Спосіб одержання подвійного гідратованого цинк-манган(іі) фосфату

Реферат: Спосіб одержання подвійного гідратованого цинк-манган(ІІ) фосфату включає взаємодію суміші вихідних реагентів, взятих у певному співвідношенні, промивання осаду водою та висушування. Як вихідні реагенти використовують гідроксокарбонати цинку і мангану(ІІ), гомогенізовану механічну суміш яких з мольним співвідношенням К=Zn/Mn=1,9-2,1, 40-70 %-ний розчин фосфатної кислоти та гідразин сульфат у співвідношенні Μn до N 2H4·H2SO4=7 протягом 3-4 години подають одночасно при неперервному перемішуванні, підтримуючи постійним значення рН діапазоном 2,8-3,1, у термостатований при 30-75 °С реакційний посуд, що містить воду, підкислену фосфатною кислотою до значення рН 2,8-3,1. Осад промивають водою, висушують при 40 °С до постійної маси. UA 93759 U (54) СПОСІБ ОДЕРЖАННЯ ПОДВІЙНОГО ГІДРАТОВАНОГО ЦИНК-МАНГАН(ІІ) ФОСФАТУ UA 93759 U UA 93759 U 5 10 15 20 25 30 35 40 Корисна модель належить до неорганічної хімії, а саме до технології солей фосфатної кислоти - способів одержання подвійного гідратованого цинк-манган(II) фосфату складу Zn2Mn(PO4)2·4H2O, який використовують в рослинництві як мінеральні добрива з мікроелементами. Найбільш близьким до способу, який пропонується за технічною суттю і результатом, що досягається, є спосіб одержання подвійного фосфату цинку-манган кристалогідрату формули Ζn2Μn(ΡO4)2·4Η2Ο (АС №1171420, опубл. 07.08.1985, бюл. № 29). Одержують його взаємодією суміші 0.5 моль/л сульфатних, хлоридних, ацетатних розчинів солей марганцю і цинку з 2+ 2+ розчином гідрофосфата натрію при молярному співвідношенні Σ Μn , Zn : Na2HPO4, що дорівнює 1.49-1.54, швидкості подання реагентів 1-2 мл/хв., рН 5-6 при 60-80 °C. Осад промивають водою, висушують при 60 °C. Вихід цільового продукту становить 86-92 %. Галузь застосування Ζn2Μn(ΡO4)2·4Η2Ο - сільське господарство, де його використовують як мікродобрива. Недоліком найближчого аналога є велика тривалість процесу, що значно збільшує його енергоємність, невисока якість та вихід цільового продукту. Корисною моделлю поставлена задача розробити спосіб одержання подвійного гідратованого цинк-манган(II) фосфату складу Ζn2Μn(ΡO4)2·4Η2Ο, який дозволить інтенсифікувати процес, зменшуючи його тривалість, покращити якість та підвищити вихід готового продукту. Поставлена корисною моделлю задача вирішується взаємодією у присутності гідразину сульфату суміші гідроксокарбонатів цинку і мангану(ІІ), взятих у певному співвідношенні, з фосфатною кислотою при фіксованому значенні концентрації іонів гідрогену. Суть корисної моделі полягає у тому, що для одержання подвійного гідратованого цинкманган(ІІ) фосфату як вихідні реагенти використовують гідроксокарбонати цинку і мангану(ІІ), гомогенізовану механічну суміш яких з мольним співвідношенням K=Zn/Mn=1.9-2.1, 40-70 %-ний розчин фосфатної кислоти та гідразин сульфат у співвідношенні Μn до N 2H4·H2SO4=7 протягом 3-4 години подають одночасно при неперервному перемішуванні, підтримуючи постійним значення рН діапазоном 2.8-3.1, у термостатований при 30-75 °C реакційний посуд, що містить воду, підкислену фосфатною кислотою до значення рН 2.8-3.1, Осад промивають водою, висушують при 40 °C до постійної маси. В табл. 1 наведено залежність хімічного і фазового складу подвійних гідратованих цинкманган(ІІ) фосфатів, одержаних за способом, що пропонується корисною моделлю, від складу вихідних реагентів (мольного співвідношення K=Zn/Mn в суміші гідроксокарбонатів). Там же наведено їх ідентифікацію за хімічним складом, рентгенометричними і спектроскопічними даними. В табл. 2 наведено рентгенометричні характеристики синтезованого подвійного цинкманган(И) фосфату складу Ζn2Μn(ΡO4)2·4Η2Ο. Дані табл. 1,2 доводять, що фосфат, одержаний за способом, що пропонується корисною моделлю, є подвійним гідратованим фосфатом складу Ζn 2Μn(ΡO4)2·4Η2Ο. Він є індивідуальною сполукою високої якості і не містить домішкових фаз. Нижче наведено конкретні приклади одержання подвійного гідратованого фосфату складу Ζn2Μn(ΡO4)2·4Η2Ο. Приклад 1. У термостатований при 75 °C реакційний посуд, що містить 750 мл дистильованої води, подають 1.8 мл 60 %-ної Н3РО4 до досягнення рН розчину 2.8. 45 1 UA 93759 U Таблиця 1 Залежність складу цинк-манган(ІІ) фосфатів від мольного співвідношення K=Zn/Mn у вихідних реагентах Склад суміші вихідних гідроксокарбонатів г, на 210 мл 55 %-ної СпіввідноН3РО4 шення K=Zn/Mn, (ZnOH)2CO3 (МnОН)2СО3 Zn мольне ·mH2O ·nН2О Склад твердої фази Мас. % Μn Ρ Н2О 2.2 231.58 120.48 30.16 10.72 13.77 16.23 2.1 2.0 221.05 210.53 120.48 120.48 29.39 11.81 13.84 16.09 29.37 11.83 13.85 16.07 1.9 200.00 120.48 29.36 11.84 13.86 16.04 1.8 189.47 120.48 29.02 12.14 13.90 15.62 Фазовий (за результатами 14 Хімічний спектроскопічного і рентгенофазового аналізів) Механічна суміш Ζn2Μn(ΡO4)2·4Η2Ο двох кристалічних +Ζn3(ΡΟ4)2·4Η2Ο фаз Ζn2Μn(ΡO4)2·4Η2Ο Подвійний Ζn2Μn(ΡO4)2·4Η2Ο гідратований фосфату складу Ζn2Μn(ΡO4)2·4Η2Ο Ζn2Μn(ΡO4)2·4Η2Ο (орторомбічна сингонія) Механічна суміш Ζn2Μn(ΡO4)2·4Η2Ο двох кристалічних +Μn3(ΡΟ4)2·3Η2Ο фаз *Умови синтезу: Н3РО4 - 55 %, 60 °C, рН 2.9, співвідношення Μn у складі гідроксокарбонатів до N2H4·H2SO4=7, тривалість взаємодії - 3.5 год., вміст у гідроксокарбонатах, мас. %: Zn 62.06, Μn - 45.43. Таблиця 2 Рентгенометричні характеристики синтезованого подвійного гідратованого фосфату Ζn2Μn(ΡO4)2·4Η2Ο d, нм 0.9174 0.5308 0.5085 0.4874 0.4585 0.4019 0.3914 0.3663 0.3472 0.3399 5 10 15 І/І0, % 100 3 5 5 95 9 7 2 9 11 Ζn2Μn(ΡO4)2·4Η2Ο hkl d, нм 020 0.3147 200 0.3025 210 0.2979 011 0.2863 220 0.2652 230 0.2541 031 0.2440 201 0.2303 240 0.1949 221 0.1536 I/Io, % 1 4 6 52 7 5 34 13 17 18 hkl 231 250 051 151 400 161 022 080 371 0120 В одержаний розчин протягом трьох годин подають одночасно при постійному перемішуванні гомогенізовану суміш гідроксокарбонатів цинку (210.53 г з вмістом Zn - 62.06 мас. %) і мангану (120.48 г з вмістом Μn - 45.43 мас. %), 189.2 мл 60 %-ного розчину Н3РО4, підтримуючи рН 2.9, і 7.93 г гідразину сульфату (Μn в складі гідроксокарбонатів: N2H4·H2SO4=7). Осад відфільтровують, промивають водою (Т:Н2О = 1:5), висушують при 40 °C до постійної маси. Одержують продукт складу Ζn2Μn(ΡO4)2·4Η2Ο. Вміст у ньому, мас. %: Zn - 29.37, Μn - 11.83, Ρ - 13.85, Н2О - 16.07. Вихід цільового продукту становить 99.2 %. Приклад 2. У термостатований при 50 °C реакційний посуд, що містить 750 мл дистильованої води, подають 2.4 мл 45 %-ного розчину Н3РО4 до досягнення рН 3.0. Потім, аналогічно прикладу 1, протягом 4 годин дозують суміш гідроксокарбонатів 221.05 г 2 UA 93759 U 5 10 15 20 25 (ZnOH)2CO3·mH2O, 120.48 г (MnOH)2CO3·nH2O і 242.1 мл 45 %-го розчину Н3РО4. Додають 7.93 г N2H4H2SO4. Подальші операції виконують аналогічно прикладу 1. Одержують продукт складу Ζn2Μn(ΡO4)2·4Η2Ο. Вміст у ньому, мас. %: Ζn - 29.39, Μn - 11.81, Ρ - 13.84, Н2О - 16.09. Вихід цільового продукту становить 98.7 %. Приклад 3. Синтез виконують аналогічно прикладу 1, але за умов: 30 °C, 750 мл Н2О, 2.1 мл 70 % Н3РО4 до рН 3.1, суміш гідроксокарбонатів (ZnOH) 2CO3·mH2O - 200.00 г; (MnOH)2CO3·nH2O - 120.48 г (K=Zn/Mn=1,9), 214.7 мл 70 %-го розчину Н3РО4, 7.93 г N2H4·H2SO4. Одержують продукт складу Ζn2Μn(ΡO4)2·4Η2Ο. Вміст у ньому, мас. %: Ζn - 29.36, Μn - 11.84, Ρ - 13.86, Η2Ο - 16.04. Вихід цільового продукту становить 99.0 %. Приклад 4. Синтез виконують аналогічно прикладу 1, але використовують суміш гідроксокарбонатів цинку і мангану, мольне співвідношення K=Zn/Mn в складі якої становить 2.3. Одержують продукт, що містить механічну суміш двох кристалічних фаз. Приклад 5. Те ж саме, що в прикладі 1, але температура взаємодії 90 °C. Ускладнюється апаратурне оформлення процесу та дотримання заданих умов одержання однорідного якісного продукту. В табл. 2 наведено обґрунтування параметрів способу одержання подвійного гідратованого цинк-манган(ІІ) фосфату Ζn2Μn(ΡO4)2·4Η2Ο. Із даних табл. 1-3, які характеризують взаємопов'язаний вплив основних параметрів синтезу подвійного гідратованого цинк-манган(ІІ) фосфату складу Ζn2Μn(ΡO4)2·4Η2Ο, випливає, що високий вихід якісного цільового продукту при зменшеній тривалості та енергоємності процесу одержують за таких умов: вихідні реагенти - гідроксокарбонати цинку і мангану(II), взяті у мольному співвідношенні - K=Zn/Mn=1.9-2.1, 40-70 %-на фосфатна кислоти, рН взаємодії 2.83.1, гідразин сульфат у співвідношенні Μn до N2H4·H2SO4=7, температура 30-75 °C, тривалість взаємодії 3-4 годин, промивання осаду водою, висушування при 40 °C до постійної маси. Таблиця 3 Обґрунтування параметрів способу одержання подвійного гідратованого цинк-манган(ІІ) фосфату Параметри процесу Склад і вихід (%) цільового продукту (за Μn/ результатами хімічного, Концентрація Тривалість, Температура, рентгенофазового, рН Ν2Η4 Н3РО4, % год. °С спектроскопічного ·H2SO4 аналізів) 87 2.9 3.5 50 7.0 70 2.9 3.5 50 7.0 Ζn2Μn(ΡO4)2·4Η2Ο; 99.2 55 2.9 3.5 50 7.0 Ζn2Μn(ΡO4)2·4Η2Ο; 99.4 40 2.9 3.5 50 7.0 Ζn2Μn(ΡO4)2·4Η2Ο; 98.9 30 2.9 3.5 50 7.0 55 2.7 3.5 50 7.0 55 2.8 3.5 50 7.0 Ζn2Μn(ΡO4)2·4Η2Ο;98.1 55 3.1 3.5 50 7.0 Ζn2Μn(ΡO4)2·4Η2Ο; 99.2 3 Πримітка Низька якість продукту Продукт високої якості Продукт високої якості Продукт високої якості Необхідне додаткове концентрування Н3РО4 У складі продукту присутні домішки гідрогенфосфатів Продукт високої якості Продукт високої якості UA 93759 U Продовження таблиці 3 55 3.2 3.5 50 7.0 55 2.9 3.5 25 7.0 55 2.9 5 90 7.0 55 2.9 2,5 75 7.0 55 2.9 3.5 75 7.0 55 2.9 3.5 75 6.0 55 2.9 3.5 75 9.0 Утворюється домішка гідроксофосфату цинку Не досягається Ζn2Μn(ΡO4)2·4Η2Ο повного осадження фосфату Збільшуються Ζn2Μn(ΡO4)2·4Η2Ο енерговитрати Не досягається Ζn2Μn(ΡO4)2·4Η2Ο повного осадження фосфату Продукт високої Ζn2Μn(ΡO4)2·4Η2Ο; 98.9 якості Збільшуються Ζn2Μn(ΡO4)2·4Η2Ο витрати N2H4H2SO4 Утворюється домішка фосфатів Мn(ІІІ) *3а найближчим аналогом: 0.5 моль/л сульфатних, хлоридних, ацетатних розчинів солей Μn і 2+ 2+ Ζn з розчином гідрофосфату натрію при молярному співвідношенні ΣMn , Zn : Na2HPO4=1.49-1.54, швидкості подання реагентів 1-2 мл/хв., рН 5-6 при 60-80 °C, тривалість взаємодії 16-24 годин. 5 Дотримання вказаних параметрів способу одержання подвійного гідратованого цинкманган(ІІ) фосфату Ζn2Μn(ΡO4)2·4Η2Ο, що пропонується корисною моделлю, дозволяє інтенсифікувати процес, зменшуючи в 3-6 разів його тривалість і енергоємність, покращити якість та на 7-12 % збільшити вихід цільового продукту. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 Спосіб одержання подвійного гідратованого цинк-манган(ІІ) фосфату, що включає взаємодію суміші вихідних реагентів, взятих у певному співвідношенні, промивання осаду водою та висушування, який відрізняється тим, що як вихідні реагенти використовують гідроксокарбонати цинку і мангану(ІІ), гомогенізовану механічну суміш яких з мольним співвідношенням К=Zn/Mn=1,9-2,1, 40-70 %-ний розчин фосфатної кислоти та гідразин сульфат у співвідношенні Μn до N2H4·H2SO4=7 протягом 3-4 годин подають одночасно при неперервному перемішуванні, підтримуючи постійним значення рН діапазоном 2,8-3,1, у термостатований при 30-75 °С реакційний посуд, що містить воду, підкислену фосфатною кислотою до значення рН 2,8-3,1, осад промивають водою, висушують при 40 °С до постійної маси. Комп’ютерна верстка М. Шамоніна 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 4