Способ получения цинкнитратфосфатного концентрата

 

Использование: изобретение относится к получению концентратов фосфатирования, применяемых в автомобильной, машиностроительной, метизно-металлургической и других отраслях промышленности для нанесения фосфатного слоя перед окраской, лакированием, холодной деформацией и в качестве самостоятельной защиты металлов от коррозии. Сущность изобретения: готовят водную суспензию окиси цинка в массовом соотношении ZnO:H₂O=1:1-3 с последующим ее вводом в фосфорную кислоту с удельной скоростью 400-8900 кг Zn/м³ H₃PO₄·ч при температуре 50-80^oC с выдержкой реакционной смеси при перемешивании в течение 10-120 мин и вводом азотной кислоты с удельной скоростью 80-2500 кг NO₃/м³ пульпы·ч при температуре 50-60^oC с последующей выдержкой при перемешивании в течение 10-60 мин и отделении примесей. Использование предложенного способа обеспечит расширение сырьевой базы производства фосфатирующих концентратов, увеличит экономичность процесса при обеспечении качества продукта и предотвращения потерь нитратов. 3 з.п.ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к получению концентратов фосфатирования, применяемых в автомобильной, машиностроительной, метизно-металлургической и других отраслях промышленности для нанесения фосфатного слоя перед операциями окраски, лакирования, волочения и в качестве самостоятельной защиты металлов от коррозии.

Известен способ получения цинкнитратфосфатного концентрата путем растворения в воде монофосфата цинка, нитрата цинка и фосфорной кислоты [1] Недостаток предложенного способа применение остродефицитных, дорогостоящих, индивидуальных химических соединений, значительно увеличивающих стоимость продукта.

Наиболее близким к описываемому изобретению по технической сущности является способ получения цинкнитратфосфатного концентрата, заключающийся в растворении водной суспензии окиси цинка в виде цинковых белил в смеси фосфорной и азотной кислот [2] Способ осуществляется следующим образом: 1. Приготовление смеси фосфорной и азотной кислот; 2. Приготовление водной суспензии окиси цинка (цинковых белил); 3. Ввод в смесь кислот суспензии окиси цинка при механическом перемешивании; 4. Скорость ввода суспензии цинковых белил ; 5. Температура процесса 50-60^oC регулируется скоростью подачи суспензии.

Недостатки известного способа получения цинкнитратфосфатного концентрата: цинковые белила ГОСТ 202-84 являются дорогостоящим сырьем и выпускаются в ограниченном объеме; невозможность использования указанного способа для других видов цинксодержащего сырья кроме окиси цинка в виде цинковых белил;
уменьшение безопасности процесса при использовании технической окиси цинка;
потери нитратов при применении других видов окиси цинка.

Цель изобретения расширение ассортимента цинксодержащего сырья при обеспечении качества цинкнитратфосфатного концентрата и предотвращение потерь нитратов.

Поставленная цель достигается описываемым способом получения цинкнитратфосфатного концентрата, включающим растворение цинксодержащего сырья в воде в массовом соотношении ZnO:H₂O=1:1-3 и смешении ее с фосфорной и азотной кислотами.

Отличиями способа являются:
использование вместо дорогостоящих и дефицитных цинковых белил ГОСТ 202-84 активной окиси цинка ТУ 6-08-2-13-80 и окиси цинка ТУ 6-36-5744-684-89-91, получаемых переработкой отходов производства бисульфита и ренгалита;
ввод водной суспензии окиси цинка в фосфорную кислоту с последующей подачей азотной кислоты;
водная суспензия окиси цинка вводится с удельной скоростью
азотная кислота вводится с удельной скоростью
выдержка продукта при перемешивании после ввода водной суспензии окиси цинка в фосфорную кислоту в течение 10-120 мин после ввода азотной кислоты в течение 10-60 мин;
температурный режим при вводе водной суспензии окиси цинка в фосфорную кислоту 50-80^oC, при вводе азотной кислоты в реакционную смесь 50-60^oC;
готовый продукт отделяют от примесей, содержащихся в окиси цинка.

Сущность способа состоит в том, что использование в качестве цинксодержащего сырья окиси цинка ТУ 6-08-2-13-80 и ТУ 6-36-5744684-89-91 расширяет сырьевую базу производства фосфатирующих концентратов при обеспечении высокого качества продукта, увеличивает экономичность и безопасность процесса.

Проведение процесса указанным способом позволяет предотвратить потери нитратов.

Ниже приводятся примеры, подтверждающие получение цинкнитратфосфатного концентрата КФ-1 указанным способом.

Пример 1 (см. таблицу, пр. 40). В реактор 1 объемом 4 м³ загружают 2577 кг воды и 1070 кг активной окиси цинка ТУ 6-08-2-13-80 с содержанием цинка в пересчете на Zn²⁺ 96% (соотношение ZnO:H₂O=1:2,51). Смесь перемешивают в течение 15 мин.

В реактор 2 объемом 6 м³ загружают 2760 кг 75%-ной фосфорной кислоты ГОСТ 10678-76.

Водную суспензию окиси цинка из реактора 1 подают в реактор 2 со скоростью 11052 кг/ч (удельная скорость ) температура реакционной смеси повышается до 70^oC, реакционную смесь выдерживают в течение 80 мин и вводят 56% -ную азотную кислоту ОСТ 113-03-270-76 в количестве 1093 кг со скоростью 1625 л/ч (удельная скорость ) при температуре реакционной смеси 55^oC, продукт выдерживают при перемешивании в течение 50 мин и фильтруют.

Получен цинкнитратфосфатный концентрат следующего состава, масс.

Цинк в пересчете на Zn²⁺ 11
Фосфаты в пересчете на P₂O₅ 20
Нитраты в пересчете на NO^-₃ 8
Готовый продукт соответствует требованиям ТУ 113-08-620-87 на фосфатирующий концентрат КФ-1.

Пример 2 (см. таблицу, пр. 41). В реактор 1 объемом 4 м³ загружают 2603 кг воды, 1044 кг окиси цинка ТУ 6-36-5744684-89-91, содержание цинка в пересчете на Zn²⁺ 79% соотношение ZnO:H₂O=1:2,53. Смесь перемешивают в течение 15 мин.

В реактор 2 объемом 6 м³ загружают 2760 кг 75%-ной фосфорной кислоты ГОСТ 10678-76.

Водную суспензию окиси цинка из реактора 1 подают в реактор 2 со скоростью 5526 кг/ч (удельная скорость ), температура реакционной смеси повышается до 70^oC, реакционную массу выдерживают при перемешивании в течение 90 мин и вводят 56%-ную азотную кислоту ОСТ 113-03-270-76 в количестве 1093 кг со скоростью 1625 л/ч (удельная скорость ) при температуре реакционной смеси 55^oC, продукт выдерживают при перемешивании в течение 45 мин и фильтруют.

Получен цинкнитратфосфатный концентрат следующего состава, масс.

Цинк в пересчете на Zn²⁺ 11
Фосфаты в пересчете на P₂O₅ 20
Нитраты в пересчете на NO^-₃ 8
Готовый продукт соответствует требованиям ТУ 113-08-620-87 на фосфатирующий концентрат КФ-1.

В таблице приводится обоснование выбранных интервалов параметров процесса для получения цинкнитратфосфатных концентратов.

Увеличение соотношения ZnO: H₂O в суспензии (пример 4) увеличивает ее вязкость и делает ее нетехнологичной, при этом ухудшается качество продукта.

Уменьшение соотношения ZnO:H₂O в суспензии (пример 5) снижает концентрацию основных компонентов и ухудшает качество продукта.

Изменение варианта ввода азотной кислоты (пример 39), увеличение скорости подачи кислот (примеры 13, 18) и температуры процесса (примеры 33, 38) выше заявленных интервалов, уменьшение выдержки продукта (примеры 19, 24) ниже пределов, указанных в заявке, приводят к ухудшению качества продукта и потере нитратов от 15 до 40%
Уменьшение скорости подачи кислот (примеры 9, 14) и увеличение выдержки продукта (примеры 23, 28) за пределы, указанные в заявке, приводят к уменьшению экономичности процесса из-за увеличения ее продолжительности.

Уменьшение температуры процесса (примеры 29, 34) ниже заявленного интервала приводит к ухудшению качества продукта из-за плохой растворимости суспензии окиси цинка.

Предлагаемый способ позволит получить цинкнитратфосфатный концентрат, заменяя дорогостоящие цинковые белила на технические сорта окиси цинка, получаемые из отходов производства бисульфита и ренгалита.

Формула изобретения

1. Способ получения цинкнитратфосфатного концентрата, включающий смешение водной суспензии цинксодержащего сырья с соотношением ZnO H₂O 1 1 3 с фосфорной и азотной кислотами с получением конечного продукта, отличающийся тем, что в качестве цинксодержащего сырья используют оксид цинка, полученный переработкой отходов производства бисульфита и ренгалита, причем водную суспензию оксида цинка вводят в фосфорную кислоту с удельной скоростью 400 8900 кг Zn/м³ H₃PO₄·ч и в полученную реакционную пульпу подают азотную кислоту с удельной скоростью 80 2500 кг NO₃/м³ пульпы· ч.

2. Способ получения по п.1, отличающийся тем, что после ввода водной суспензии оксида цинка в фосфорную кислоту полученную реакционную пульпу выдерживают в течение 10 120 мин, а после ввода азотной кислоты полученную смесь выдерживают в течение 10 60 мин.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что ввод суспензии оксида цинка в фосфорную кислоту осуществляют при 50 80^oС, а ввод азотной кислоты - при 50 60^oС.

4. Способ по пп.1 3, отличающийся тем, что конечный продукт отделяют от примесей, содержащихся в оксиде цинка.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2