Способ получения десятиводного тринатрийфосфата

Авторы патента:

Никандров Игорь Семенович (RU)

Кемаев Валерий Иванович (RU)

Кулагин Сергей Константинович (RU)

Никандров Михаил Игоревич (RU)

Ефимова Евгения Олеговна (RU)

C01B25/30 - фосфаты щелочных металлов

Владельцы патента RU 2275328:

Кулагин Сергей Константинович (RU)
Кемаев Валерий Иванович (RU)
Никандров Михаил Игоревич (RU)
Никандров Игорь Семенович (RU)
Ефимова Евгения Олеговна (RU)

Изобретение относится к технике получения трехзамещенного фосфата натрия нейтрализацией фосфорной кислоты содой до динатрийфосфата и гидроксидом натрия до тринатрийфосфата, выделением кристаллов тринатрийфосфата после охлаждения нейтрализованного раствора. Способ заключается в нейтрализации раствора динатрийфосфата первоначально насыщенным раствором тринатрийфосфата при температуре 60-65°С до соотношения Na₂O/Р₂О₅=2,3-2,5, а затем при температуре 70-80°С раствором гидроксида натрия и выделении тринатрийфосфата охлаждением нейтрализованного раствора со скоростью 7-9 град./час до температуры 53°С. Применение способа позволяет увеличить скорость фильтрации суспензии фосфата и соответственно производительность процесса в 1,2-1,4 раза, производительность фильтрации в 1,4-1,5 раза и повысить содержание Р₂O₅ в продукте до 20,3-20,6 мас.%. 1 табл.

Предлагаемое изобретение относится к технике получения трехзамещенного фосфата натрия нейтрализацией фосфорной кислоты содой до динатрийфосфата и гидроксидом натрия до тринатрийфосфата, выделением выпавших кристаллов тринатрийфосфата после охлаждения нейтрализованного раствора.

Известный способ получения тринатрийфосфата предполагает получение продукта кристаллизацей раствора, упаренного до содержания в нем 18,7% Р₂O₅ [1]. При этом товарным продуктом является двенадцативодный кристаллогидрат тринатрийфосфата. Низкая доля безводного фосфата (43%) в нем значительно увеличивает затраты на затарку, транспортирование и непроизводительные затраты у потребителя.

Для устранения данного недостатка раствор тринатрийфосфата подвергают сушке [2]. При этом процесс производства существенно усложняется, снижается его экологичность и экономичность из-за возрастания энергозатрат. Получаемый продукт в значительной мере (до 30%) подвержен гидролизу до двузамещенной соли, что понижает его качество.

Маловодный продукт выделяют либо введением в раствор 2-10-кратного избытка гидроксида натрия сверх стехиометрического на тринатрийфосфат [3], либо осаждают из неводного растворителя [4]. В обоих случаях продукт содержит дополнительные примеси, а себестоимость его существенно возрастает.

Тринатрийфосфат с повышенной долей основного вещества (47% безводной соли) в виде десятиводного гидрата получают медленным охлаждением отработанного раствора производства вискозного волокна [5].

В качестве прототипа предлагаемого изобретения принят наиболее близкий по технической сущности способ получения трехзамещенного фосфата натрия кристаллизацией раствора, полученного нейтрализацией фосфорной кислоты содой до динатрийфосфата и гидроксидом натрия до соотношения Na₂O/Р₂O₅=3,0-3,1 [6].

Недостатком данного способа является низкая скорость фильтрации суспензии фосфата и значительные затраты на охлаждение растворов.

Задачей предлагаемого изобретения является создание режима нейтрализации раствора динатрийфосфата гидроксидом натрия, при котором достигаются условия кристаллизации хорошо фильтрующих кристаллов тринатрийфосфата в десятиводной форме и увеличение за счет этого общей производительности процесса.

Поставленная цель достигается ведением нейтрализации в две ступени. На первой стадии раствор динатрийфосфата нейтрализуют насыщенным раствором тринатрийфосфата при температуре 60-65°С до достижения соотношения Na₂O/Р₂O₅=2,3-2,5, а на второй стадии - раствором гидроксида натрия при температуре 70-80°С, а охлаждение массы ведут со скоростью 7-9 град./час до температуры 53°С.

Пример 1.

К 100 г раствора динатрийфосфата с мольным отношением Na₂O/Р₂O₃=2,05 и массовой долей динатрийфосфата 52% приливают при температуре 65°С раствор тринатрийфосфата, содержащий 25% трехзамещенной соли, до достижения соотношения Na₂O/Р₂O₅=2,3. Далее в раствор добавляют 43 мас.%-ный раствор гидроксида натрия при температуре 80°С до соотношения Na₂O/Р₂O₅=3,1. Нейтрализованный раствор охлаждают до 53°С со скоростью 9 град./час и выделяют выпавший кристаллогидрат на фильтре. Съем осадка на вакуум-фильтре при разрежении 400 мм рт.ст. составляет 1020 кг/м²·час. Масса осадка после сушки составляет 122 г и он содержит 20,5 мас.% Р₂O₅.

Примеры 2-18 сведены в представленную ниже таблицу.

В примерах 2-5 устанавливают влияние температуры на первой ступени нейтрализации раствора динатрийфосфата. При этом нейтрализацию проводят при значениях всех других параметров процесса, равных приведенным в примере 1.

В примерах 6-8 устанавливают влияние мольного соотношения Na₂O/Р₂O₅, достигаемого в конце 1 ступени нейтрализации раствора динатрийфосфата. Значения остальных параметров поддерживают равными приведенным в примере 1.

В примерах 9-12 определяют влияние температуры на второй стадии нейтрализации раствора динатрийфосфата. Остальные параметры поддерживают аналогичными приведенным в примере 1.

В примерах 13-16 определяют влияние скорости охлаждения нейтрализованного раствора до 53°С при изменении начальной температуры раствора в пределах 70-80°С. Остальные параметры поддерживают аналогичными приведенным в примере 1.

В примере 17 охлаждение суспензии ведут до конечной температуры 50°С. Остальные параметры поддерживают аналогично приведенным в примере 1.

№ примера	Температура нейтрализации 1 ступени, °С	Температура нейтрализации 2 ступени, °С	Na₂O/P₂O₅ после 1 ступени	Общее время процесса, час	Масс. доля Р₂O₅ в продукте,%	Скорость охлаждения, град./час	Съем осадка на фильтре, кг/м²·час.
1	65	80	2,3	3,5	20,5	9	1020
2	60	80	2,3	3,5	20,4	9	1070
3	70	80	2,3	3,6	20,1	9	960
4	75	80	2,3	3,7	20,3	9	910
5	55	80	2,3	3,9	20,1	9	720
6	65	80	2,5	3,8	20,6	9	1100
7	65	80	2,2	3,5	20,2	9	850
8	65	80	2,56	4,3	20,5	9	1080
9	65	70	2,3	3,0	20,5	8,4	1130
10	65	60	2,3	3,8	20,1	8,3	880
11	65	85	2,3	4,0	20,5	9,3	920
12	65	90	2,3	4,6	20,3	9	680
13	65	80	2,3	3,3	20,0	10,3	810
14	65	80	2,3	4,2	20,5	8	1030
15	65	80	2,3	5,1	20,6	7	980
16	65	70	2,3	4,1	20,5	6,2	990
17	60	80	2,3	4,9	19,0	7,3	710
18	60	106	2,05	7,0	20,1	8,8	620

Пример 18.

100 г раствора динатрийфосфата с мольным соотношением Na₂O/Р₂O₅=2,05, с массовой долей динатрийфосфата 52% и температурой 60°С смешивают с 35,8 г 43 мас.%-ного раствора гидроксида натрия с температурой 20°С. Полученный раствор тринатрийфосфата с мольным отношением Na₂O/Р₂O₅=3,1 и температурой 106°С охлаждают до 53°С со скоростью 8,8 град./час. Съем осадка на фильтре составил 620 кг/м²·час. Масса осадка после сушки равна 78 г, и он содержит 20,1 мас.% Р₂O₅.

Таким образом, оптимальная температура на 1 ступени нейтрализации раствора динатрийфосфата равна 60-65°С и на 2 ступени 70-80°С.

При повышении температур нейтрализации возрастают затраты на охлаждение растворов и снижается скорость фильтрации суспензии (примеры 3, 4 и 11, 12).

При понижении температур ниже 60 и 70°С соответственно фильтрующие свойства осадков соли также понижаются (примеры 5 и 10).

При понижении степени нейтрализации на 1 ступени ниже соотношения Na₂O/Р₂O₅=2,3 фильтрующие свойства кристаллов понижаются и съем осадка падает до 620-850 кг/м²·час (примеры 7 и 18).

Увеличение степени нейтрализации на 1 ступени сверх соотношения Na₂O/Р₂O₅=2,5 существенно не меняет фильтрующие свойства кристаллов, тогда как производительность процесса нейтрализации понижается из-за увеличения объема возвратного раствора тринатрийфосфата (пример 8).

Увеличение скорости охлаждения раствора более 9 град./час приводит к ухудшению фильтрующих свойств кристаллов, падению съема осадка на фильтре и уменьшению доли P₂O₅ и качества получаемого продукта (пример 13).

При уменьшении скорости охлаждения ниже 7 град./час съем осадка и качество продукта высокие, но общая производительность процесса уменьшается в 1,2-1,5 раза.

При охлаждении раствора ниже 53°С (пример 17) или при проведении нейтрализации раствора динатрийфосфата в 1 ступень только гидроксидом натрия (пример 18) снижаются качество продукта (доля Р₂O₅=19-20,1%), съем осадка на фильтре в 1,4-1,5 раза, производительность второй стадии нейтрализации в 1,4-2 раза.

Предлагаемый способ позволяет по сравнению с прототипом увеличить производительность процесса в 1,2-1,4 раза, увеличить производительность фильтрации в 1,4-1,5 раза и повысить содержание Р₂O₅ в продукте до 20,3-20,6 мас.%.

Источники информации

1. Позин М.Е. Технология минеральных солей, Л.: Химия, 1970, ч.2.

2. Авторское свидетельство №1544710, МКИ С 01 В 25/30. Способ получения моногидрата тринатрийфосфата (А.Ф.Гафарова, З.Л.Шевко, Н.Л.Абдуллина и др. №4325894/23-26; заявл. 10.11.87; опубл. 23.02.90, бюл. №7).

3. Реферативный журнал «Химия» М.: ВИНИТИ (РЖХ) 1998, реф. 16Л46П. Тринатрийфосфат (Йоахим Маркман, Руди Висембарски, Дарис Гисхир. Заявка 19515480. Германия. С 01 В 25/30. заявл. 27.4.95; опубл. 30.10.96).

4. Авторское свидетельство №592747, МКИ С 01 В 25/30. Способ получения безводных фосфатов натрия (Е.Д.Дзюба, В.В.Печковский, Г.И.Салонец. №2304276/23-26; заявл.29.12.75; опубл. 15.02.78, бюл. №6).

5. Авторское свидетельство №1775362, С 01 В 25/30. Способ получения десятиводного фосфата натрия (В.П.Ким, А.И.Селин, И.Т.Бондарев и другие. №4658489/26; заявл.03.03.89; опубл. 02.11.92, бюл. №42).

6. Реферативный журнал «Химия» М.: ВИНИТИ (РЖХ) 1977. реф. 6Л47П. Получение кристаллического ортофосфата натрия (Иноуе Тадаси, Комияма Тадаси, Ямасита Масао. Кл. 15 G1 (С 01 В 25/30) №51 - 11080; заявл. 03.03.71; №42-4134; опубл. 08.04.76).

Способ получения десятиводного тринатрийфосфата путем нейтрализации раствора динатрийфосфата раствором гидроксида натрия и выделения тринатрийфосфата охлаждением раствора, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и экономичности процесса, нейтрализацию ведут первоначально насыщенным раствором тринатрийфосфата при температуре 60-65°С до достижения соотношения Na₂O/Р₂O₅=2,3-2,5, а затем раствором гидроксида натрия при температуре 70-80°С и выделяют тринатрийфосфат охлаждением нейтрализованного раствора со скоростью 7-9 град/ч до температуры 53°С.

Изобретение относится к способу получения монокалийфосфата, используемого в качестве удобрений, пищевых добавок, а также в медицине и микробиологии. .

Получение двух солей щелочных металлов посредством комбинированного способа ионного обмена и кристаллизации // 2238906

Изобретение относится к способу получения нитрата щелочного металла и фосфата щелочного металла в одном и том же технологическом процессе из фосфатного сырья и нитратного сырья, включающий следующие этапы: а) взаимодействие фосфатного сырья с нитратным сырьем с образованием водной нитрофосфатной реакционной смеси, с последующим необязательным отделением твердого материала, б) введение водной нитрофосфатной реакционной смеси на этап первого ионного обмена, осуществляемого при наличии насыщенной ионами щелочного металла катионообменной смолы, для обмена катионов, присутствующих в реакционной смеси, на ионы щелочного металла, присутствующие в этой смоле, с получением потока, обогащенного ионами щелочного металла, в) осуществление первой кристаллизации потока, получаемого на этапе (б), при условиях, обеспечивающих кристаллизацию нитрата щелочного металла, и отделение кристаллизованного нитрата щелочного металла от маточного раствора, г) введение маточного раствора, образующегося на этапе (в), на этап второго ионного обмена, осуществляемого при наличии насыщенной ионами щелочного металла катионообменной смолы, для обмена катионов, присутствующих в маточном растворе, на ионы щелочного металла, присутствующие в этой смоле, с получением потока, содержащего фосфат, обогащенного ионами щелочного металла, и д) осуществление второй кристаллизации потока, получаемого на этапе (г), при условиях, обеспечивающих кристаллизацию фосфата щелочного металла, и отделение кристаллизованного фосфата щелочного металла от маточного раствора.

Способ получения калия фосфорно-кислого двузамещенного // 2183582

Изобретение относится к производству калия фосфорно-кислого двузамещенного, используемого в химической промышленности для приготовления пирофосфатных электролитов пассивирования и меднения, а также в биохимии для приготовления буферных растворов, при выращивании микроорганизмов, при биосинтезе антибиотиков и ферментов.

Способ получения пищевых фосфатов натрия // 2183188

Изобретение относится к производству пищевых фосфатов натрия, используемых в пищевой промышленности в качестве соли-плавителя при производстве плавленых сыров и колбасных изделий.

Способ получения калия фосфорно-кислого однозамещенного // 2178386

Изобретение относится к производству фосфатов щелочных металлов, в частности калия фосфорно-кислого однозамещенного, используемого в пищевой, медицинской и микробиологической промышленности.

Способ получения раствора пентафосфациклопентадиениданатрия // 2178385

Изобретение относится к получению раствора пентафосфациклопентадиениданатрия. .

Способ получения монокалийфосфата // 2164494

Способ получения натрия фосфорнокислого однозамещенного двухводного // 2162440

Изобретение относится к производству фосфатов щелочных металлов, в частности натрия фосфорнокислого однозамещенного двухводного, используемого в пищевой промышленности, а также для пропитки тканей и дерева с целью придания им огнестойкости.

Способ получения динатрийфосфата // 2162439

Изобретение относится к производству фосфатов щелочных металлов, в частности динатрийфосфата, используемого в текстильной, стекольной, лакокрасочной промышленности, а также для культивирования дрожжей и умягчения воды в фотографии и производстве фармацевтических препаратов.

Способ получения натрия фосфорнокислого двенадцативодного // 2162438

Изобретение относится к производству фосфатов щелочных металлов, в частности натрия фосфата, используемого для умягчения воды, в фотографии, лабораторной практике, а также в пищевой, химической промышленности.

Способ получения безводного мононатрийфосфата // 2340549

Изобретение относится к технике получения мононатрийфосфата нейтрализацией фосфорной кислоты содой в присутствии насыщенного раствора мононатрийфосфата с изотермической кристаллизацией мононатрийфосфата в ходе нейтрализации кислоты

Способ получения тринатрийфосфата // 2372282

Изобретение относится к технологии получения неорганических соединений фосфора, а именно к способу получения тринатрийфосфата (ТНФ) из экстракционной фосфорной кислоты

Способ извлечения фосфора из железосодержащих отходов переработки вятско-камских фосфоритов // 2375334

Изобретение относится к утилизации отходов, образующихся при переработке фосфоритов по азотнокислотной технологии, а именно к выделению фосфора из отходов, образующихся при переработке вятско-камских фосфоритов в удобрения

Фосфат лития-железа со структурой оливина и способ его анализа // 2484009

Фосфат лития-железа, имеющий оливиновую структуру, и способ его получения // 2488550

Катодный материал для литий-ионных аккумуляторов на основе модифицированных фосфатов // 2556011

Изобретение относится к активному материалу на основе литированного фосфата ванадия с углеродным покрытием для использования в составе положительной активной массы литий-ионных аккумуляторов. Кристаллы литированного фосфата ванадия дополнительно модифицированы катионом Na+ по подрешетке лития, одним или несколькими катионами из группы, содержащей Mg2+, Al3+, Y3+ и La3+, по подрешетке ванадия, и анионом F- или Cl- по подрешетке фосфата, и представляют собой соединение состава Li3-xNaxV2-yMy(PO4)3-zHalz/C, где М - один или несколько металлов из группы, содержащей Mg, Al, Y, La; Hal = F, Cl; 0<x≤0,1; 0<y≤0,2; 0<z≤0,16. Техническим результатом является получение активного материала для использования в составе положительной активной массы ЛИА с высокими показателями удельной емкости и мощности, а также приемлемой стабильностью при циклировании. 3 ил.

Способ получения литий-железо-фосфата // 2585646

Изобретение относится к химической технологии получения катодных материалов для литий-ионных аккумуляторов. В способе получения литий-железо-фосфата, включающем смешивание в стехиометрических соотношениях соединения железа с водным раствором, содержащим литий- и фосфат-ионы и аскорбиновую кислоту в качестве углеродсодержащего восстановителя, активирование полученной смеси и последующую термическую обработку продукта взаимодействия, в качестве соединения железа используют порошок оксида железа со степенью окисления железа в диапазоне +2,03…+2,2 с размером частиц до 125 мкм, смешивая его с водным раствором дигидрофосфата лития концентрацией 30-57 вес.%, а активирование полученной смеси путем механического перемешивания осуществляют при температуре 15-30°C до образования геля. Результатом является разработка простого, быстрого и более дешевого способа получения высокодисперсных композиционных катодных материалов на основе литий-железо-фосфатов с высоким удельным выходом продукта с единицы реакционного объема. 11 пр.

Способ получения калия фосфорнокислого двузамещённого // 2597117

Изобретение относится к производству фосфатов щелочных металлов, в частности калия фосфорнокислого двузамещенного трехводного. Способ включает двухстадийную нейтрализацию фосфорной кислоты гидроокисью калия при температуре 60-70°C, при этом на первой стадии нейтрализацию ведут при исходном массовом отношении гидроокиси калия к фосфорной кислоте, составляющем 0,73-0,76, полученный раствор выдерживают в течение 10-30 мин, после чего на второй стадии добавляют гидроокись калия до массового отношения гидроокиси калия к фосфорной кислоте, составляющего 0,85-1,0, фильтрацию для отделения примесей, подачу отфильтрованного раствора в реактор для получения кристаллической массы, при этом поданный в реактор раствор подвергают быстрому охлаждению до температуры 35-40°C путем добавления воды с температурой не более 20°C, и отделение товарного продукта от маточного раствора центрифугированием. Технический результат заключается в улучшении качества товарного продукта за счет снижения содержания в нем примесей мышьяка и нерастворимого остатка. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 пр.

Композит из ортофосфата железа(iii) и углерода // 2598930

Группа изобретений может быть использована в производстве катодов литий-ионных аккумуляторов. Способ получения композита из ортофосфата железа(III) общей формулы FePO4·nH2O, где n≤2,5, и углерода включает диспергирование источника элементарного углерода в водном фосфорнокислом растворе, содержащем ионы Fe2+. При добавлении окислителя к полученной дисперсии из водного раствора осаждают и отделяют композит из ортофосфата железа(III) и углерода. В качестве источника элементарного углерода используют графит, расширенный графит, сажу различных типов, углеродные нанотрубки, фуллерены, графен, стеклоуглерод, углеродные волокна, активный уголь и их смеси, а в качестве окислителя предпочтительно используют пероксид водорода. Полученный композит применяют для получения LiFePO4, который используют в качестве материала катода для литий-ионных аккумуляторов. Изобретения обеспечивают простой и экономичный способ получения композита с высоким выходом композита, а также повышение электрической проводимости композита при минимально возможном содержании углерода. 5 н. и 9 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл., 4 пр.