Способ получения цинкнитратфосфатного концентрата

 

Использование: в области получения концентратов фосфатирования, применяемых в автомобильной, машиностроительной, приборостроительной и других областях промышленности для фосфатирования углеродистых сталей перед анодным и катодным электроосаждением, а также для фосфатирования углеродистых и низколегированных сталей без предварительной механической очистки. Сущность изобретения: задача достигается путем ввода водных растворов нитрата цинка и азотно-кислотной вытяжки апатита в водный раствор монофосфата цинка, при этом соотношение компонентов в монофосфате цинка составляет Zn : P₂O₅ = (1,0 - 1,25) : (3,75 - 5,0). Соотношение компонентов в водном растворе нитрата цинка составляет Zn⁺² : NO₃ = (1,0 - 1,79) : (3,07 - 3,6). Соотношение компонентов в водном растворе азотно-кислотной вытяжки апатитового концентрата составляет P₂O₅ : NO^-₃ = (1,0 - 1,15) : (3,0 - 4,62). Температура рабочей смеси 40 - 50^oC. Скорость ввода водного раствора нитрата цинка 12,7 - 14,2 кг/см³ · мин. Скорость ввода водного раствора азотно-кислотной вытяжки апатитового концентрата 12,5 - 14,2 кг/м³ · мин. 2 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области получения концентратов фосфатирования, применяемых в автомобильной, машиностроительной, приборостроительной и других промышленностях для фосфатирования углеродистых сталей перед анодным и катодным электроосаждением, а также для фосфатирования углеродистых и низколегированных сталей без предварительной механической очистки.

Известен способ получения цинкнитратфосфатного концентрата, заключающийся в растворении в водной суспензии окиси цинка фосфорной и азотной кислот [1].

Наиболее близким к описываемому изобретению по технической сущности является 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/м³·мин и раствором азотно-кислого кальция, взятого в количестве 0,1 - 5 мас.% в пересчете на кальций, причем температура реакционной смеси 50 - 60^oC [2].

Недостатками известных способов являются: большая продолжительность процесса; вредные условия труда при использовании технической окиси цинка, потери нитратов; ограниченность сырьевой базы цинка, фосфор- и азотсодержащего сырья.

Задача изобретения - создание нового способа получения цинкнитратфосфатных концентратов, который обеспечивает расширение ассортимента сырья, снижение продолжительности процесса, улучшение экологической ситуации и условий труда при обеспечении высокого качества фосфатирующих концентратов.

Поставленная задача достигается путем ввода водных растворов нитрата цинка и азотно-кислотной вытяжки апатита в водный раствор монофосфата цинка, при этом соотношение компонентов в монофосфате цинка составляет Zn : P₂O₅ = (1,0 - 1,25) : (3,75 - 5,0).

Соотношение компонентов в водном растворе нитрата цинка составляет Zn²⁺ : NO^-₃ = (1,0 - 1,79) : (3,07 - 3,6).

Соотношение компонентов в водном растворе азотно-кислотной вытяжки апатитового концентрата составляет P₂O₅ : NO^-₃ = (1,0 - 1,15) : (3,0 - 4,62).

Температура рабочей смеси 40 - 50^oC.

Скорость ввода водного раствора нитрата цинка 12,7 - 14,2 кг/м³·мин.

Скорость ввода водного раствора азотно-кислотной вытяжки апатитового концентрата 12,5 - 14,2 кг/м³·мин.

Ниже приводятся примеры, подтверждающие получение цинкнитратфосфатных концентратов КФ-3, КЦФ-51 и КЦФ-51К указанным способом.

Пример 1. В реактор объемом 10 м³ подают воду в количестве 207 л. Затем закачивают 936 кг монофосфата цинка с соотношением компонентов Zn²⁺ : P₂O₅ = 1,0 : 3,75. Включают перемешивание и подают в реактор 4149 кг водного раствора нитрата цинка с соотношением компонентов Zn²⁺ : NO^-₃ - 1,0 : 3,07 со скорость. 13,5 кг/м³·мин. 3708 кг водного раствора азотно-кислотной вытяжки апатитового концентрата с соотношением компонентов P₂O₅ : NO^-₃ = 1,5 : 3,0 со скоростью 12,5 кг/м³·мин. Реакционную смесь выдерживают при перемешивании в течение 0,5 ч. Общее время перемешивания 1,69 ч.

Температура реакционной смеси 40^oC.

Полученный цинкнитратфосфатный концентрат имеет следующие показатели, мас.%: Zn²⁺ - 11,3 P₂O₅ - 6,0 NO₃ - 20,9 Готовый продукт полностью соответствует ТУ 113-08-444-85 с изменением 1 на фосфатирующий концентрат КФ-3.

Производительность процесса 591,7 кг/м³·ч.

Пример 2. В реактор объемом 10 м³ подают воду в количестве 700,2 л, затем 1116 кг монофосфата цинка со следующим соотношением компонентов Zn²⁺ : P₂O₅ = 1,0 : 4,38. Включают перемешивание и подают в реактор водный раствор нитрата цинка в количестве 3564 кг с соотношением компонентов Zn²⁺ : NO^-₃ = 1,53 : 3,33 со скоростью 13,2 кг/м³·мин, далее 3592,8 кг азотно-кислотной вытяжки апатитового концентрата с соотношением компонентов P₂O₅ : NO₃ = 1,08 - 3,82 со скоростью 13 кг/м³·мин, и 18 кг гидрата закиси никеля и 9 кг медного купороса.

Реакционную смесь выдерживают при перемешивании в течение 0,5 ч. Общее время перемешивания 1,73 ч.

Температура реакционной смеси 45^oC.

Полученный цинкнитратфосфатный концентрат имеет следующие показатели, мас.%: Zn²⁺ - 11,0 P₂O₅ - 7,1
NO^-₃ - 19,8
Ni²⁺ - 0,006
Cu²⁺ - 0,0
Готовый продукт полностью соответствует ТУ на фосфатирующий концентрат КЦФ-51.

Производительность процесса 578 кг/м³·ч.

Пример 3. В реактор объемом 10 м³ закачивают 46,8 л воды, 4686,3 кг монофосфата цинка с соотношением компонентов Zn²⁺ : P₂O₅ = 1,25 : 5,0. Включают перемешивание и подают в реактор 2160 кг водного раствора нитрата цинка с соотношением компонентов Zn²⁺ : NO^-₃ = 1,79 : 3,6 со скоростью 14,2 кг/м³·мин и 2088,9 кг азотно-кислотной вытяжки апатитового концентрата с соотношением компонентов P₂O₅ : NO^-₃ = 1,15 : 4,62 со скоростью 14,2 кг/м³·мин. Далее в реактор вводят 18 кг гидрата закиси никеля. Реакционную смесь выдерживают при перемешивании в течение 0,5 ч. Общее время перемешивания 1,72 ч.

Температура реакционной смеси 50^oC.

Полученный цинкнитратфосфатный концентрат имеет следующие показатели, мас.%:
Zn²⁺ - 11,0
P₂O₅ - 22,5
NO^-₃ - 12,5
Ni²⁺ - 0,08
Готовый продукт полностью соответствует ТУ на фосфатирующий концентрат КЦФ-51К.

Производительность процесса 582 кг/м²·ч.

Пример по прототипу. В смесь воды и раствора монофосфата цинка, содержащего, мас.%: Zn 9,6; P₂O₅37,7; NO^-₃ 4,0; находящегося в реакторе емкостью 9 м³, причем воды подано 2268 кг, раствора монофосфата цинка 3648 кг засыпают окись цинка в количестве 810 и перемешивают. Весовое соотношение ZNO : H₂О : раствор монофосфата цинка = 1,0 : 2,8 : 4,5. В реактор подают 1343 кг азотной кислоты с концентрацией 57 мас.% со скоростью 78 кг/мин. Температура реакционной смеси составляет 5^oC. Затем вводят 931 кг раствора кальция азотно-кислого, содержащего, мас. %: Ca 20,3; NO^-₃ 41,6. Смесь перемешивают в течение 0,5 ч. Общая продолжительность процесса 1,9 ч. Получен концентрат (9000 кг) с концентрацией основных компонентов, мас.%:
Zn - 11,1
Кальций - 2,1
Фосфаты в пересчете на P₂O₅ - 15,3
Нитраты в пересчете на NO^-₃ - 14,3
Вода - Остальное
Концентрат прозрачный, нерастворимый остаток отсутствует, производительность одной операции 526 кг/м³·час.

Формула изобретения

1. Способ получения цинкнитратфосфатного концентрата, включающий смешение цинксодержащего сырья с фосфор- и азотсодержащим сырьем, отличающийся тем, что в качестве цинк- и фосфорсодержащего сырья используют водный раствор монофосфата цинка при следующем соотношении компонентов: Zn²⁺ : P₂O₅ = (1 - 1,25) : (3,75 - 5,0), в качестве цинк- и азотсодержащего сырья используют водный раствор нитрата цинка при следующем соотношении компонентов: Zn²⁺ : NO^-₃= (1,0 - 1,79) : (3,07 - 3,6), в качестве фосфор- и азотсодержащего сырья используют азотнокислотную вытяжку апатитового концентрата при следующем соотношении компонентов: P₂O₅ : NO^-₃= (1,0 - 1,15) : (3,0 - 4,62), а температура рабочей смеси соответствует 40 - 50^oС.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что скорость ввода водного раствора нитрата цинка составляет 12,7 - 14,2 кг/м³ · мин.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что скорость ввода азотнокислотной вытяжки апатитового концентрата составляет 12,5 - 14,2 кг/(м³ · мин).