Способ получения цинкнитратфосфатного концентрата

 

114 Я1 РО L112214 ÄÄ (s ) с вг з союз совк гских сОциАлистичижих Реснувлнтт госудмствкннок плткнтнок вщомсгво ссср тоснАТигг eeet)

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К ПАТЕНТУ

1 - .. 2 (21) 3485063/26 .. - - фоиина EA„ Соколова 3А; Фунтиков ВИ. Чумаевс(Щ110632, .: вй ВА; Швецов ЮА; Шляеетох ЛП (46) 15.1233 Bqa йв 45-46 - — (73) Власова M (71) Ленинградский государственныа-нay но-иcc- (S4) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЦИНКНИТРАТледоеательский и проектный институт основной:ки=- . ФОСФАТНОГО КОНЦЕНТРАТА . (ill (72) Власова ГИ„. Кудрявцева ВЛ„Леонтьева JlA;

1 i72214

Изобретение относится к получению концентратов фосфатирования, применяемых в автомобильной, тракторной и других отраслях промышленности для нанесения фосфатного слоя перед окраской лакирова:,нием, волочением.

Известен способ получения, цинкнитратфосфатного концентрата путем растворения в воде моноцинкфосфатов, нитрата цинка, фосфорной кислоты.Недостатком этого способа является применение индивидуальных химических соединений, что значительно удорожает процесс, так как на изготовление их требуются определенные трудозатраты, Наиболее близким.к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ полуумения цинкнитратфосфатного концентрата, заключающийся в растворении окиси цинка в смеси фосфорной и азотной кислот. Способ осуществляют следующим образом..

1. Приготовление смеси фосфорной и азотной кислот.

2. Добавление умягченной воды или конденсата в смесь кислот.

3. Введение в смесь кислот порошкообразной окцси цинка при механическом перемешивании.

4. Температура процесса 50-60 С..При введении окиси цинка наблюдается. перегрев реакционной смеси. Температуру поддерживают путем подачи в рубашку реактора охлаждаемой воды.

5. Скорость подачи окиси цинка 35,5—

87,5 кг/ч м, 6. Общая продолжительность процесса, обеспечивающая получение стабильного:по составу. концентрата, 8-12 ч.

Недостатками известного способа получения цинкнитратфосфатного концентрата явля Ются;

1, При растворении порошкообразной окиси цинка иэ-эа плохой смачиваемости смесью кислот наблюдается процесс комко-. вания, что значительно снижает скорость растворения и стабильность концентрата.

2. Сравнительно велико время, затрачиваемое на получение стабильного по составу концентрата, и составляет 8-12 ч.

3..Низкая стабильность состава раствоps: готовый продукт в различных партиях имеет значительные колебания в составе (см табл.1).

Таким образом, недостатком известного способа является низкая стабильность концентрата, характеризующаяся продолжительностью корректировки с целью получения заданного состава и колебаниями концентрации компонентов в составе.

Целью изобретения является повышение стабильности состава концентрата.

Цель достигается описываемым способом получения цинкнитратфосфатного кон5 центрата фосфатирования, включающим растворение окиси цинка в смеси фосфорной и азотной кислот, причем окись цинка перед растворением смешивают с водой B весовом соотношении ZnO; Н20„= 1:1 — 3, и

10 полученную суспензию подают в смесь кислот со скоростью 104 — 150 кг ZnO/÷ м з отличиями способа являются предварительное получение водной суспенэии окиси цийка в весовом соотношении ZnO:HgO15 -1:1-3 и скорость подачи суспензии окиси цинка — 104-150 кг ZnO/÷ м . з

Сущность способа состоит в том, что введение водной суспензии окиси цинка в смесь кислот позволяет интенсифицировать

20 процесс, при этом не наблюдается разогрев реакционной массы, Равномерно и быстро. устанавливается рН реакционной смеси, что позволяет осуществлять контроль по рН концентрата за соотношением ZnO/РрΠ—

-МОз, т.е, позволяет значительно повысить стабильность концентрата., Пример 1. В смесь фосфорной и азотной кислот, содержащую 871,2 кг 73 ной Н2РО4 и 943,8 кг 56 -ной НМОз нахо30 дящуюся в реакторе емкостью 3 м, при температуре 60 С и механическом перемешивании приливают водную суспензию в весовом соотношении ZnO:НгО - 1:2,0 со скоростью 150,0 кг Zn0/÷ м (Zn0 106 ).

35 Продолжительность загрузки 1,1 ч, количество ZnO 491,7 кг. Смесь перемешивают в течение 1 ч. Общая продолжительность процесса 2,1 ч. Получен концентрат (3300 кг)

КЦФ-1 с концентрацией, мас, :

Цинк, 12,1

Фосфаты . 13,9

Нитраты 15.7

Вода Остальное

Жидкость проэранная, отсутствует не45 растворимый Остаток, Производительность одной операции 500 кг конц. 1/ч м . з

Пример 2. В смесь фосфорной и азотной кислот, содержащую 125,4 кг 73%нсй НЗР04 и 475 кг 56 -ной НАВОЗ, находя50 щуюся в реакторе емкостью 3 м, при з температуре 60 С приливают водную суспензию окиси цинка в весовом соотношении ZnO:Í20 = 1;3 со скоростью 104 кг

ZnO/÷. м (ZnO 100 ). Продолжительность

55 загрузки 1 5 ч (количество ZnO 455,4 кг).

Смесь перемешивают в течение 1 ч. Общая продолжительность процесса 2,5 ч. Получен концентрат (3300 кг) с концентрацией, мас. :

1172214

Цинк 11,1

Фосфаты 20,0

Н.и траты 8,0

Вода Остальное

Плотность 1,47 т/м 5

Нерастворимый остаток отсутствует.

Производительность одной операции 440

„, к нц/ч.мз

Пример 3, В смесь фосфорной и азотной кислот, содержащую 1600,5 кг 73 -. 10 ной НзРО4 и 570.9 кг 567ь-ной ННОз находящуюся в реакторе емкостью 3 м, при температуре 60ОС приливают 147,51 кг кон-. денсата, перемешивают, затем приливают водную суспенэию окиси цинка в весовом 15 соотношении ZnO:HzO = 1:1 с, скоростью

148,2 кг ZnO/÷ . м (ZnO 100 ). Продолжительность загрузки 1,1 ч (количество окиси цинка 491,7 кг) с последующим перемешиванием 2 ч. Общая продолжительность про- 20 цесса 3,1 ч; Получен концентрат (3300 кг) со следующей концентрацией, мас. :

Цинк 12,0

Фосфаты 25,4

Нитраты 9,5 25 .Плотность 1,59 т/м .

Нерастворимый остаток отсутствует.

Производительность операции 366 кг ко /ч . MM3

Пример 4 (непрерывный процесс), 30

Фосфорную кислоту (73 .-ную НзР04) и азотную кислоту (567-ную ННОЕ) из емкостей непрерывно центробежным насосом подают в напорные баки, избыток по переливным трубам возвращается в циркуляци- 35 онные емкости. Отдельно в репульпаторе приготавливают водную суспенэию окиси цинка Т:Ж = 1:1,7. Суспензия окиси цинка

Ьепрерывно поступает в реактор емкостью . 3 м с механическим перемешиванием через 40 регулирующий клапан, управляемый регу-. лирующим рН-метром. Поступление смеси кислот и суспензии окиси, цинка в реактор емкостью 3,5 м производят на разных уровнях: смесь кислот в нижнюю часть реактора, 45 суспензию на 2/3 от уровня жидкости.

Скорость подачи реагентов: фосфорная кислота 646,8 кг; азотная кислота 620,4 кг/ч, водная суспензия окиси цинка 343,4 кг. 50

ZnO/÷. Время пребывания концентрата в реакторе 2 ч. Автоматическое регулирование процесса осуществля эт по рН реакционной среды в пределах 0,5 ед..рН при температуре 60 С. Концентрат через внут- 55 реннюю переливную трубу самотеком поступает в промежуточную емкость, а оттуда — в сборник готовой продукции. Производительность установки 2200 кг/ч или 730 кг конц./ч . мэ. Концентрат имеет концентрацию, мас. :

Цинк 12,5

Фосфаты 15,5

Нитраты. 15,5

Вода остальное

Нерастворимый остаток 0.1

Плотность 1,47т/м .

В табл. 2-7 приводится обоснование выбранных интервалов параметров процесса для различных концентратов..

Как видно из табл. 2 — 7 цинкнитратфосфатные концентраты в заявленных интервалах параметров (примеры 2-4 и 8-10 всех таблиц) обладают высокой стабильностью по составу и минимальной продолжительностью корректировки, обеспечивающей стабильный состав концентрата. При увеличении соотношения Т:Ж в суспензии (Zn0: Н О.- 1: 0.5) резко увеличивается вязкость, что делает эту суспензию нетехнологичной (суспензия забивает трубопроводы, коммутации). Возрастает вреМя, обеспечивающее стабильность концентра-. та по составу и одновременно увеличивается колебание концентрации основных компонентов.

При уменьшении Т:Ж в суспензии (ZnO:

: Н20 = 1:3,5) существенно снижается концентрация основных компонентов концентратов и не. обеспечивается получение концентратов необходимого состава.

При скорости подачи суспензии ниже заявленного интервала 102 кг ZnO/÷ м возрастает продолжительность корректировки, обеспечивающая стабилизацию состава (10,5-7,5 ч), и значительны отклонения по содержанию основных компонентов от партии к партии. Это обусловлено тем, что при низкой скорости подачи суспензии окиси цинка изменяется упругость паров над раствором и возрастают потери нитратов, При увеличении скорости подачи суспенэии окиси цинка выше заявленного предела 155 кг 2пО/ч м, с одной стороны, наблюдается разогрев реакционной массыи разложение НАВОЗ, а с другой — быстрое увеличение концентрации ZnO в системе приводит к образованию соединений цинка других степеней замещения. Эти две и ричины существенно ухудшают стабильность состава концентратов, увеличиваются отклонения в содержании основных компонентов.

Примеры 6 и 12 характеризуют известный состав получения цинкнитратфосфатных концентраторов путем растворения порошкообразной окиси цинка в смеси кислот, 1172214

Применение способа позволяет улучшить x a. åñ Tâo концентрата фосфати рования, а именно увеличить его стабильность. т.е. стабализировать содержание компонентов и сократить время корректировки состава. осуществить перевод периодического процесса нэ непрерывный..Кроме тоfo, за счет ликвидации стадии дозирования порошкообразной окиси цинка в смесь кислот и отсутствия разогрева, связанного с выделением окислов азота, улучшается санитарное состояние производства. (56) Багатиков С,Г., Суханова Н.А, Практи5 кум по технологии лакокрасочных покры тий, М,; Химия; 1982, с. 42.

Технологический регламент,производства фосфатирующего концентарта КПО

"Куйбышевфосфор", 1980.

Таблица 1

Таблица 2i

Цинкнитратфосфатный концентрат КФ-3

Стабильность

Вязкость при 20"С, Па с, Скорость подачи

СоотноIL3eHMe

ZnO:И О

Время Содержание основного компонента и его кообеспечи- лебание мас. % суспензии, кг

Zn0 ч . м з вающее стабильность, ч фосфатов (Р205) нитратов (КОэ) цинка

437,0

4Ю,О

1,7

0,22

0,18.1,7

1,7

1,7

1,7

1.7 Высокая вязкость суспензии, плохая текучесть, "Разбавление концентрата, требуется упарка.

"*Сильное комкование.

1 .0,5

1:1

1:2 .1:3

1:3,5

1:0

1.2

1:2

1:2

1.2

1;2

1:0

120 20

102

104

87,5

5,0

4,д

1.5

0,8

0,5

7,5

6,0

4.5

1 r

4,1

5,6

6.5

11,5+0,3

11,5 +0,2

11,5 0.15

11,5"- 0,15

7,25": 0,15

11,5": 0,45

11,5": 0,4

11,6+ 0,3

11,5+ 0,15

11,.6+ 0,3

12,0:" 0,4

11,0-11,9

21,2+ 0,4

21,2 0,2

21,1+ 0,20

21,0 - 0,2

14,4: 0,2

21,1.": 0,9

21,1 0,8

21,1+ 0.5

21,1 - 0.2

20,9 -0,5

19,5 - 0.8

20.2":. 22.0

6,15:" 0,25 1 . 6,15:" 0,15

6,15+ 0.1

6.1 - 0,1

3.7» 0,1

6,15:". 0,35

6.15+ 0,3

6.15+. 0,2

6,15+ 0,1

6.25 - 0,2

6,7 0.3

5,8 ". 6.5

1172214

Табл ;ца 3

Цинкнитратфосфатный концентрат КФЭ -1

Вязкость

Ско ростb .подачи суспензии, кг

ZnO ч м

Стабильность

Соотношение

ZnO:НгО суспензии при

200С, Па ° с, Содержание основного компонента. и его колебание мас.

Время. обеспечивающее стабильнитратов фосфатов (Рг05) цинка

Zn (КОЗ) ность, ч

437,0

40,0

1,7

0,22

0.18

1,7

1,7

1,7

1,7

1.7

*Из-за высокой вязкости низкая текучесть пульпы.

++Требуется упарка.

**"Сильное комкование, разогрев.

****Разогрев, потери ННОз, *****П рототи и.

Таблица 4

Цинкнитратфосфатный концентрат КЦФ-.1

Соотношение

ZnO:НгО

Стабильность

Скорость подачи суспензии, кг

ZnO ч м

Вязкость суспензии при

2О С, Па с, Содержание основного компонента мас.

Время обеспечивающее стабильцинка

Zn фосфатов (Рг05) нитратов (МОз) ность, ч

437,0

40,0

1;7

0.22

0,18

1,7

1,7

1,7

1:0,5

1:1

1:2

1:3

1 .3,5

1:0

1:2

1:2

1;2

1:2

1:2

1:0

1:0,5

1:1

1:2

1:3

1:3,5

1:О

1:2

1:2

1:2

102

104

150 1 50

102

104

120

5,75

4,0

2,0

1,25

0,8

10,5

7.5

5,5

2,0

5,0

8,0

9,5

5.5

4,0

2,0

1,25

0.8 . 10.0 .7,6

5,5

2,0

12 5 «403

12,5 «+0,2

12,5 + 0,15

12,5 +. 0,15

10,1 "= 0,15

125 й10

12,5 ++ 0,8

12,5 ": 0,4

12.5 = 0,15

12,5 и 0,3

13,0= "0.8 11,5 + 13,5

12,0 + 0,2 12,0 =" 0,15

12,0 0,1

12 0 = - 0,1 .

8,0 = 0,1 .

12 й03

12 + 0,3

12,0 0,2

120 й0 1

15,5. и 0,4

15,5й 0,3

16,5 «+ 0,25

15,2 й0,25

13,2 й025

15,5 +0,5

155 й09

15,5 0,3

15,5 ++ 0,25

15,5 + 0,3

14,5 «+ 1,0

14-17

15,2 и 0,25

15,2 й0,2

16,2 ф0,15

152 й0,15

10,6 + О, 15

15,2 + 0,5

15,2 ч- 0.5

15,2 ч-0,4

15.2 "- 1.5

15,5 0,4 >

15,5+ 0;3

15,5 + 0,25

15.3 + 0 25

125 й015") 15,5 2,5*

15 5й 1.0

15,5 «+ . 0,3

15,5 = - 0.25

15,5+ 0,3

16,0+ 1,0

13-18 *

13,7+0,25

13,7 "- 0,15

1,37. + 0,1

1,37 0,1

96 0,1

1,37 "=0.4* *

1,37+ 9,4

1,37 + 0,3

1,37 0,1

1172214

Продолжение табл, 4

*Высокая вязкость, суспензия имеет плохуе текучесть.

**Разбавление концентрата, требуется упарка.

***Сильный разогрев, комкование.

****Разогрев. потери Нйоз, *****Прототип.

Таблица 5

Цинкнитратфосфатный концентрат КФ-1

Соотно-, ВязСтабильность шение

ZnO;H20 кость

Время обеспечиСкорость подачи суспензии, кг

ZnO. ч м

Содержание основного компонента мас. суспензии при:

200С, Па с, вающее стабильфосфатов (PrOs) цинка ..Zn нитратов (NOa) ность, ч

437,0

40,0

1,7

0,22

0,18

11,1 + 0,2 11,1 + 0,15

11,.1 0,15

1,7

1,7

1,7

1,7

1,7

*Из-за высокой вязкости, плохая текучесть.

*Разбавлен концентрат, требуется упарка.

"*Сильный разогрев, комкование.

" ""Сильный разогрев, потери НИОз, Прототип.

1:0,5

1:2

1:3

1:3,5 1:0

1:2

1:2

1:2

1:2

1;2

1:0

120 . 102

104

35.3

8,0

5,5

3,1

2,0

1,75

12.0

9,5

6,0

3,1

5,5

9.5.

7,6 + 0,1

11,1 + 0,3

1 1,1 + 0 3

11,1 -0,2

11,1 0,15

11,1 -0,2

11,6 «+0,3

10,8-11,4

7,9 0,25

7,9+ 0,2

7,9 + 0,15

7,9 + 0,15

5,5+ 0,15

7,9 0,5

7,9 0.5

7,9 О, 15

7;9 0,15

7,9 - 0.3

7„0:" 0,5

74 й84

20 + 0.25

20 ":0,15

20 — + 0,1

19,8+ 0,2

14+0,1 *

20 0 5* "

20,0 0,5

20.0 + 0.15

20,0 + 0,1

20.0 ч- 0.3

205 + 05 *

19 5-20,5 *

cl (a

Таб ица 6

Цинкнитратф@фатный:Концентрат КФЭ-2

Стабильность

Вязкость суспензии при 20ОС, Па с, Скорость подачи суспензии, кг

ZnO ч М

Соотношение

Zn0:Í20

Время обеспечиСодержание основного компонента готового продукта, мас. $ вающее стабильнитратов. (N0g). фосфатов,.; (Р205) цинка

Zn ность, ч

437,0

40,0.

1,7

0,22

0,18

1,7

1,7

1,7

1,7

1,7

*Из-за высокой вязкости, плохая текучесть.

**Разбавлен концентрат, требуется упарка.

***Сильный разогрев, комкование, "***Сильный разогрев, потеря НАВОЗ.

*****Прототип.

Таблица 7

Цинкнитратфосфатный концентрат КФЭ-3

Стабильность

Соотношение

ZnQ:Í20

Скорость подачи суспензии, кг

ZnO ч и

Вязкость суспензииПаС при 20 С, Время обеспечиСодержание основного компонента,мас. $ вающее стабильность, ч . фосфатов (Р 205) нитратов . (НОз) цинка

437,0

40,0

1,7

0,22

0,18

1,7

1,7

1,7

1:0,5

1:1

1:2

1:3

1:3,5

1:0

1:2

1 ге

1:2

1:2

1:0

1;0,5

1:1

1:2

1:3

1:3,5

1:0

1;2

1;2

1:2

102

104

50,0

102

104

120

7,0

4,75

2,75

1,60

1,25 12,0 .

7.5

5,5

2,75

5,8

8,3

11,О

5,0

3,5

3,1

2,0

1,75

7.5

5 0

3,1

12,5 + 0,45

12,5 "= 0,15

12;5 «й0,15

12,5 «-0,1

7,4 +.0,1

12,5 «- 1,5

12,5+ 0,8

12,5 и 0,15

12,5+ 0,15

12,5 + 0,312,5 1,3

11-14

12 + 0,4

12 + 0,2

18,9 =" 0,25

11,2 «0,1

5,8 0,1

12 -05

11,9 + 0,4

11,9 и 0,2

11,9 "-0,15

11,0 0,3

11,0 О,г

11,0 «+0,2

11,0 «0,1

9,0 «+0,1

11.,0 + 1,0

11,0 +0,7

11,0 « "Кг

11,0 «:0,2

11;О +,. 0,4

11.0 «.,0,8

10-12

94 «0,45

9,5 « 0,25

9,3 й0,25

9,8 + 0,2

4,5 + 0,2

9,5 + 0,5

9,3 + 0,4

9,3 + 0,3

9,3 «0,25

22 5 ««-0.6 1

22,5 «- 0.5

22,5+ 0,3

22,5 + 0,2

14,5 + 0,2

225 +35 > .22,5+ 1,5

22,5 +0,3

22,5 «0,322,5 + 0,5

22,5 « 0,9** 19-26* *

25,3 + 0,3)

25,3 «.0 25

25,2 «0,25

25,2 «-0,2 2 6 «02 *)

25,g + 1,0***1

25.2 ++ 0.55

25,2 «0,3

25,2 «0,25.

1172214

Продолжение табл, 7

Формула изобретения

Составитель Г..Власова

Техред М.Моргентал Корректор С.Юско

Редактор О. Юркова

Заказ 3350

Тираж Подписное

НПО "Приск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Пооизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул:Гагарина, 101

*Высокая вязкость, плохая текучесть.

*Разбавлена, требуется упарка.

+**Сильный разогрев, комкование.

****Сильный разогрев, потери ННОЕ.

***+*Прототип.

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЦИНКНИТРАТ-.

ФОСФАТНОГО КОНЦЕНТРАТА, включающий растворение окиси цинка в смеси фосфорной и азотной кислот, отличающийся тем„что, с целью повышения стабильности состава концентрата, окись цинка, перед растворением смешивают с водой. в массовом соотношении 1е 1 - 3 и полученную .суспензию подают в смесь кислот со скоростью 104 - 150 кг ЕпО/ч ° м .