Спосіб одержання подвійного цинк-кобальт фосфату

Реферат: UA 68325 U UA 68325 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Корисна модель належить до неорганічної хімії, а саме до технології солей фосфатної кислоти - способів одержання подвійного цинк-кобальт фосфату складу Zn5Co(PO4)4∙8H2O, який використовують в рослинництві як компонент мінерального добрива. Найбільш близьким до способу, який пропонується корисною моделлю, за технічною суттю і результатом, що досягається, є спосіб одержання подвійного фосфату цинку-кобальту Zn5Co(PO4)4∙8H2O взаємодією при 25-80 °C 0,1-1,0 М розчинів сульфатів цинку і кобальту, взятих у співвідношенні 1:1, з 0,1-1,0 М розчином двозаміщеного ортофосфату амонію у співвідношенні суми сульфатних розчинів до фосфатного (1.5-5):1. Реакційну суміш при заданій температурі витримують протягом 16-24 годин. Осад відділяють від маточного розчину, промивають і висушують [АС №1104108, С01В 25/45, C05D 9/02. Двойной фосфат цинкакобальта. Щегров Л.М., Антрапцева Н.М. - Заявл. 10.07.1982. - Опубл. 23.07.1984. Бюл. № 27]. Недоліком найближчого аналогу стосовно способу, що пропонується корисною моделлю, є велика тривалість процесу, що значно збільшує його енергоємність, і невисока якість цільового продукту. Задачею корисної моделі є розробка енергозберігаючого способу одержання подвійного цинк-кобальт фосфату складу Zn5Co(PO4)4∙8H2O, який забезпечує високу якість цільового продукту. Корисною моделлю ставиться задача розробити спосіб одержання подвійного цинк-кобальт фосфату складу Zn5Co(PO4)4∙8H2O, який дозволяє інтенсифікувати процес, зменшуючи його тривалість, та покращити якість готового продукту. Поставлена корисною моделлю задача вирішується взаємодією у присутності гідразину хлориду суміші гідроксокарбонатів цинку і кобальту, взятих у певному співвідношенні, з фосфатною кислотою при фіксованому значенні концентрації іонів гідрогену. Для одержання подвійного цинк-кобальт фосфату складу Zn5Co(PO4)4∙8H2O у термостатований при 30-80 °C реакційний посуд, що містить воду, підкислену фосфатною кислотою до значення рН 2.9-3.2, протягом 5-6 годин подають при перемішуванні гомогенізовану суміш гідроксокарбонатів цинку і кобальту, мольне співвідношення К=Zn/Co в складі якої становить 2,4-2,6, і 40-87 %-ний розчин фосфатної кислоти, підтримуючи постійним значення pH із діапазону 2,9-3,2, та гідразин хлорид у співвідношенні СоО в складі гідроксокарбонатів до Н2Н4∙2HСІ=8. Осад, що утворюється, відфільтровують, промивають водою (Т:Н2О = 1:5), висушують при 40 °C до постійної маси. В табл. 1 наведено залежність хімічного і фазового складу подвійних цинк-кобальт фосфатів, одержаних за способом, що пропонується корисною моделлю, від складу вихідних реагентів (мольного співвідношення К=Zn/Co в суміші гідроксокарбонатів). Там же наведено їх рентгенометричні і спектроскопічні характеристики, які доводять, що синтезований подвійний фосфат складу Zn5Co(PO4)4∙8H2O є індивідуальною сполукою високої якості і не містить домішкових фаз. Нижче наведено конкретні приклади одержання подвійного фосфату складу Zn5Co(PO4)4∙8H2O. Приклад 1. В термостатований при 80 °C реакційний посуд, що містить 750 мл дистильованої води, подають 1,8 мл 60 %-ної Н3РО4 до досягнення pH розчину 2,9. В одержаний розчин протягом 5 годин подають паралельно при постійному перемішуванні гомогенізовану суміш гідроксокарбонатів цинку (146,43 г) з вмістом ZnO - 77,25 мас. % і кобальту (57,87 г) з вмістом СоО - 68,32 мас. % (К=Zn/Co=2,5, мольне), 161,2 мл 60 %-ного розчину Н3РО4 (pH реакційного середовища 2.9) і 4,93 г гідразину хлориду (СоО в складі гідроксокарбонатів: N2H4∙2HCl=8). Осад, що утворюється, відфільтровують, промивають водою (Т:Н2О = 1:5), висушують при 40 °C до постійної маси. Таблиця 1 Залежність складу цинк-кобальт фосфатів від мольного співвідношення К = Zn/Co у складі вихідних реагентів Склад суміші вихідних гідроксокарбонатів Склад твердої фази г, на 140 мл 70%-ної Н3РO4 Мас. % Співвідношення К=Zn/Co, мольне (ZnOH)2CO3mH2O (СоОН)2СО3 nН2О ZnO СоО 2,3 142,88 61.38 44,63 9,47 30,75 14,71 4,91ZnO∙1,09СоО 1,96Р2О5·8,04Н2О 2,4 144,71 59.57 45,12 8,63 31,82 14,19 4,99ZnO∙1,01CoO∙1,99P2O5·8,01H2O 2,5 146,43 57.87 45,62 8,40 31,85 14,13 5,00ZnO∙1,00CoO∙2,00P2O5·8,00H2O 2,6 148,06 56.26 45,74 8,22 31,92 14,02 5,01ZnO∙0,99CoO∙2,01P2O5·7,99H2O 2,7 149,60 54.74 46,14 7,94 32,36 13,52 5,06ZnO∙0,94CoO∙2,03P2O5·7,87H2O Р2О5 1 Н2О Хімічний Фазовий (за результатами ІЧ спектроскопічного і рентгенофазового аналізів)          Подвійний У фосфат складу Zn5Co(PO4)4·8H2O UA 68325 U 5 10 15 20 25 30 Умови синтезу: Н3РО4 - 70 %, 100 % від стехіометрії; 60 °C, pH 3,0 співвідношення СоО у складі гідроксокарбонатів до N2Н4∙2НСl=8. Тривалість взаємодії - 6 год.; вміст у гідроксокарбонатах, мас. %: ZnO - 77,25, СоО - 68,32. Одержують продукт складу Zn5Co(PO4)4∙8H2O. Вміст у ньому, мас. %: ZnO - 45,62; СоО 8,40; Р2О5 31,85; Н2О - 14,13. Приклад 2. У термостатований при 60 °C реакційний посуд, що містить 750 мл дистильованої води, подають 2,4 мл 45 %-ного розчину Н3РО4 до досягнення pH 3,0. Потім, аналогічно прикладу 1, протягом 6 годин дозують суміш гідроксокарбонатів 144,71 г (ZnOH)2CO3∙nH2O і 59,57 г (CoOH)2CO3∙mH2O і 242,1 мл 45 %-ного розчину Н3РО4. Додають 4,99 г N2H4∙2HCl. Подальші операції виконують аналогічно прикладу 1. Одержують продукт складу Zn5Co(PO4)4∙8H2O. Вміст у ньому, мас. %: ZnO - 45,12; СоО 8,63; Р2О5 31,82; Н2О - 14,19. Приклад 3. В термостатований при 30 °C реакційний посуд, що містить 750 мл дистильованої води, подають 1,9 мл 75 %-ної Н3РО4 до досягнення рН розчину 3,1. Подальші операції виконують аналогічно прикладу 1, дозуючи в одержаний розчин 148,06 г (ZnOH)2CO3∙nH2O, 56,26 г (CoOH)2CO3∙mH2O, і 128,8 мл 75 %-ного розчину Н3РО4 і 4,87 г N2H4∙2HCl. Одержують продукт складу Zn5Co(PO4)4∙8H2O. Вміст у ньому, мас. %: ZnO - 45,74; СоО 8,22; Р2О5 31,92; Н2О - 14,02. Приклад 4. Синтез виконують аналогічно прикладу 1, але використовують суміш гідроксокарбонатів цинку і кобальту, мольне співвідношення К=Zn/Co в складі якої становить 2,3. Одержують продукт, хімічний склад якого не відповідає подвійному цинк-кобальт фосфату складу Zn5Co(PO4)4∙8H2O. Приклад 5. Те ж саме, що в прикладі 1, але температура взаємодії складає 90 °C. Ускладнюється апаратурне оформлення процесу та дотримання заданих умов одержання однорідного продукту. В табл. 2 наведено обґрунтування параметрів способу одержання подвійного цинк-кобальт фосфату складу Zn5Co(PO4)4∙8H2O. Таблиця 2 Обґрунтування параметрів способу одержання подвійного цинк-кобальт фосфату складу Zn5Co(PO4)4∙8H2O Параметри процесу Склад цільового продукту (за результаПримітка Співвідношення тами хімічного, рентгенофазового, спектCoО: N3H2-HCl роскопічного аналізів) 8,0 Zn5Co(PO4)4∙8H2O Продукт високої якості Концентрація Н3РО4, % pH Тривалість, год. Температура, °C 87 3,0 5 75 60 40 3,0 3,0 5 5 75 75 8,0 8,0 30 3,0 5 75 8,0 60 2,8 5 75 8,0 60 2,9 5 75 8,0 Zn5Co(PO4)4∙8H2O 60 3,2 5 75 8,0 Zn5Co(PO4)4∙8H2O 60 3,3 5 75 8,0 60 2,9 5 25 8,0 Zn5Co(PO4)4∙8H2O 60 2,9 5 90 8,0 Zn5Co(PO4)4∙8H2O 60 2,9 4 75 8,0 Zn5Co(PO4)4∙8H2O 60 2,9 6 75 8,0 Zn5Co(PO4)4∙8H2O 60 2,9 7 75 8,0 Zn5Co(PO4)4∙8H2O 60 3,1 5 75 7,0 Zn5Co(PO4)4∙8H2O 60 3,1 5 75 9,0 2 Zn5Co(PO4)4∙8H2O Zn5Co(PO4)4∙8H2O Продукт високої якості Продукт високої якості Необхідне додаткове концентрування Н3РО4 У складі продукту присутні домішки гідрофосфатів Продукт високої якості Продукт високої якості Утворюється домішка гідроксофосфату цинку Зростає тривалість процесу Збільшуються енерговитрати Не досягається повного осадження фосфату Продукт високої якості Збільшуються енерговитрати Збільшуються витрати N2H2∙HCl Утворюється домішка фосфатів Cо(ІІІ) UA 68325 U *3а найближчим аналогом: 0,1-1,0 М розчини ZnSO4 і CoSO4 у співвідношенні 1:1; 0,1-1,0 М розчин (NH4)2HPC4 співвідношенні суми сульфатних розчинів до фосфатного (1,5-5):1; температура 25-80 °С; тривалість взаємодії 16-24 годин. 5 10 15 Із даних табл. 1, 2, які характеризують взаємопов'язаний вплив основних параметрів синтезу подвійного цинк-кобальт фосфату складу Zn5Co(PO4)4∙8H2O, випливає, що цільовий продукт високої якості при зменшеній тривалості та енергоємності процесу одержують за таких умов: 4087 %-ної фосфатної кислоти, рН взаємодії 2,9-3,2, мольне співвідношення цинку і кобальту в складі суміші гідроксокарбонатів - К=Zn/Co=2,4-2,6; гідразину хлорид у співвідношенні СоО в складі гідроксокарбонатів до N2H4∙2HCl=8, температура 30-80 °C, тривалість взаємодії 5-6 годин, промивання осаду водою (співвідношення осад:Н2О=1:5). Дотримання вказаних параметрів способу одержання подвійного цинк-кобальт фосфату складу Zn5Co(PO4)4∙8H2O, що пропонується корисною моделлю, дозволяє інтенсифікувати процес, зменшуючи в 3-3,5 разу його тривалість, енергоємність, та покращити якість цільового продукту. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 Спосіб одержання подвійного цинк-кобальт фосфату складу Zn5Co(PO4)4∙8H2O, який відрізняється тим, що у термостатований при 30-80 ºC реакційний посуд, що містить воду, підкислену фосфатною кислотою до значення pH 2,9-3,2, протягом 5-6 годин подають при перемішуванні гомогенізовану суміш гідроксокарбонатів цинку і кобальту, мольне співвідношення К=Zn/Co в складі якої становить 2,4-2,6, і 40-87 %-ний розчин фосфатної кислоти, підтримуючи постійним значення pH із діапазону 2,9-3,2, та гідразину хлорид у співвідношенні CoО в складі гідроксокарбонатів до N2H4∙2HCl=8, осад, що утворюється, відфільтровують, промивають водою (Т:Р=1:5), висушують при 40 ºC до постійної маси. Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3