Способ получения висмут-калий-аммоний цитрата



 


Владельцы патента RU 2530897:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела и механохимии Сибирского отделения РАН (ИХТТМ СО РАН) (RU)

Изобретение относится к способам переработки висмутсодержащих материалов, а именно к способу получения висмут-калий-аммоний цитрата. Способ включает осаждение висмута нитрата основного из нитратных растворов при pH 0,5-1,2, перевод его в висмут цитрат при обработке водным раствором лимонной кислоты при температуре 50-90°С с последующим получением висмут-калий-аммоний-цитратсодержащего раствора с pH 7-10 и его разбавление водой или сушку. При этом осаждение висмута нитрата основного проводят при температуре 50-70°С, а перевод висмута нитрата основного в цитрат осуществляют при молярном отношении цитрат-ионов к висмуту, равном 1,01-1,15, и весовом отношении раствора лимонной кислоты к висмута нитрату основному, равном 2,06-6,0. Изобретение позволяет повысить чистоту получаемого продукта, а также сократить время проведения процесса. 2 табл., 2 пр.

 

Изобретение относится к гидрометаллургии редких металлов, а конкретно - к способам переработки висмутсодержащих материалов с получением висмута в виде твердых соединений или растворов.

Известен способ получения висмутсодержащего состава на основе цитрата висмута путем последовательного растворения в воде цитрата висмута, аммиака, лимонной кислоты и гидроксида калия, разбавления полученного раствора водой до достижения 33% по концентрации твердого вещества и распылительной сушки полученного раствора в токе воздуха при температуре 220-240°С (пат. №83-01001 WO, МКИ А61К 9/14, 31/29. Bos P.J.H., Endel D.J.C., De J.H. - №304372. Заявл. 22.09.81. Опубл. 31.03.83. Изобрет. в СССР и за рубежом 1983. Вып.13, №20).

Недостатком способа является высокая себестоимость процесса, требующая использования в качестве исходного соединения цитрата висмута, а также низкая концентрация висмута в полученном растворе (не более 100 г/л), что приводит к большим энергозатратам на стадии распылительной сушки раствора в токе воздуха.

Известен способ получения висмут-аммоний-калий цитрата путем последовательного растворения в воде цитрата висмута, аммиака, лимонной кислоты, гидроксида калия с получением раствора и его концентрированием на 90% при быстром снижении давления до 27 гПа (пат.148307. Польша МКИ А61К 31/29. Lemiesz L., Marszal К., Plaszynski L. - №261044. Заявл. 13.08.86. Опубл. 31.03.90. РЖХ 1991, 10О90П).

Недостатком способа является высокая себестоимость процесса, требующая использования в качестве исходного соединения цитрата висмута, а также низкая концентрация висмута в полученном растворе (не более 100 г/л), что приводит к большим энергозатратам на стадии концентрирования раствора.

Известен способ получения основного трикалий висмут цитрата, стабилизированного аммиаком, путем приготовления раствора, содержащего воду, аммиак, лимонную кислоту, цитрат аммония, цитрат калия и ионы калия (из гидроксида, карбоната или гидрокарбоната калия), добавления к полученному раствору цитрата висмута и сушку полученной массы распылением при температуре не более 328 К (пат. 155743. Польша. МКИ С07С 59/265, А61К 31/29. Zielinski S., Pfeiffer В., Domanska D. - Заявлено 28.12.88. Опубл. 30.09.92. РЖХ 1994, 6О202).

Недостатком способа является высокая себестоимость процесса, требующая использования в качестве исходного соединения цитрата висмута, а также загрязнение продукта непрореагировавшим цитратом висмута.

Известен способ получения жидкого висмутсодержащего лекарственного препарата на основе висмут(III)-цитратгидроксидного комплекса путем суспендирования в воде цитрата висмута, последовательного добавления в суспензию водного раствора гидроксида калия, аммиака, трикалийцитрата, лимонной кислоты с последующим разбавлением полученного раствора в 5 раз водой (пат.292133 ГДР, МКИ А61К 31/29, 47/00. Berthold Н., Michalczyk D., Urban G., Dr. R. Pfleger Chemisch Fabrik GmbH. - №3372750. Заявл. 23.01.90. Опубл. 25.07.91. РЖХ 1992, 11O252).

Недостатком способа является высокая себестоимость процесса, требующая использования в качестве исходных соединений дорогостоящих цитратов висмута и калия.

Известен способ получения трикалий-висмут-дицитрата путем обработки среднего нитрата висмута состава Bi(NO3)3·5H2O водным раствором аммиака до щелочного pH, фильтрации полученного осадка, его обработки при кипячении в колбе с обратным холодильником с водным раствором лимонной кислоты в течение 3 ч для перевода в цитрат висмута с последующим растворением цитрата висмута в воде при добавлении аммиака, гидроксида калия и распылительной сушки полученного раствора (пат. 547096 Испания, МКИ С07С 59/265. Salvador D.D. - Заявл. 19.09.85. Опубл. 16.03.86. СА 1987. V.106, 55983).

Недостатком способа являются сложность процесса, связанная с необходимостью использования в качестве исходного соединения нитрата висмута, способ получения которого связан с упариванием нитратных растворов, что ведет к выделению в атмосферу токсичных оксидов азота, а также необходимость перевода основного нитрата висмута в цитрат при кипячении с водным раствором лимонной кислоты. Данная стадия, связанная с кипячением смеси, а также низкая концентрация висмута в полученном растворе (не более 150 г/л) приводят к большим энергозатратам при переводе висмута нитрата основного в цитрат и на стадии распылительной сушки раствора.

Известен способ получения основного цитрата висмута путем суспензирования в воде среднего нитрата висмута состава Bi(NO3)3·5H2O с добавлением к смеси водного раствора гидроксида калия, отделения фильтрацией образующегося гидроксида висмута и его растворения последовательным добавлением водных растворов лимонной кислоты, гидроксида калия, концентрированного аммиака, полученный раствор упаривают в вакууме до 1/5 объема и сушат при 60°С (пат.280575 Чехия, МКИ С07С 59/265, 51/41 Novacek A., Voves J., Hola V., Dlabac A., Gattnar O. Chemopharma a.s. Praha, CZ. - №3110-91; Заявл. 14.10.91; Опубл. 14.02.96. РЖХ 1998, 10О23П).

Недостатком способа является сложность процесса, связанная с необходимостью использования в качестве исходного соединения среднего нитрата висмута и перевода его в гидроксид, а также низкая концентрация висмута в полученном висмут-калий-аммоний-цитратсодержащем растворе, что требует его упаривания до 1/5 объема и приводит к большим энергозатратам.

Наиболее близким по сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению является способ получения висмут-калий-аммоний цитрата осаждением висмута нитрата основного из нитратных растворов при pH 0,5-1,2 и температуре 15-35°С, переводом его в висмут цитрат при pH 0,4-1,0 и начальной температуре 15-40°С с последующим ее повышением до 50-90°С, растворении полученного цитрата висмута в водном растворе гидроксида калия в присутствии лимонной кислоты и аммиака при рН 7-10 и температуре 50-90°С, разбавлении полученного раствора висмут-калий-аммоний цитрата водой или получение продукта в виде порошка в результате его распылительной сушки (пат.2189942 РФ, МКИ C01D 13/00, C01G 29/00, С07С 59/265. Юхин Ю.М., Афонина Л.И., Апарнев А.И., Данилова Л.Е. - Заявл. 26.06.2001. Опубл. 27.09.2002).

Недостатком способа являются продолжительность процесса на стадии перевода висмута нитрата основного в цитрат, что требует дополнительного введения азотной кислоты в систему, а также низкая степень очистки продукта от основных сопутствующих металлов.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение чистоты получаемого продукта, а также сокращение времени проведения процесса на стадии перевода висмута нитрата основного в цитрат без дополнительного введения азотной кислоты в систему.

Технический результат достигается тем, что в заявляемом способе получения висмут-калий-аммоний цитрата, включающем осаждение висмута нитрата основного из нитратных растворов при pH 0,5-1,2, перевод его в висмут цитрат при обработке водным раствором лимонной кислоты при температуре 50-90°С с последующим получением висмут-калий-аммоний-цитратсодержащего раствора с рН 7-10 и его разбавление водой или сушку, осаждение висмута нитрата основного проводят при температуре 50-70°С, а перевод висмута нитрата основного в цитрат осуществляют при молярном отношении цитрат-ионов к висмуту, равном 1,01-1,15, и весовом отношении раствора лимонной кислоты (Ж) к висмута нитрату основному, равном 2,06-6,0.

Новым является получение висмут-калий-аммоний цитрата осаждением висмута нитрата основного из нитратных растворов при температуре 50-70°С, а перевод его в цитрат при молярном отношении цитрат-ионов к висмуту, равном 1,01-1,15, и весовом отношении раствора лимонной кислоты к висмуту нитрату основному, равном 2,06-6,0.

Осаждение висмута из нитратных растворов при pH 0,5-1,2 и температуре процесса 50-70°С позволяет количественно осаждать висмут в виде основного нитрата состава [Bi6O4(OH)4](NO3)6·H2O, представляющего собой короткопризматические кристаллы с размером в базисной плоскости 10-30 мкм, а по толщине 10-20 мкм. При этом объем осадка в 3 раза меньше, чем в случае осаждения висмута при температуре 15-35°С, при которой он осаждается в виде основного нитрата состава [Bi6O4(OH)4](NO3)6·4H2O, представляющего собой плоскопризматические кристаллы с размером в базисной плоскости 10-30 мкм, а по толщине 0,1-0,3 мкм. Последнее затрудняет очистку висмута от примесных металлов на стадии промывки осадка, что существенно снижает его чистоту.

Получение висмута цитрата в результате обработки висмута нитрата основного водным раствором лимонной кислоты при молярном отношении цитрат-ионов к висмуту, равном 1,01-1,15, и весовом отношении раствора лимонной кислоты к висмуту нитрату основному, равном 2,06-6,0, позволяет за 1 час полностью перевести висмут нитрат основной в цитрат. При молярном отношении цитрат-ионов к висмуту менее 1,01 цитрат висмута содержит примеси непрореагировавшего висмута нитрата основного, а при данном отношении более 1,15 имеет место дополнительный расход лимонной кислоты без улучшения качества продукта.

Взаимодействие висмута нитрата основного с лимонной кислотой протекает по уравнению

[Bi6O4(OH)4](NO3)6H2O+6H3C6H5O7→6BiC6H5O7+6HNO3+12H2O.

В ходе данной реакции образуется азотная кислота, и выбор весового отношения раствора лимонной кислоты к висмута нитрату основному, равным 2,06-6,0, позволяет довести концентрацию азотной кислоты в растворе до 1,0-2,8 моль/л, что существенно ускоряет процесс разложения висмута нитрата основного с образованием цитрата. При весовом отношении раствора лимонной кислоты к висмута нитрату основному более 6,0 для полного перевода висмута нитрата основного в цитрат требуется не менее 4 часов, а при данном отношении менее 2,06 реакционная смесь представляет собой густую пасту, что затрудняет проведение процесса и увеличивает время его проведения.

Получение висмут-калий-аммоний цитрата по предлагаемому способу позволяет сократить время проведения процесса на стадии перевода висмута нитрата основного в цитрат без дополнительного введения азотной кислоты в систему и повысить чистоту получаемого продукта. Способ осуществляется следующим образом.

Пример 1. 1,0 кг металлического висмута марки Ви 1, содержащего (в %): висмута - 98,5; свинца - 0,88; меди - 9,5·10-3; серебра - 5,6·10-2; железа - 6,2·10-3; цинка - 6,4·10-4; кадмия - 3,0·10-3, обрабатывают при перемешивании 2,40 л раствора азотной кислоты с концентрацией 6 моль/л в течение 3 ч. Получают 2,46 л раствора с концентрацией висмута 400 г/л. Раствор фильтруют, разбавляют его (1:1) дистиллированной водой, приливают к нему при перемешивании и температуре 60°С водный раствор карбоната аммония с концентрацией 2,5 моль/л до pH 0,7, перемешивают пульпу в течение 1 ч и дают отстой 1 ч. Маточный раствор с концентрацией висмута 1,6 г/л отделяют от осадка декантацией, промывают осадок два раза при температуре 60°С 1,5 л подкисленным до pH 1 раствором азотной кислоты. Обрабатывают осадок висмута нитрата основного при перемешивании 2,75 л раствора лимонной кислоты с концентрацией 400 г/л (весовое отношение раствора лимонной кислоты к висмуту нитрату основному равно 2,23) при температуре 70°С в течение 1,5 часов. Концентрация азотной кислоты в маточном растворе составляет 2,74 моль/л, а молярное отношение цитрат-ионов к висмуту - 1,13. Отфильтрованный осадок висмута цитрата промывают 1,25 л дистиллированной воды и обрабатывают раствором, содержащим 3,72 л дистиллированной воды, 473 г гидроксида калия, 395 г лимонной кислоты, добавляют к смеси 1,34 л водного раствора аммиака до pH 8 и ведут растворение при температуре 70°С в течение 3 часов. В результате вакуумной сушки раствора (5,1 л) с концентрацией висмута 194 г/л при температуре 70°С получено 2,98 кг продукта, содержащего (в %): висмута - 36,3; калия - 12,0; цитрата - 42,8; аммония - 2,9; свинца - 6·10-5; серебра - 5·10-5; меди - 1·10-5. Выход висмута в конечный продукт составляет 97,2%.

Пример 2 (условия прототипа для сравнения).

Полученный, как указано в примере 1, раствор нитрата висмута (2,46 л) с концентрацией висмута 400 г/л фильтруют, разбавляют его (1:1) дистиллированной водой, приливают к нему при перемешивании и температуре 20°С раствор аммиака с концентрацией 6 моль/л до pH 0,7, перемешивают пульпу в течение 1 ч и дают отстой 1 ч. Маточный раствор с концентрацией висмута 2,2 г/л отделяют от осадка декантацией, промывают осадок два раза 1,5 л подкисленным до pH 1 раствором азотной кислоты. Обрабатывают осадок висмута нитрата основного при перемешивании раствором, содержащим 14,0 л воды, 1,18 л лимонной кислоты при температуре 20°С в течение 0,5 часа, затем добавляют к смеси 0,49 л азотной кислот до pH 0,5, повышают температуру смеси до 70°С и перемешивают ее в течение 2 часов. Молярное отношение цитрат-ионов к висмуту в системе составляет 1,20, а весовое отношение раствора лимонной кислоты к висмуту нитрату основному - 12,6. Отфильтрованный осадок висмута цитрата промывают 1,25 л дистиллированной воды и обрабатывают раствором, содержащим 3,72 л дистиллированной воды, 473 г гидроксида калия, 395 г лимонной кислоты, добавляют к смеси 1,34 л водного раствора аммиака до pH 8 и ведут растворение при температуре 70°С в течение 3 часов. В результате вакуумной сушки раствора (5,2 л) с концентрацией висмута 189 г/л при температуре 70°С получено 2,96 кг продукта, содержащего (в %): висмута - 36,1; калия - 12,2; цитрата - 43,1; аммония - 2,6; свинца - 5·10-3; серебра - 1·10-3; меди - 2·10-4. Выход висмута в конечный продукт составляет 96,5%.

Другие условия и результаты опытов приведены в таблицах 1, 2 и примерах 1, 2, из которых видно, что благодаря отличительным признакам достигается указанная цель. Проведенные опытно-промышленные испытания способа на ЗАО «Завод редких металлов», г. Новосибирск, показали, что по сравнению с прототипом заявляемый способ позволяет получать из металлического висмута технической чистоты висмут-калий-аммоний цитрат высокой чистоты и сократить время проведения процесса.

Таблица 1
Результаты по осаждению висмута из нитратных растворов
№ примера Условия осаждения висмута Состав осаждаемого соединения Степень осаждения Bi, % Содержание примесей в осадке, %
рН Т, °С Pb Ag Cu
1 1,0 20 [Bi6O4(OH)4](NO3)6·4H2O 96,5 1,0·10-2 4·10-3 6·10-4
2 1,0 35 [Bi6O4(OH)4](NO3)6·4H2O 96,9 6,2·10-3 9·10-4 1·10-4
3 1,0 45 [Bi6O4(OH)4](NO3)6·H2O 97,1 8,3·10-4 5·10-4 5·10-5
4 1,0 60 [Bi6O4(OH)4](NO3)6·H2O 98,5 2,7·10-4 1·10-4 2·10-5
5 1,0 70 [Bi6O4(OH)4](NO3)6·H2O 99,1 1,0·10-4 6·10-5 1·10-5
6 0,5 20 [Bi6O4(OH)4](NO3)6·H2O 72,1 6,1·10-3 7·1--4 2·10-4
7 0,5 60 [Bi6O4(OH)4](NO3)6·H2O 89,8 1,2·10-5 5·10-5 8·10-6
8 1,2 20 [Bi6O4(OH)4](NO3)6·4H2O 88,1 2,8·10-2 6·10-3 9·10-4
9 1,2 60 [Bi6O4(OH)4](NO3)6·H2O 98,8 4,2·10-4 3·10-4 4·10-5
Таблица 2
Результаты по переводу 100 г висмута нитрата основного состава [Вi6O4(ОН)4](NO3)62O (Т) в цитрат C6H5O7Bi при обработке водным раствором лимонной кислоты H3Cit (Ж) с концентрацией 400 г/л при температуре (72±2)°С в течение 1 часа
Состав раствора Вес раствора, г Ж Т C i t B i [HNO3], моль/л Степень перевода, %
п/п V H 2 O , мл V H 3 C i t , мл
1 - 176 201 2,01 0,99 2,02 98,2
2 - 180 206 2,06 1,01 2,02 >99,9
3 - 195 223 2,23 1,10 2,01 >99,9
4 - 195 223 2,23 1,10 2,56 >99,9
5 - 195 223 2,23 1,10 2,80 >99,9
6 - 205 234 2,34 1,15 1,95 >99,9
7 - 213 243 2,43 1,20 2,00 >99,9
8 100 195 328 3,28 1,10 1,30 >99,9
9 200 195 423 4,23 1,10 0,98 >99,9
10 350 195 572 5,72 1,10 0,7 98,6
11 500 195 723 7,23 1,10 0,55 96,2
12 700 195 922 9,22 1,10 0,42 93,8

Способ получения висмут-калий-аммоний цитрата, включающий осаждение висмута нитрата основного из нитратных растворов при pH 0,5-1,2, перевод его в висмут цитрат при обработке водным раствором лимонной кислоты при температуре 50-90°С с последующим получением висмут-калий-аммоний-цитратсодержащего раствора с pH 7-10 и его разбавление водой или сушку, отличающийся тем, что осаждение висмута нитрата основного проводят при температуре 50-70°С, а перевод висмута нитрата основного в цитрат осуществляют при молярном отношении цитрат-ионов к висмуту, равном 1,01-1,15, и весовом отношении раствора лимонной кислоты к висмута нитрату основному, равном 2,06-6,0.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к новым частицам основной соли алюминия, содержащей анион органической кислоты, представленным следующей общей формулой (I): Ma[Al1-xM' x]bAzBy(OH)n·mH 2O (в которой М представляет собой, по меньшей мере, один катион, выбранный из группы, состоящей из Na+, K +, NH4 + и Н3O+; и М' представляет собой, по меньшей мере, один катион металла, выбранный из группы, состоящей из Cu2+, Zn2+, Ni2+ , Zr4+, Fe2+, Fe3+ и Ti 4+; А представляет собой, по меньшей мере, один анион органической кислоты, выбранный из группы, состоящей из аниона щавелевой кислоты, аниона лимонной кислоты, аниона яблочной кислоты, аниона винной кислоты, аниона глицериновой кислоты, аниона галловой кислоты и аниона молочной кислоты; В представляет собой, по меньшей мере, один анион неорганической кислоты, выбранный из группы, состоящей из сульфатного иона (SO4 2-), фосфатного иона (PO4 3-), нитратного иона (NO3 1-); и а, b, m, n, х, y и z удовлетворяют условиям 0,7 а 1,35; 2,7 b 3,3; 0 m 5; 4 n 7; 0 x 0,6; 1,7 y 2,4 и 0,001 z 0,5, соответственно).

Изобретение относится к способам переработки висмутсодержащих материалов с получением висмута в виде твердых соединений или растворов. .

Изобретение относится к получению оксикислот из непищевого сырья, в частности лимонной кислоты. .

Изобретение относится к области химической технологии, в частности к проведению реакций синтеза, разложения, присоединения, замещения, и может найти применение при синтезе неорганических и органических веществ.
Наверх