Способ получения сложных оксидных материалов на основе хрома

 

Настоящее изобретение относится к способу получения сложных оксидных материалов на основе хрома, обладающих абразивными и пигментными свойствами. Способ включает восстановительное осаждение из дихромат-тиосульфат-карбонатных растворов, при стехиометрических нормах тиосульфата натрия и дикарбоната аммония и нейтрализацию их водным раствором аммиака с возвратом 25 - 40% маточного раствора, а термообработку осуществляют при 800 -1000^oC. 1 з. п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к неорганической химии, в частности к получению сложных оксидных материалов, которые могут быть использованы в качестве абразивов и пигментов.

Известен способ получения сложных оксидов хрома, железа, кальция, алюминия, включающий смешение феррохромового шлака с карбонатом кальция и оксидом алюминия и обжиг шихты при температурах 1260 1280^oC.

Недостатком данного способа является высокая температура прокалки и сложность регулирования конечных свойств материала.

Наиболее близок к предлагаемому изобретению способ получения оксидных материалов на основе хрома, включающий восстановительное осаждение гидроксидов металлов из нагретых щелочных дихромат-тиосульфатных растворов при введении в них раствора соли соосаждаемого металла, отделение, промывку и термообработку получаемого осадка.

Данный способ предполагает применение дорогостоящего и влияющего отрицательно на свойства конечного продукта щелочного реагента NaOH и повышенный расход восстановителя Na₂S₂O₃. Кроме того, компоненты используются неполностью и образуется значительное количество жидких отходов.

Цель изобретения снижение расхода тиосульфата натрия и сокращение количества жидких отходов при сохранении степени использования соосаждаемых компонентов и качества товарного продукта.

Поставленная цель достигается за счет возврата на стадию восстановительного осаждения части маточного раствора, получаемого после отделения осадка, и использования водного раствора аммиака в качестве щелочного реагента.

Заявляемый способ заключается в следующем.

25 40% маточного раствора смешивают с раствором дихромата натрия, нагревают до 50 60^oC, вводят в виде растворов стехиометрические количества тиосульфата натрия (по отношению к дихромату натрия), дикарбоната аммония (по отношению к оксиду кальция для кальцийсодержащих оксидных систем) и заданные количества сульфатов (хлоридов) соосаждаемых металлов, нейтрализуют NH₃ водн. до pH выделения в твердую фазу наиболее растворимого из соосаждаемых компонентов, отделяют и промывают осажденный осадок, затем прокаливают его при температурах 800 1000^oC.

Проведение процесса при указанных условиях, например, для системы Cr₂O₃ Al₂O₃ CaO позволяет снизить расход в 3 раза, а количество жидких отходов в 1,7 раза при степени использования соосаждаемых компонентов: хрома (III) 64 71% кальция 97 -97,5% алюминия 100% получить товарный продукт с улучшенной цветовой характеристикой насыщенностью доминирующего цвета 45 50% по сравнению с 32% у пигментного оксида хрома и соответствующий абразивному оксиду хрома 0 и 1 категории качества.

Использование в качестве щелочного реагента NH₃ водн. способствует улучшению товарных свойств материала, не снижает полноту выделения в твердую фазу соосаждаемых компонентов вследствие образования хорошорастворимых аммиакатов.

Кроме того, в соответствии с законами химической кинематики и равновесия реакций, наличие в зоне реакций одного из продуктов способствует смещению равновесия в сторону исходных веществ. В связи с этим в предлагаемом способе степень выделения основных компонентов в твердую фазу должна снижаться. Однако наблюдается увеличение полноты выделения и, соответственно, увеличение полноты протекания реакции с образованием труднорастворимых соединений. Это позволяет в предлагаемом способе исключить повышенный расход Na₂S₂O₃, используемого в прототипе для увеличения полноты протекания реакции восстановительного осаждения с образованием труднорастворимого Cr(OH)₃. Данное явление может быть обусловлено проявлением эффекта высаливания, т.е. выведения из зоны второго продукта и, соответственно, смещения равновесия реакции в сторону продуктов.

При возврате на стадию восстановительного осаждения менее 25% маточного раствора остаются низкими степень выделения соосаждаемых компонентов в твердую фазу и степень использования маточного раствора, что не соответствует поставленной цели. Использование же маточного раствора более 40% ведет к ухудшению товарных свойств материала, видимо, в результате значительного накопления солей натрия.

Введение в дихромат-тиосульфатный раствор карбонат-иона позволяет получать кальцийсодержащие смешанные оксидные материалы на основе хрома, т.к. соосаждение Ca(OH)₂ невозможно.

Осуществление синтеза при температуре 50 60^oC позволяет получить более активные осадки и, тем самым, снизить температуру стадии прокалки до 800 1000^oC.

При температурах прокалки менее 800^oC получаются низкокристалличные осадки, что показывают данные рентгенофазового анализа, и это ведет, соответственно, к ухудшению товарных характеристик материалов. Повышение температуры более 1000^oC практически не влияет на товарные свойства материалов и поэтому не- целесообразно (см. чертеж).

Заявляемое решение иллюстрируется следующим примером выполнения.

Пример. В термостатированный стеклянный реактор емкостью 2 л, снабженный лопастной мешалкой, при температуре реакционной среды 50^oC помещают следующие реагенты: 1. Маточный раствор состава, Na₂SO₄ 4,0; NaOH 0,4; NH₄Cl 1,5; (NH₄)₂SO₄ 7,4 в количестве 0,3 л, что составляет 26% от общего количества вводимых реагентов.

2. Раствор Na₂Cr₂O₇ концентрации 320 г/л в количестве 0,199 л.

3. Раствор Na₂S₂O₃ концентрации 400 г/л в количестве 0,042 л.

4. Раствор CaCl₂ концентрации 400 г/л в количестве 0,029 л.

5. Раствор Al₂(SO₄)₃ концентрации 300 г/л в количестве 0, 153 л.

6. Раствор NH₄HCO₃ концентрации 200 г/л в количестве 0,045 л.

Далее дозируют водный раствор NH₃ концентрацией 24% в количестве 0,150 л со скоростью (10 15)·10^-3 л/мин до pH реакционной смеси 9,2. Выдерживают реакционную смесь в течение 1 часа с начала дозирования NH₃ водн. и расфильтровывают. Фильтрат в количестве 0,680 л собирают для дальнейшего использования. Осадок промывают в 0,6 л горячей воды, сушат при температуре 100^oC до постоянной массы. Полученный в количестве 0,097 кг осадок прокаливают при 1000^oC. После термообработки при 1000^oC продукт имеет ярко-желто-зеленый цвет с насыщенностью 45% и обладает полирующей способностью 0,11 мг/мин · см² при шероховатости полируемой поверхности 0,11 мкм (см. таблицу).

Формула изобретения

1. Способ получения сложных оксидных материалов на основе хрома, включающий восстановительное осаждение из дихроматиосульфатных растворов, отделение осадка от маточного раствора и термообработку его, отличающийся тем, что восстановительное осаждение ведут при 50 60^oC из дихромат-тиосульфат-карбонатных растворов при стехиометрических нормах тиосульфата натрия и дикарбоната аммония, содержащих, мас.

Na₂SO₄ 4 5 NaOH 0,4 0,5 NH₄Cl 1,5 2,0 (NH₄)₂SO₄ 7,4 10,0 с нейтрализацией их водным раствором аммиака, а термообработку осуществляют при 800 1000^oC.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на стадию восстановительного осаждения возвращают 25 40 мас. маточного раствора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2