Способ получения цинкнитратфосфатного концентрата

 

Изобретение относится к области производства концентратов фосфатирования, применяемых в автомобильной, тракторной, металлургической и других областях промышленности. Способ включает смешение оксида цинка, воды и раствора монофосфата цинка в весовом соотношении 1:1-4:3-11 соответственно с последующим введением азотной кислоты и раствора азотнокислого кальция в количестве 0,1 - 5,0 вес.% (в пересчете на кальций), температура реакционной смеси при этом составляет 50 - 60^oC, а азотную кислоту вводят со скоростью 70 - 120 кг/мин. Способ по изобретению позволяет увеличить стабильность концентрата, сократить время корректировки состава. 4 табл.

Изобретение относится к области производства концентратов фосфатирования, применяемых в автомобильной, тракторной, металлургической и других отраслях промышленности для нанесения фосфатного слоя перед процессами холодной деформации, окраски и в качестве самостоятельной защиты металлов от коррозии.

Известен способ получения фосфатирующего концентрата [1] заключающийся в смешении термообработанного цинкосодержащего отхода с фторидом аммония при массовом соотношении 1:0,633 0,693, вторичную обработку при 450 540^oC, разложение его сначала в фосфорной кислоте с последующим отделением осадка путем фильтрации, и затем обработку фильтрата азотной кислотой в количестве, обеспечивающем соотношение 1:0,13 0,16.

Недостатком способа является длительное время, затрачиваемое на получение концентрата фосфатирования.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ получения цинкнитратфосфатного концентрата, заключающийся в растворении окиси в смеси фосфорной и азотной кислот [2] причем окись цинка перед растворением смешивают с водой в весовом соотношении ZnO H₂ 1:1-3 и полученную суспензию подают в смесь кислот со скоростью 104 150 кг ZnO/ч·м³.

Недостатками известного способа получения цинкнитратфосфатного концентрата являются: 1. Большая продолжительность процесса получения концентрата фосфатирования.

2. Невысокая стабильность состава концентрата и необходимость продолжительной корректировки состава с целью получения заданного содержания основных компонентов (см. табл. 1).

Задачей изобретения является разработка способа получения цинкнитратфосфатного концентрата, обеспечивающего повышение стабильность состава концентрата, улучшение антифрикционных свойств покрытия на основе концентрата и сокращение времени приготовления концентрата.

Поставленная задача решается следующим образом: окись цинка смешивают со смесью воды и раствора монофосфата цинка в весовом соотношении ZnO вода раствор монофосфата цинка 1:1-4:3-11 с последующим введением азотной кислоты и раствора азотнокислого кальция в количестве 0,1 5,5 вес. (в пересчете на кальций), причем температура реакционной смеси составляет 50 60^oC, а азотную кислоту вводят со скоростью 70 120 кг/мин.

Для приготовления цинкнитратфосфатного концентрата используется раствор монофосфата цинка, применяемый в производстве составов фосфатирования и содержащий вес.

Zn 5,0 12,0 P₂O₅ 20,0 40,0 NO₃ 0,5 0,7 Выпускается в соответствии со стандартом предприятия. Окись цинка использовали выпускаемую по ГОСТ 202-84 "Белила цинковые. Технические условия".

Азотная кислота выпускается по ОСТ 6-03-270-76.

Раствор кальция азотнокислого выпускается в соответствии со стандартом предприятия.

Во всех примерах фосфатированию подвергались образцы стали 45, предварительно протравление в 15%-ной серной кислоте и промытые водой. Фосфатирование проводили путем погружения образцов металла в фосфатирующий раствора при 70 80^oC в течение 10 мин. После фосфатирования образцы промывали водой, обрабатывали в 0,5%-ном растворе хозяйственного мыла при 75^oC и сушили. После чего определяли антифрикционные свойства полученного фосфатного покрытия на машине трения 2070 СМТ-1 на цилиндрических образцах диаметром 40 мм с образующей 10 мм, скорость вращения 500 об/мин коэффициент проскальзывания 15% прижимающая нагрузка 500 H.

Пример 1. В смесь воды и раствора монофосфата цинка, содержащего Zn 9,6 вес. F₂O₅ 37,7 вес. NO₃ 4,0 вес. находящуюся в реакторе емкостью 9 м³, причем воды подано 2268 кг, а раствора монофосфата цинка 3648 кг, засыпают окись цинка в количестве 810 кг и перемешивают. Весовое соотношение ZnO H₂O раствор монофосфата цинка 1 2,8 4,5, в реактор подают 1343 кг азотной кислоты с концентрацией 57 вес. со скоростью 78 кг/мин. Температура реакционной смеси составляет 55^oC. Затем вводят 931 кг раствора кальция азотнокислого, содержащего Ca - 20,3 вес. NO₃ 41,6 вес. Смесь перемешивают в течение 0,5 ч. Общая продолжительность процесса 1,9 ч. Получен концентрат N 1 (9000 кг) с концентрацией основных компонентов, вес.

Цинк 11,1 Кальций 2,1 Фосфаты (в пересчете на F₂O₅) 15,3 Нитраты 14,3 Вода Остальное Концентрат прозрачный, нерастворимый остаток отсутствует. Производительность одной операции 526 кг конц/ч·м³.

В растворе фосфатирующего концентрата при 75^oC обрабатывали предварительно протравленные в 15% -ной серной кислоте и промытые водой цилиндрические образцы диаметром 40 мм с образующей 10 мм. После фосфатирования образцы промывали водой, обрабатывали в 0,5%-ном растворе хозяйственного мыла при 75^oC и сушили. Число оборотов образцов до задира составило 12500.

Пример 2. В смесь воды и раствора монофосфата цинка, содержащего Zn 7,1 вес. F₂O₅ 31,8 вес. NO₃ 1,7 вес. находящуюся в реакторе емкость 9 м³, причем воды подают 1160 кг, а раствор монофосфата цинка 3480 кг, засыпают окись цинка в количестве 1160 кг и перемешивают. Весовое соотношение ZnO H₂O раствор монофосфата цинка 1 1: 3. В реактор подают 3047 кг азотной кислоты с концентрацией 57% со скоростью 120 кг/мин. Температура реакционной смеси составляет 50^oC. Затем вводят 153 кг раствора кальция азотнокислого, содержащего Ca 5,9 вес. NO₃ 19,5 вес. Смесь перемешивают в течение 0,5 ч. Общая продолжительность процесса 1,6 ч. Получен концентрат N 2 (9000 кг) с концентрацией основных компонентов, вес.

Цинк 13,1
Кальций 0,1
Фосфаты (в пересчете на P₂O₅) 12,3
Нитраты 20,0
Вода Остальное
Концентрат прозрачный, нерастворимый остаток отсутствует. Производительность одной операции 555 кг конц/ч·м³. Число оборотов образцов до задира составило 11000.

Пример 3. В смесь воды и раствора монофосфата цинка, содержащего Zn 5,4 вес. F₂O₅ 39,9 вес. NO₃ 4,7 вес. находящуюся в реакторе емкость 9 м³, причем воды подано 1648 кг, а раствора монофосфата цинка 4532 кг, засыпают окись цинка в количестве 412 кг при 40 - 50^oC и перемешивают.

Весовое соотношение ZnO H₂O раствор монофосфата цинка 1:4:11. В реактор подают 194 кг азотной кислоты с концентрацией 57 вес. со скоростью 70 кг/мин. Температура реакционной смеси составляет 60^oC. Затем вводят 2214 кг раствора кальция азотнокислого, содержащего, Ca 20,3 вес. NO₃ 41,6 вес. 41,6 вес. Смесь перемешивают в течение 0,5 ч. Общая продолжительность процесса 1,8 ч. Получен концентрат N 3 (9000 кг) с концентрацией основных компонентов, вес.

Цинк 6,4
Кальций 5,0
Фосфаты (в пересчете на P₂O₅) 20,1
Нитраты 13,8
Вода Остальное
Концентрат прозрачный, нерастворимый остаток отсутствует. Производительность одной операции 555 кг конц/ч·м³. Число оборотов образца до задира составило 11500.

Пример 4. В смесь фосфорной и азотной кислот, содержащий 125,4 кг 73%-ной H₃PO₄ и 56%-ной HNO₃, находящуюся в реакторе емкостью 3 м³, приливают водную суспензию окиси цинка в весовом соотношении ZnO H₂O 1 3 со скоростью 104 кг ZnO /час·м³ (ZnO 100%). Температура реакционной смеси 65 70^oC. Смесь перемешивают в течение 1 ч. Обращая продолжительность процесса 2,5 ч. Получен концентрат (3300 кг) с концентрацией, вес.

Цинк 11,1
Фосфаты 20,0
Нитраты 7,9
Вода Остальное
Нерастворимый остаток отсутствует. Производительность одной операции - 440 кг конц/ч·м³. Число оборотов образцов до задира составило 6800.

В табл. 2 4 проводится обоснование выбранных интервалов параметров процесса. Как видно из таблиц, цинкнитратфосфатные концентраты в заявленных интервалах параметров (примеры 2 4, 7 9, 12 14, 17 19 табл. 2 4) обладают высокой стабильностью по составу, минимальной продолжительностью корректировки, обеспечивающий стабильный состав концентрации и высокими антифрикционными свойствами покрытий, получаемых на основе концентратов.

При уменьшении соотношения ZnO вода раствор монофосфат цинка ниже заявленных пределов снижается концентрация основных компонентов и не обеспечивается получение концентратов необходимого качества.

При увеличении соотношения Zno вода раствор монофосфата цинка выше предлагаемых пределов возрастает продолжительность корректировки, обеспечивающая стабилизацию состава и значительное отклонение по содержанию основных компонентов от партии к партии.

При введении раствора кальция азотнокислого в количестве, меньшем 0,1 вес. (в пересчете на кальций) ухудшается антифрикционные свойства покрытий, получаемых на основе концентратов. Введение раствора кальция азотнокислого в количестве, большем 5,0 вес. не позволяет получить стабильный концентрат из-за выпадения осадка.

При введении азотной кислоты со скоростью, меньшей 70 кг/мин, увеличивается продолжительность приготовления концентрата.

При введении азотной кислоты со скоростью, большей 120 кг/мин, наблюдается разогрев реакционной смеси, в результате увеличиваются потери нитратов из-за разложения HNO₃.

Пример 21 (табл. 4) характеризует известный состав получения цинкнитратфосфатных концентратов путем растворения суспензии окиси цинка в воде в смеси кислот.

Применение способа позволяет увеличить стабильность концентратов, сократить время корректировки состава за счет уменьшения разогрева и связанных с ним потерь нитратов, уменьшить время приготовления концентратов и улучшить антифрикционные свойства покрытий, получаемых на основе концентратов.

Формула изобретения

Способ получения цинкнитратфосфатного концентрата, включающий смешение и обработку оксида цинка фосфат- и нитратсодержащими реагентами, отличающийся тем, что оксид цинка смешивают со смесью воды и раствора монофосфата цинка в весовом соотношении 1 1 4 3 11 соответственно с последующей обработкой полученной смеси азотной кислотой, вводимой со скоростью 7,8 13,3 кг/мин·м³ и раствором азотнокислого кальция, взятым в количестве 0,1 5 мас. (в пересчете на кальций), причем температура реакционной смеси 50 60^oС.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4