокарбонатом металу при нагріванні та перемішуванні з наступним відділенням та сушкою продукту, згідно винаходу використовують гіроксокарбонат цинку, який вводять в 5-10%-ний розчин фосфорної кислоти при 102°С на протязі 0,1-0,5 годин 6 додають концентровану оцтову кислоту в кількості 7-10% від стехіометричної дози Іонів водню в реакції, перемішують суміш на протязі 4 годин, упарюють на протязі 1 години, охолоджують, промивають осад холодною водою і І сушать продукт до постійної маси. Суттєвою відмінною ознакою, що забезпечує підвищення ефективності способу (за рахунок одержання індивідуального продукту з виходом до 97,90% від розрахункового) є введення льодяної оцтової кислоти в процесі синтезу гідроксофосфату цинку з наступним вилученням її у газову фазу при підвищених температурах. Обгрунтування вибору оптимальних умов одержання Zn2OHPQ4 • 0,6 Н2О наведено в табл. 1-6. В табл.1 наведені дані, які свідчать про те, що ступінь розкладу вихідного гідроксокарбонату цинку залежить від порядку змішування реагентів (температура - 102°С. тривалість досліду - 6 годин, концентрація Н3РО4 - 5%, доза Н3РО4 - 100% от стехіометрії). З наведених даних випливає, що для забезпечення повноти розкладу вихідного гідроксокарбонату цинку фосфорної кислоти потрібно вводити порошок в кислоту, поскільки зворотня послідовність вводу реагентів приводить до зафосфачення зерен гідроксокарбонату цинку та засміченню одержаного продукту вихідним карбонатом. Дані про вибір оптимального Інтервалу температур, що забезпечує підвищення ступеню розкладання вихідного гідроксокарбонату цинку фосфорною кислотою, наведені в табл.2 (тривалість досліду 6 годин, концентрація Н3РО4 - 5%, доза НпР04 від стехіометрії -100%). Із даних табл.2 випливає, що з підвищенням температури реакції ступінь розкладу гідроксокарбонату цинку кислотою збільшується. При даних умовах синтезу максимально досяжна температура синтезу 102°С, при якій кипите розчин фосфорної кислоти, В табл.3 показана залежність ступеню розкладу вихідного гідроксокарбонату цинку від концентрації Н3РО4 (тривалість досліду - 6 годин, температура - 102°С, доза Н3РО4 - 100% від стехіометрії). З наведених даних слідує, що для забезпечення повного розкладу вихідного гідроксокарбонату цинку потрібно застосовувати розведену Н3РО4, поскільки збільшення концентрації кислоти приводить до утворення густої пульпи гідроксофосфату цинку і, як наслідок, зменшення ступеню розкладу гідроксокарбонату. Експериментально аияалено що оптимальною концентрацією Н3РО4 є 5-10%-на. При більш розведеній Н3РО4 відбувається сильне розбавлення реакційної маси та зростають енергетичні затрати на її фільтрування. Оскільки збільшення температури реакції до 102°С та використання розчину Н3РО4 оптимальної концентрації (табл.2,3) не забезпечує достатньої повноти розкладання карбонатів, то пропонується використання методу активації вихідного гідроксокарбонату цинку аналогічно прототипу. Для активації реакції нейтралізації використовували гідроксокарбонат цинку, оброблений (подрібнений) в дезінтеграторі. Результати цих дослідів наведені в табл.4 (вплив активації вихідного гідроксокарбонату цинку на мольне співвідношення ZnO/P 2O5 в продуктах і на ступінь розкладу карбонатів, % температура - 102°С, концентрація Н3РО4-5%, тривалість - 6 годин). Із даних табл.5 видно, що активація вихідного гідроксокарбонату цинку підвищує ступінь розкладу карбонатів на 4,43%. При використанні активованого гідроксокарбонату цинку мольне співвідношення наближується до 4, що відповідає утворенню індивідуального Zn2OHPO. Але, судячи по величині максимального ступеню розкладу карбонатів, продукт містить багато домішок І не відноситься до категорії "Ч". Вибір оптимального часу взаємодії активованого гідроксокарбонату цинку з фосфорною кислотою приведений в табл.5 (температура - 102°С, концентрація Н3РО4-5%, доза Н3РО4 от стехіометрії - 100%). Встановлено, що синтез гідрофосфату цинку з використанням активованого гідроксокарбонату цинку доцільно проводити на протязі 6-8 годин. На основі проведених дослідів встановлено, що досягнути повного розкладу гідроксокарбонату цинку в реакції з Н3РО4, взятої в кількості 100% від стехіометрії, за 6 - 8 годин при температурі 90 - 102°С та нормальному тиску (1 атм), неможливо. Для усунення цього недоліку, тобто для досягнення більшої повноти розкладу гідроксокарбонату цинку у даному винаході в процесі силтезу запропоновано додатково вводити концентровану оцтову кислоту для дорозкладання вихідного гідроксокарбонату цинку з наступним вилученням її у газову фазу з реакційної суміші при підвищених температурах. Результати дослідів наведені в табл.6 (вплив надлишку іонів Н+ на співвідношення ZnO/P 2O5, ступінь розкладу вихідного гідроксокарбонату та на вихід цільового продукту (температура - 102°С, тривалість - 6 годин, доза Н3РО4 - 100% від стехіометрії) Дані табл.6 свідчать про те, що використання у синтезі 5 - 10% надлишку від стехіометрії Іонів Н+(шляхом введення оцтової кислоти) забезпечує підвищення ступеню розкладу гідроксокарбонату цинку до 98,73% І виходу цільового продукту до 97,90%. Використання неактивованого гідроксокарбонату цинку приводить до засмічення цільового продукту нерозкладеними карбонатами на 6,33% та до зниження виходу цільового продукту на 8,80%. Використання 10%-ного надлишку Н3РО4 приводить до утворення продукту, мольний Zn6/P2O5 в якому близький до 3,60, що свідчить про засмічення його більш кислими фосфатами при одночасному зниженні ступеню розкладу гідроксокарбонату цинку на 8,72% в порівнянні з дослідом Ns 2. При збільшенні надлишку іонів Н+(що вносяться. Оцтовою кислотою) до 15% від стехіометрії проходить повний розклад карбонатів, але співвідношення ZnO/P 2O5 зменшується до 3,90. Встановлено, що синтез гідроксофос-фату цинку з використанням активованого гідроксокарбонату цинку доцільно проводити при 102°С на протязі на менш як 6 годин при 5-10%-ному надлишку іонів Н+ від стехіометрично необхідного. При цьому утворюється Індивідуальний продукт складу 4 ZnO • Р2О5 * 1,6 Н2О, що відповідає основному фосфату цинку - Zn2OHPO4 • 0,6Н2О. Опис реалізації запропонова.ного способу одержання гідроксофосфату цинку складу Zn2OHPO4 " 0,6Н2О приведений в прикладах винаходу. Приклад 1. У термостатований при 102°С реактор поміщають 30-50 мас.ч. дистильованої води і 41,9 мас.ч. 5%-ного розчину Н3РО4. При постійному перемішуванні на протязі 0,1 - 0,5 години вносять 5 мас.ч. гідроксокарбонату цинку (ZnO - 72,86%), обробленого в дезінтеграторі. Після введення реагентів суспензію перемішують 0,3 - 0,5 години І вводять 0,3 - 0,4 мас.ч. льодяної оцтової кислоти (НАс > 99,8) І перемішують при 102°С на протязі не менше 4-х годин. Потім упарюють і видержують при 102-105°С на протязі 1 години добавляють 30 - 50 мас.ч. дистильованої води, перемішують при 102°С ще 0,2 - 0,3 години, охолоджують, відділяють осад, промивають його 40-50 мас.ч. холодної дистальованої води і сушать до постійної маси. Одержують індивідуальний Zn2OHPO4 x х0,6Н2О. Приклад 2. В термостатований при 102°С реактор поміщають 30-50 мас.ч. дистильованої води і 20,95 мас.ч. 10%-ного розчину Н3РО4. При постійному перемішуванні на протязі 0,1-0,2 години вносять 5,0 мас.ч. гідроксокарбонату цинку (ZnO - 72,86%), обробленого в дезінтеграторі. Після введення реагентів суспензію перемішують 0,2-0,3 години 1 добавляють 0,2-0,3 мас.ч. льодяної оцтової кислоти (НАс > 99,8%). Упарюють до 10-20 мл та перемішують при постійному об'ємі 6 годин. Потім добавляють 30-40 мас. частин дистильованої води, перемішують ще 0,5 години, охолоджують, відділяють осад, промивають 40 - 50 мас.ч. дистильованої води і сушать до постійної маси. Одержують індивідуальний Zn2OHPO4 x х1,1Н2О. Використання запропонованого способу одержання гідроксофосфату цинку складу Zn2OHPO4 -0.6-1.1Н2О забезпечує при порівнянні з прототипом (він же І модель базового об'єкту) наступні переваги: 1) можливість одержання індивідуального гідроксофосфату цинку; 2) підвищення виходу цільового продукту з 71,4% до 97,90%; 3) значне спрощення апаратурного оформлення синтезу; 4) реалізацію способу в практично безвідходному режимі.