Способ получения гексагидрата нитрата магния высокой чистоты из технического раствора нитрата магния
Изобретение относится к способу получения гексагидрата нитрата магния высокой чистоты из технического раствора нитрата магния. Способ получения гексагидрата нитрата магния высокой чистоты из технического раствора нитрата магния включает предварительную очистку технического раствора с отделением осадка примесей от раствора, кристаллизацию нитрата магния из очищенного раствора и отделение осадка от раствора. Очистку технического раствора проводят путем введения в него раствора нитрата бария и/или гидроксида бария с последующим перемешиванием суспензии, подщелачиванием суспензии оксидом и/или гидроксидом магния при перемешивании, отделением осадка примесей от очищенного раствора и концентрированием очищенного раствора нитрата магния, кристаллизацией гексагидрата нитрата магния с затравкой путем охлаждения и/или испарения концентрированного раствора под вакуумом с операцией перемешивания суспензии кристаллизата и последующей промывкой гексагидрата нитрата магния при отделении осадка от жидкой фазы. Изобретение позволяет получить гексагидрат магния высокой чистоты. 9 з.п. ф-лы, 2 табл.
Способ получения гексагидрата нитрата магния высокой чистоты из технического раствора нитрата магния относится к области химической технологии, в частности к производству нитрата магния высокой чистоты из технических растворов, получаемых взаимодействием с азотной кислотой технических продуктов (оксида, карбоната или гидроксида магния) или природного сырья (магнезита, брусита). Он может использоваться на химических предприятиях, выпускающих кристаллический гексагидрат нитрата магния высокого качества для производства химических реактивов и препаратов магния медицинского назначения.
Известен способ получения гексагидрата нитрата магния [1], включающий формирование суспензии окиси магния или суспензии карбоната магния в плавленном гексагидрате нитрата магния при температуре, превышающей 90°С; добавление раствора азотной кислоты к суспензии во время перемешивания с получением реакционной смеси, содержащей дополнительный гексагидрат нитрата магния; фильтрование жидкой реакционной смеси; выделение кристаллического продукта из очищенного фильтрата; использование оставшейся части жидкой среды для конверсии окиси магния или карбоната магния с азотной кислотой. Недостатком способа является низкое качество гексагидрата нитрата магния, поскольку происходит загрязнение продукта примесями, содержащимися в исходном сырье (сульфат-ионы, ионы хлора, кальция, натрия, калия, тяжелых металлов).
Известен также способ получения раствора нитрата магния [2], включающий обработку измельченного обожженного магнезита с добавкой соединения бария (в стехиометрическом соотношении к содержанию сульфат-ионов в исходном сырье) азотной кислотой при повышенных температурах (95-105°С), нейтрализацию полученного кислого раствора избыточным магнезитом и отделение раствора нитрата магния от гидроксидного шлама. Недостатком способа является загрязнение получаемого раствора ионами кальция, натрия, калия и хлора, что исключает применение этого способа для получения кристаллического гексагидрата нитрата магния высокой чистоты.
Известен способ получения чистого раствора нитрата магния [3], включающий обработку его каустическим магнезитом, фильтрование, подкисление фильтрата муравьиной кислотой до рН 2-3 с последующим осаждением хлорид-ионов путем введения в фильтрат азотнокислой и металлической меди с последующим перемешиванием суспензии при 55-75°С в течение 0,5-1,5 часов, нейтрализацией очищенного раствора, охлаждением до 40-15°С образовавшейся суспензии. Недостатком способа является загрязнение получаемого раствора ионами кальция, натрия и калия, что исключает применение этого способа для получения кристаллического гексагидрата нитрата магния высокой чистоты.
Известен также способ получения гексагидрата нитрата магния высокой чистоты [4] путем неполного растворения в азотной кислоте технического оксида магния или углекислого магния, добавлением в полученный раствор нитрата магния сероводородной воды с последующим подогреванием и фильтрацией раствора, подкислением азотной кислотой раствора и его упариванием, кристаллизацией охлаждением из фильтрата нитрата магния с последующими операциями отделения осадка от раствора и многократными перекристаллизациями осадка нитрата магния.
Недостатком способа является сложность технологии, токсичность используемых реагентов и большое число стадий технологии, что существенно повышает затраты на выпуск продукта.
Для устранения указанных недостатков предлагается способ получения гексагидрата нитрата магния высокой чистоты из технического раствора нитрата магния, включающий предварительную очистку технического раствора с отделением осадка примесей от раствора, кристаллизацию нитрата магния из очищенного раствора и отделение осадка от раствора, отличающийся тем, что очистку технического раствора проводят путем введения в него раствора нитрата бария и/или гидроксида бария с последующим перемешиванием суспензии, подщелачиванием суспензии оксидом и/или гидроксидом магния при перемешивании, отделением осадка примесей от очищенного раствора и концентрированием очищенного раствора нитрата магния, кристаллизацией гексагидрата нитрата магния с затравкой путем охлаждения и/или испарения концентрированного раствора под вакуумом с операцией перемешивания суспензии кристаллизата и последующей промывкой гексагидрата магния при отделении осадка от жидкой фазы. Причем в качестве технического раствора используют раствор нитрата магния, полученный растворением в азотной кислоте технических оксида и/или гидроксида магния, природного и/или обожженного брусита, природного и/или обожженного магнезита. При этом на стадии очистки технического раствора поддерживают температуру 60-80°С и в технический раствор вводят стехиометрическое количество нитрата бария и/или гидроксида бария по отношению к количеству сульфат-иона, содержащемуся в техническом растворе. Кроме того, на стадии очистки технического раствора при подщелачивании оксидом магния поддерживают величину рН не менее 9,0. На стадии кристаллизации охлаждение и/или испарение концентрированного раствора под вакуумом проводят с 70-80°С до 40-50°С при скорости перемешивания, обеспечивающей полное суспензирование частиц осадка, причем на стадию кристаллизации вводят затравку чистого кристаллического нитрата магния в количестве не менее 5% от получаемого кристаллизата, а при кристаллизации поддерживают скорость охлаждения раствора нитрата магния не более 0,5 градуса в минуту. После стадии кристаллизации гексагидрата нитрата магния перемешивание суспензии кристаллизата проводят не менее 30 минут, затем проводят промывку осадка гексагидрата нитрата магния 1-3 раза чистым насыщенным раствором нитрата магния при соотношении жидкой и твердой фаз Ж/Т=1-2.
Использование в качестве исходного технического раствора раствора нитрата магния, полученного растворением в азотной кислоте технических оксида и/или гидроксида магния, природного и/или обожженного брусита, природного и/или обожженного магнезита, позволяет расширить сырьевую базу производства нитрата магния высокой чистоты.
Проведение очистки технического раствора нитрата магния путем введения в него раствора нитрата бария и/или гидроксида бария с последующим перемешиванием суспензии, подщелачиванием суспензии оксидом и/или гидроксидом магния при перемешивании, отделением осадка примесей от очищенного раствора и концентрированием очищенного раствора нитрата магния, кристаллизацией гексагидрата нитрата магния с затравкой путем охлаждения и/или испарения концентрированного раствора под вакуумом с операцией перемешивания суспензии кристаллизата и последующей промывкой гексагидрата нитрата магния при отделении осадка от жидкой фазы позволяет упростить технологию, сократить число стадий, исключить использование токсичного сероводорода, повысить качество продукта.
Поддержание на стадии очистки технического раствора температур 60-80°С обеспечивает высокую степень очистки раствора и более высокую скорость седиментации нерастворимых частиц примесей, выделяемых из технического раствора. При меньших температурах наблюдается ухудшение указанных показателей, а более высокая температура процесса (выше 80°С) приводит к повышенным затратам на подогрев раствора.
Введение на стадии очистки в технический раствор стехиометрического количества нитрата бария и/или гидроксида бария по отношению к количеству сульфат-иона, содержащегося в техническом растворе, обеспечивает хорошую очистку технического раствора от сульфат-ионов. При меньшем расходе на очистку соединений бария наблюдается остаточное загрязнение раствора сульфат-ионами, а при большем расходе соединений бария требуется дополнительная очистка от соединений бария.
Поддержание на стадии очистки технического раствора при подщелачивании оксидом магния величины рН не менее 9,0 обеспечивает более полную очистку раствора от ионов тяжелых металлов.
Проведение на стадии кристаллизации охлаждения и/или испарения концентрированного раствора под вакуумом в температурном диапазоне с 70-80°С до 40-50°С обеспечивает высокий выход осадка и получение гексагидрата нитрата магния с меньшим содержанием примесей ионов кальция, калия и натрия. При расширении температурного диапазона кристаллизации в осадке гексагидрата нитрата магния возрастает содержание указанных примесей, а при сужении температурного диапазона снижается выход кристаллического осадка.
Поддержание при кристаллизации скорости перемешивания, обеспечивающей полное суспензирование частиц осадка, способствует получению осадка с низким содержанием примесей. При низких скоростях перемешивания происходит загрязнение осадка, а при очень высоких скоростях перемешивания происходит разрушение кристаллов гексагидрата нитрата магния, что ведет к ухудшению показателей стадии отделения осадка от раствора и перерасходу электроэнергии на проведение отделения осадка от раствора (фильтрацию или центрифугирование).
Введение на стадии кристаллизации затравки чистого кристаллического нитрата магния в количестве не менее 5% от получаемого кристаллизата способствует получению более крупных кристаллов продукта с меньшим содержанием примесей.
Поддержание на стадии кристаллизации скорости охлаждения раствора нитрата магния не более 0,5 градуса в минуту также способствует получению более крупных кристаллов продукта с меньшим содержанием примесей.
Проведение после стадии кристаллизации гексагидрата нитрата магния перемешивания суспензии кристаллизата в течение не менее 30 минут ведет к получению более чистого осадка гексагидрата нитрата магния. При меньшем времени перемешивания получается загрязненный осадок, а при перемешивании суспензии более 30 минут не наблюдается повышения чистоты осадка, в то время как расход электроэнергии на перемешивание возрастает.
Осуществление промывки осадка гексагидрата нитрата магния 1-3 раза чистым насыщенным раствором нитрата магния при соотношении жидкой и твердой фаз Ж/Т=1-2 способствует очистке осадка от примесей ионов хлора, кальция, калия, натрия. Более высокая, чем 3-кратная промывка осадка нерациональна, так как с дальнейшим увеличением числа промывок не наблюдается роста степени очистки осадка. Снижение соотношения фаз до менее 1 ведет к ухудшению показателей отмывки осадка от примесей. Превышение соотношения фаз более 2 не улучшает степени отмывки осадка от примесей.
Ниже приведены примеры осуществления способа получения гексагидрата нитрата магния высокой чистоты из технического раствора нитрата магния.
Примеры осуществления способа
В качестве сырья для получения нитрата магния реактивной чистоты использовали промышленный раствор нитрата магния, полученный разложением каустического магнезита Саткинского месторождения (Челябинская область) технической азотной кислотой. После растворения магнезита в азотной кислоте промышленный раствор нитрата магния содержал (%): Mg(NO3)2 31,6, сульфаты 0,158, хлориды 0,0191, фосфаты 0,010, барий 0,002, ванадий 0,005, железо 0,28, алюминий 0,156, калий 0,003909, кальций 0,925, кремний 0,107, кобальт 0,001, марганец 0,02, медь 0,005, натрий 0,0105, никель 0,0003, ртуть 0,00001, стронций 0,007, хром 0,0002.
Получение чистого нитрата магния проводили в несколько стадий:
1) очистка стехиометрическим количеством нитрата бария и/или гидроксидом бария технического раствора нитрата магния от сульфат-ионов при температурах раствора 60-80°С;
2) очистка оксидом и/или гидроксидом магния технического раствора нитрата магния от примесей ионов тяжелых металлов (ванадий, железо, кобальт, марганец, медь, никель, ртуть, стронций, хром) при величине рН не менее 9;
3) отделение фильтрацией осадка примесей от раствора нитрата магния;
4) концентрирование выпариванием очищенного раствора нитрата магния;
5) кристаллизация нитрата магния с введенной затравкой 5% нитрата магния путем охлаждения и/или испарения под вакуумом концентрированного раствора нитрата магния со скоростью не более 0,5 град/мин с температур 70-80°С - до температур 40-50°С;
6) перемешивание пульпы кристаллизата нитрата магния в течение 30 минут (операция созревания);
7) промывка осадка гексагидрата нитрата магния 1-3 раза чистым насыщенным раствором нитрата магния при соотношении жидкой и твердой фаз Ж/Т=1-2 и отделение осадка от раствора;
8) сушка осадка гексагидрата магния.
1. Очистка технического раствора Mg(NO3)2 от сульфат-ионов.
Для очистки раствора нитрата магния от сульфат-ионов проводили химическое осаждение ионов SO4 2+ нитратом бария и/или гидроксидом бария при температурах 25, 70, 80 и 90°С. Начальное содержание ионов SO4 2- в исходном растворе было 2014,37 мг/л. Процесс осаждения сульфат-ионов из раствора Mg(NO3)2 в виде нерастворимого BaSO4 осуществляли в реакторе, содержащем 100 мл раствора Mg(NO3)2, при непрерывном перемешивании. В опытах №1-6 в качестве осадителя сульфат-ионов использовали 5%-ный раствор нитрата бария, в экспериментах №7-8 использовали 3,5%-ный раствор гидроксида бария а в опыте №9 в качестве осадителя использовали смесь растворов 5%-ного нитрата бария и 3,5%-ного гидроксида бария. В опытах №1, 3, 4, 6 (см. табл.1) в очищаемый технический раствор нитрата магния по каплям в течение 1 минуты вводили 10,6-10,8 мл 5%-ного раствора Ba(NO3)2, что соответствовало стехиометрическому количеству нитрата бария по отношению к количеству сульфат-иона, содержащемуся в техническом растворе. В опытах №2, 6 в очищаемый технический раствор нитрата магния в течение 1 минуты вводили 5%-ный избыток раствора нитрата магния против стехиометрического количества. В опыте №7 в раствор вводили стехиометрическое количество раствора гидроксида бария (18,9 мл), в опыте №8 вводили 5%-ный избыток гидроксида бария (19,85 мл), а в опыте №9 вводили 5,35 мл раствора нитрата бария (5%-ного) и 9,45 мл раствора гидроксида бария (3,5%-ного), что соответствовало стехиометрическому количеству ионов бария. Во всех опытах в процессе образования сульфата бария в реакторе периодически замеряли остаточную концентрацию сульфат-ионов. Результаты очистки технического раствора Mg(NO3)2 от сульфат-ионов приведены в табл.1.
| Таблица 1 | ||||||
| Влияние условий очистки технического раствора нитрата магния от сульфат-ионов нитратом и/или гидроксидом бария на показатели очистки | ||||||
| № п.п. | Раствор осадителя | Темпера-тура, °C | Соотношение ионов Ba2+/SO4 2- | Длительность процесса, мин | Остаточное содержание сульфат-ионов в р-ре, мг/л | Степень очистки р-ра от сульфат-ионов, % |
| 1 | Ba(NO3)2 | 25 | Стехиометрия | 40 | 29,64 | 98,53 |
| 2 | Ba(NO3)2 | 25 | 5% избыток Ва2+ | 40 | 29,41 | 98,54 |
| 3 | Ba(NO3)2 | 70 | Стехиометрия | 6,0 | 27,00 | 98,66 |
| 4 | Ba(NO3)2 | 80 | Стехиометрия | 2,5 | 25,52 | 98,.73 |
| 5 | Ba(NO3)2 | 80 | 5% избыток Ва2+ | 2,4 | 25,40 | 98,74 |
| 6 | Ba(NO3)2 | 90 | Стехиометрия | 2,3 | 25,20 | 98,75 |
| 7 | Ва(ОН)2 | 80 | Стехиометрия | 2,4 | 25,51 | 98,73 |
| 8 | Ba(OH)2 | 80 | 5% избыток Ва2+ | 2,4 | 25,40 | 98,74 |
| 9 | Ba(OH)2 Ba(NO3)2 | 80 | Стехиометрия | 2.4 | 25,38 | 98,74 |
Из анализа данных табл.1 видно (опыты 3, 5, 7-9), что при температурах 70-80°С длительность процесса очистки технического раствора нитрата магния от ионов SO4 составляет 2,4-2,5 мин при степени очистки раствора 98,66-98,74%. При низкой температуре (25°С, опыты №1-2) длительность процесса очистки возрастает до 40 минут, а степень очистки снижается до 98,53%. Повышение температуры процесса до 90°С мало влияет на сокращение длительности процесса и на степень очистки, но повышает затраты на подогревание раствора в реакторе.
Сравнение показателей очистки технического раствора нитрата магния от сульфат-ионов с различным соотношением ионов Ва2+/SO4 2-(опыты №4-5) показывает, что при стехиометрическом количестве ионов бария (опыт №4) достигается высокая степень очистки 98,73% и введение 5%-ного избытка ионов бария мало повышает эффективность очистки раствора от сульфат-ионов. Кроме того, избыточное количество ионов бария в очищаемом растворе требует проведения дополнительной операции по очистке раствора от ионов бария, что усложняет технологию.
Сравнение результатов опытов №7-9 с результатами опытов №4-5 показывает, что использование в качестве альтернативного осадителя раствора гидроксида бария ведет к получению аналогичного результата, полученного при использовании в качестве осадителя раствора нитрата бария. Смесь растворов осадителей нитрата бария и гидроксида бария, вводимая в стехиометрическом количестве в технический раствор для осаждения сульфат-ионов (см. опыт №9), также оказывает на осаждение сульфат-ионов аналогичный эффект, что и нитрат бария в опытах №4-5. Следовательно, раствор гидроксида бария или смесь растворов гидроксида и нитрата бария имеют одинаковую эффективность очистки технических растворов от сульфат-ионов, что и раствор нитрата бария.
2. Очистка раствора нитрата магния от примесей ионов тяжелых металлов.
Очистку раствора нитрата магния от примесей ионов тяжелых металлов проводили путем введения при перемешивании в очищаемый раствор нитрата магния оксида или гидроксида магния в количестве, обеспечивающем повышение рН суспензии до не менее 9.0. При этом образуется коллективный осадок гидроксидов ионов тяжелых металлов (ванадия, железа, кобальта, марганца, меди, никеля, ртути, стронция, хрома). За счет осаждения примесных ионов раствор нитрата магния очищается от ионов тяжелых металлов. При очистке оксидом магния остаточное содержание в очищенном растворе составляло (%): барий 0,000198, ванадий 0,0000549, железо 0,00000314, кобальт 0,000000785, марганец 0,000358, медь 0,0000157, никель 0,0000023, ртуть 0,000000785, хром 0,000001175.
При очистке технического раствора гидроксидом магния остаточное содержание в очищенном растворе составляло величины, близкие к предыдущему эксперименту (%): барий 0,00020, ванадий 0,000055, железо 0,0000031, кобальт 0,00000079, марганец 0,000361, медь 0,0000161, никель 0,00000225, ртуть 0,000000787, хром 0,00000118. Таким образом, эффективность очистки технического раствора нитрата магния от ионов тяжелых металлов оксидом или гидроксидом магния (при величине рН не менее 9,0) практически одинакова.
3. Отделение фильтрацией осадка примесей от раствора нитрата магния.
Полученный осадок гидроксидов ионов тяжелых металлов и сульфата бария отделяли от очищенного раствора нитрата магния путем фильтрации осадка на вакуум-фильтре. Очищенный раствор нитрата магния (фильтрат) далее концентрировали.
4. Концентрирование выпариванием очищенного раствора нитрата магния.
Очищенный раствор нитрата магния выпаривали с целью достижения насыщения при начальной температуре кристаллизации. Раствор выпарили на плитке в термостойком реакторе при температуре кипения раствора 109°С. Плотность раствора до выпаривания составляла 1,272 г/см3, а после выпаривания 1,399 г/см3.
5. Кристаллизация гексагидрата нитрата магния, созревание, промывка и отделение осадка от раствора.
Для кристаллизации гексагидрата нитрата магния использовали экспериментальную установку, состоящую из стеклянного кристаллизатора с рубашкой, термометром, системой охлаждения, мешалкой с регулируемым числом оборотов. В опытах №1-9 процесс кристаллизации проводили следующим образом. Горячий очищенный раствор нитрата магния подавали в кристаллизатор, в котором при помощи термостата поддерживали постоянную температуру, близкую к температуре начала кристаллизации. Далее, при помощи системы охлаждения в кристаллизаторе при непрерывном перемешивании производили плавное понижение температуры до конечного значения температуры, которое приводило к выпадению кристаллов анализируемого вещества.
В опыте №10 процесс кристаллизации проводили аналогично опытам №1-9 с тем отличием, что охлаждение раствора проводили под вакуумом 0,65-0,95 атм. Для этого надрастворное пространство герметичного кристаллизатора соединяли с системой вакуум-насоса и вакуумной ловушкой паров, обеспечивающими указанное разрежение. За счет вакуума происходило испарение, охлаждение и кристаллизация гексагидрата нитрата магния из очищенного насыщенного раствора нитрата магния. По мере испарения и кристаллизации раствора происходило постепенное повышение вакуума с 0,65 до 0,95 атм.
По окончании эксперимента получаемый кристаллизат перемешивали в кристаллизаторе при конечной температуре кристаллизации (операция созревания осадка), затем фильтровали на вакуум-фильтре, промывали насыщенным раствором чистого нитрата магния, сушили под вакуумом в течение 1,5 часов при температуре 60°С и подвергали анализу на содержание примесей.
Кристаллизацию гексагидрата нитрата магния проводили с затравкой 5% нитрата магния путем охлаждения концентрированного раствора нитрата магния со скоростью не более 0,5 град/мин с температур 70-80°С - до температур 40-50°С. Исследования показали, что получаемый при этом гексагидрат нитрата магния содержал не менее 99% основного вещества и малое количество примесей (%): тяжелых металлов <5-10-4, нерастворимого остатка <0,003, Ba<0,005, Sr<0,005, Fe<5·10-4, Mn<5·10-6, NH4<0,003, PO4<5·10-4, что соответствовало требованиям ГОСТ 11088-75 и стандарта США "ASC reagent [13446-18-9]" на продукт реактивной чистоты. В то же время содержание ионов SO4 2-, Cl-, Na+, K+, Ca2+ зависело от режима процессов кристаллизации и промывки осадка Mg(NO3)2·6Н2О.
В связи с этим ниже (см. табл.2) приведены примеры по влиянию режимов процессов кристаллизации и промывки осадка Mg(NO3)2·6H2O на содержание указанных примесей. Содержание примесей в нитрате магния реактивной квалификации сравнивали с международным стандартом США "ASC reagent [13446-18-9]", согласно которому примесей должно быть не более (%):SO4 2- 0,005, Cl- 0,001, Na+ 0,005, К+ 0,005, Са2+ 0,010.
| Таблица 2 | ||||||||
| Результаты получения чистого гексагидрата нитрата магния методом кристаллизации с промывкой осадка | ||||||||
| № | Диапазон температур, °С | Скорость охлаждения р-ра, град/мин | Длительность созревания, мин | Затравка кристаллов, % | Выход кристаллизата, % | Отношение Ж/Т при промывке осадка р-ром | Содержание примесей в продукте, % | Соответствие стандарту |
| 1 | 60-30 | 0,18 | 0 | - | 43,97 | - | SO4 -2 0,0018 Cl 0,009 Na 0,009 К 0,0032 Са 0,037 | + - - + - |
| 2 | 60-50 | 0,55 | 45 | - | 16,10 | - | SO4 -2 0,0017 Cl 0,0065 Na 0,0024 К 0,00038 Са 0,029 | + - + + - |
| 3 | 60-50 | 0,20 | 0 | - | 10,10 | 1,0 | SO4 -2 0,0017 Cl 0,0186 Na 0,0067 К 0,00126 Са 0,0096 | + - - + + |
| 4 | 60-50 | 0,16 | 47 | - | 19,75 | 0,83 | SO4 -2 0,0018 Cl 0,0065 Na 0,0018 К 0,0006 Са 0,0058 | + - + + + |
| № | Диапазон температур кристализации, °С | Скорость охлаждения р-ра, град/мин | Длительность созревания, мин | Затравка кристаллов, % | Выход кристаллизата, % | Отношение Ж/Т при промывке осадка р-ром | Содержание примесей в продукте, % | Соответствие стандарту |
| 5 | 70-60 | 0,36 | 45 | 29,01 | 0,67 | SO4 0,0018 Cl 0,007 Na 0,000738 К 0,00012 Са 0,00604 | + - + + + | |
| 6 | 70-50 | 0,25 | 30 | 5 | 33,81 | 1,0 | SO4 0,0017 Cl 0,001 Na 0,00065 K 0,000094 | + + + + + |
| 7 | 70-40 | 0,50 | 30 | 5 | 44,14 | 2,0 | SO4 0,001 Cl 0,0007 Na 0,0005 К 0,000074 | + + + + + |
| 8 | 80-50 | 0,50 | 30 | 5 | 44,21 | 1,0 | SO4 0,0016 Cl 0,00085 Na 0,0005 К 0,00008 | + + + + + |
| 9 | 80-40 | 1,0 | 30 | 5 | 50,1 | 0,5 | SO4 0,0019 Cl 0,0015 Na 0,0006 К 0,000097 | + - + + + |
| 10 | 80-45 | 0,50 | 30 | 5 | 51,2 | 1,0 | SO4 0,002 Cl 0,00093 Na 0,0007 К 0,00009 | + + + + + |
В примере 1 (табл.2) процесс кристаллизации проводили охлаждением с 60 до 30°С без операции созревания и промывки осадка. При этом получили высокий выход кристаллизата 43,97%, но полученный продукт имел повышенное содержание примесей (%): Cl- 0,009, Na+ 0,009, Са2+ 0,037, и не соответствовал требованиям стандарта.
В примерах 2-4 (табл.2) процесс кристаллизации проводили охлаждением с 60 до 50°С, а в примере 5 - охлаждением с 70 до 60°С со скоростями охлаждения 0,16-0,55 град/мин. При этом получили низкий выход кристаллизата 10,1-29,75%. Кроме того, полученный продукт имел повышенное содержание хлорид-иона (0,0065-0,007) даже после промывки осадка (примеры 4-5) и не соответствовал требованиям стандарта.
В примерах 6-8 (табл.2) процесс получения гексагидрата нитрата магния проводили согласно заявленному способу: кристаллизацию проводили охлаждением с 70-80°С до 40-50°С, со скоростями охлаждения 0,25-0,5 град/мин, перед кристаллизацией вводили 5% затравки, после стадии кристаллизации проводили созревание осадка 30 минут при перемешивании со скоростью, обеспечивающей полное суспендирование частиц осадка, после отделения осадка от раствора проводили промывку осадка чистым насыщенным раствором нитрата магния при соотношении фаз Ж/Т=1-2. При этом получили высокий выход кристаллизата 33,81-44,2%. Качество продукта (в примерах 6-8) соответствовало требованиям стандарта.
В примере 9 (табл.2) процесс проводили аналогично примеру 8 с тем отличием, что охлаждение раствора вели с 80 до 40°С с более высокой скоростью охлаждения (1,0 град/мин), а на стадии промывки осадка поддерживали соотношение фаз Ж/Т менее 1. В результате в продукте возросло содержание примеси хлорид-иона (0,0015%) и он не соответствовал требованиям стандарта.
В примере 10 (табл.2) процесс проводили аналогично примеру 8 с тем отличием, что охлаждение раствора вели за счет испарения под вакуумом с 80 до 45°С. В результате получен продукт, соответствующий требованиям стандарта. То есть при соблюдении заявленного режима процесс кристаллизации может осуществляться путем охлаждения и/или испарения концентрированного раствора под вакуумом.
Таким образом, получение гексагидрата нитрата магния по заявляемому способу позволяет получать продукт высокой чистоты с содержанием основного вещества не менее 99% и малым количеством примесей (%): тяжелых металлов <5·10-4, нерастворимого остатка <0,003, Ва<0,005, Sr<0,005, Fe<5·10-4, Mn<5·10-6, NH4<0,003, PO4<5·10-4, SO4 2- 0,0017, Cl- 0,001, Na+ 0,00065, К+ 0,000094, Са2+ 0,0053, что соответствует требованиям ГОСТ РФ 11088-75 и стандарта США "ASC reagent [13446-18-9]" на продукт реактивной чистоты. При этом по сравнению с прототипом из технологии исключается использование сероводородной воды и многократные операции перекристаллизации, т.е. технология упрощается, а затраты на выпуск продукта снижаются.
Список использованных источников
1. Патент USA 4438083. Способ получения гексагидрата нитрата магния и использование нитрата магния для термической стабилизации нитрата аммония. Willems; Michael H. (Geleen, NL); Vermijs; Winfried J.W. (Geleen, NL), March 20, 1984.
2. Авт. св. СССР 1165633 A, C 01 F 5/38. Способ получения раствора нитрата магния. Ю.М.Галкин, В.Г.Чухланцев, Д.С.Рутман, В.А.Чумаевский. 07.07. 1985, БИ №25.
3. Авт. св. СССР 1675205 A1, C 01 F 5/38. Способ очистки раствора нитрата магния. А.Л.Вильдт, Н.Г.Вильдт, А.Б.Скворцов, И.Н.Тинякова. 07.09. 1991, БИ №33.
4. Ю.В.Карякин, И.И.Ангелов. Чистые химические вещества. - М.: Химия, 1974, 217 с.
1. Способ получения гексагидрата нитрата магния высокой чистоты из технического раствора нитрата магния, включающий предварительную очистку технического раствора с отделением осадка примесей от раствора, кристаллизацию нитрата магния из очищенного раствора и отделение осадка от раствора, отличающийся тем, что очистку технического раствора проводят путем введения в него раствора нитрата бария и/или гидроксида бария с последующим перемешиванием суспензии, подщелачиванием суспензии оксидом и/или гидроксидом магния при перемешивании, отделением осадка примесей от очищенного раствора и концентрированием очищенного раствора нитрата магния, кристаллизацией гексагидрата нитрата магния с затравкой путем охлаждения и/или испарения концентрированного раствора под вакуумом с операцией перемешивания суспензии кристаллизата и последующей промывкой гексагидрата магния при отделении осадка от жидкой фазы.
2. Способ получения гексагидрата нитрата магния высокой чистоты из технического раствора нитрата магния по п.1, отличающийся тем, что в качестве технического раствора используют раствор нитрата магния, полученный растворением в азотной кислоте технических оксида и/или гидроксида магния, природного и/или обожженного брусита, природного и/или обожженного магнезита.
3. Способ получения гексагидрата нитрата магния высокой чистоты из технического раствора нитрата магния по п.1, отличающийся тем, что на стадии очистки технического раствора поддерживают температуру 60-80°С.
4. Способ получения гексагидрата нитрата магния высокой чистоты из технического раствора нитрата магния по п.1, отличающийся тем, что на стадии очистки в технический раствор вводят стехиометрическое количество нитрата бария и/или гидроксида бария по отношению к количеству сульфат-иона, содержащемуся в техническом растворе.
5. Способ получения гексагидрата нитрата магния высокой чистоты из технического раствора нитрата магния по п.1, отличающийся тем, что на стадии очистки технического раствора при подщелачивании оксидом магния поддерживают величину рН не менее 9,0.
6. Способ получения гексагидрата нитрата магния высокой чистоты из технического раствора нитрата магния по п.1, отличающийся тем, что на стадии кристаллизации охлаждение и/или испарение концентрированного раствора под вакуумом проводят с 70-80°С до 40-50°С при скорости перемешивания, обеспечивающей полное суспензирование частиц осадка.
7. Способ получения гексагидрата нитрата магния высокой чистоты из технического раствора нитрата магния по п.1, отличающийся тем, что на стадии кристаллизации вводят затравку чистого кристаллического нитрата магния в количестве не менее 5% от получаемого кристаллизата.
8. Способ получения гексагидрата нитрата магния высокой чистоты из технического раствора нитрата магния по п.1, отличающийся тем, что на стадии кристаллизации поддерживают скорость охлаждения раствора нитрата магния не более 0,5 градуса в минуту.
9. Способ получения гексагидрата нитрата магния высокой чистоты из технического раствора нитрата магния по п.1, отличающийся тем, что после стадии кристаллизации гексагидрата нитрата магния перемешивание суспензии кристаллизата проводят не менее 30 мин.
10. Способ получения гексагидрата нитрата магния высокой чистоты из технического раствора нитрата магния по п.1, отличающийся тем, что промывку осадка гексагидрата нитрата магния проводят 1-3 раза чистым насыщенным раствором нитрата магния при соотношении жидкой и твердой фаз Ж/Т=1-2.
