Способ получения фосфата титана



Владельцы патента RU 2647304:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Кольский научный центр Российской академии наук" (ФИЦ КНЦ РАН) (RU)

Изобретение может быть использовано при получении сорбента для очистки водно-солевых промышленных стоков от радионуклидов и токсичных катионов металлов. Для получения фосфата титана смешивают твердый титанилсульфат аммония с фосфорной кислотой. Полученную смесь выдерживают с формированием и отделением титанофосфатного полупродукта, который промывают водой до остаточного содержания в нем иона аммония 2-4%. Промытый титанофосфатный полупродукт обрабатывают раствором соляной кислоты с концентрацией 0,1-1,0М HCl при Т:Ж=1:(5-10) в течение 0,5-2 часов с получением суспензии. В состав полученной суспензии входят кислый аммонийный раствор и активированный титанофосфатный полупродукт, содержащий кристаллическую фазу. Полученную суспензию фильтруют с отделением активированного титанофосфатного полупродукта, который отмывают водой до остаточного содержания иона NH4 0,1-0,2% и подвергают термообработке с получением целевого продукта. Изобретение позволяет повысить фильтруемость активированного титанофосфатного полупродукта в 2,4-2,9 раза, а также сорбционную емкость фосфата титана. 1 з.п. ф-лы, 4 пр.

 

Изобретение относится к способам получения соединений на основе солей поливалентных металлов, в частности фосфата титана, который может быть использован в качестве сорбента для очистки водно-солевых промышленных стоков от радионуклидов и токсичных катионов металлов.

Известные из уровня техники способы получения фосфата титана не обеспечивают формирование продукта с высокими показателями сорбционной емкости. Это обусловлено замещением функциональных кислых фосфатных групп, способных к обмену в процессе сорбции, на менее активные ОН-группы. Причиной этого является длительность контактирования осадков с водой при их промывке и последующая щелочная обработка, что вызывает разрыхление титанофосфатного полупродукта. Поэтому получение более компактных осадков титанофосфатного полупродукта, содержащих кристаллическую фазу при пониженном содержании ОН-групп, является актуальным.

Известен способ получения фосфата титана (см. а.с. 1265140 СССР, МПК4 С01В 25/26, 1986), согласно которому раствор титанилсульфата аммония смешивают с фосфорной кислотой, взятой из расчета 1 г 100% Н3РО4 на 1 г TiO2 (TiO2:P2O5=1:1,45) в присутствии соединений, содержащих фтор-ионы. В качестве соединений, содержащих фтор-ионы, используют фториды щелочных металлов в количестве 0,5-10 мас. % от массы соединения титана в пересчете на двуокись титана. Взаимодействие ведут в течение 20 минут с получением аморфного титанофосфатного осадка. Осадок отделяют фильтрацией, промывают водой и сушат при температуре 200°C. Сорбционная емкость продукта по ионам натрия составляет 0,52-0,64 мг-экв/г.

Данный способ характеризуется низкой сорбционной емкостью получаемого аморфного фосфата титана, обусловленной высоким содержанием ОН-групп, накопленных в процессе водной отмывки титанофосфатного осадка. Аморфное строение титанофосфатного осадка снижает его фильтруемость.

Известен также принятый в качестве прототипа способ получения фосфата титана (см. пат. 2595657 РФ, МПК C01G 23/00, С01В 25/37, B01J 20/02 (2006.01), 2016), включающий введение титанилсульфата аммония в твердом виде в 10-50% раствор фосфорной кислоты, взятой из расчета обеспечения массового отношения TiO2:P2O5=1:(1,75-2,5), выдерживание полученной смеси в течение 3,5-10 часов с образованием аморфного титанофосфатного полупродукта. После водной промывки титанофосфатный полупродукт обрабатывают раствором щелочного реагента до обеспечения рН 3,5-6. В качестве щелочного реагента используют карбонат натрия или карбонат аммония. После этого осуществляют термообработку при 60-100°C. При этом получают фосфат титана, имеющий сорбционную емкость по ионам, мг-экв/г: Na 1,8-2,5, Cs 0,75-1,12, Sr 0,5-1,2, Cu 0,78-1,62.

Известный способ характеризуется недостаточно высокой сорбционной емкостью получаемого фосфата титана, что обусловлено повышенным содержанием ОН-групп, накопленных в процессе водной и щелочной обработки титанофосфатного полупродукта. Недостатком способа также является пониженная фильтруемость аморфного титанофосфатного полупродукта.

Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в повышении сорбционных свойств получаемого фосфата титана при улучшении фильтруемости активированного титанофосфатного полупродукта.

Технический результат достигается тем, что в способе получения фосфата титана, включающем смешение твердого титанилсульфата аммония с фосфорной кислотой, выдержку полученной смеси с формированием и отделением титанофосфатного полупродукта, промывку его водой, жидкостную обработку с образованием активированного титанофосфатного полупродукта и его термообработку с получением целевого продукта, согласно изобретению промывку титанофосфатного полупродукта водой ведут до остаточного содержания в нем иона аммония 2-4% по NH4, жидкостную обработку промытого титанофосфатного полупродукта проводят раствором соляной кислоты при Т:Ж=1:5-10 в течение 0,5-2 часов с получением суспензии, в состав которой входят кислый аммонийный раствор и активированный титанофосфатный полупродукт, содержащий кристаллическую фазу, полученную суспензию фильтруют с отделением активированного титанофосфатного полупродукта, который отмывают водой до остаточного содержания иона NH4 0,1-0,2% и подвергают термообработке.

Достижению технического результата способствует также то, что обработку промытого титанофосфатного полупродукта раствором соляной кислоты ведут при концентрации кислоты 0,1-1,0 М HCl.

Существенные признаки заявленного изобретения, определяющие объем правовой охраны и достаточные для получения вышеуказанного технического результата, выполняют функции и соотносятся с результатом следующим образом.

Промывка титанофосфатного полупродукта водой до остаточного содержания в нем иона аммония 2-4% по NH4 обеспечивает удаление из полупродукта избыточного количества фосфорной кислоты без замещения активных фосфатных групп на ОН-группы. Промывка титанофосфатного полупродукта до остаточного содержания в нем иона аммония менее 2% по NH4 приводит к повышению количества ОН-групп, а промывка до остаточного содержания иона аммония более 4% по NH4 приводит к повышению расхода реагентов на последующих стадиях процесса, таких как обработка раствором соляной кислоты и водная отмывка.

Обработка промытого титанофосфатного полупродукта раствором соляной кислоты при Т:Ж=1:5-10 в течение 0,5-2 часов позволяет получить суспензию, в состав которой входят кислый аммонийный раствор и активированный титанофосфатный полупродукт, содержащий кристаллическую фазу, что способствует повышению сорбционных свойств фосфата титана и улучшению фильтруемости активированного титанофосфатного полупродукта. Обработка промытого полупродукта при расходе раствора соляной кислоты менее 5 в соотношении Т:Ж и времени менее 0,5 часов не обеспечивает в должной степени формирование кристаллической фазы, что снижает фильтруемость полупродукта и сорбционные свойства фосфата титана. Обработка полупродукта при расходе раствора соляной кислоты более 10 в соотношении Т:Ж и времени более 2 часов практически не оказывают влияния на состав промытого полупродукта и соответственно на сорбционные свойства фосфата титана.

Фильтрация суспензии позволяет эффективно отделить кислый аммонийный раствор от активированного титанофосфатного полупродукта, содержащего кристаллическую фазу в виде компактного осадка с хорошей фильтруемостью.

Отмывка водой активированного титанофосфатого полупродукта, содержащего кристаллическую фазу, до остаточного содержания иона NH4 0,1-0,2% позволяет удалить кислый аммонийный маточник. Отмывка до остаточного содержания иона NH4 менее 0,1% приводит к повышению ОН-групп и снижению сорбционных свойств, а отмывка до остаточного содержания иона NH4 более 0,2% повышает кислотность конечного продукта, что также снижает его сорбционные свойства.

Термообработка отмытого активированного титанофосфатного полупродукта, содержащего кристаллическую фазу, необходима для удаления из него свободной влаги и стабилизации структуры получаемого фосфата титана.

Совокупность вышеуказанных признаков необходима и достаточна для достижения технического результата изобретения, заключающегося в повышении сорбционных свойств получаемого фосфата титан, при улучшении фильтруемости активированного титанофосфатного полупродукта.

В частном случае осуществления изобретения обработку промытого титанофосфатного полупродукта раствором соляной кислоты предпочтительно проводить при концентрации кислоты 0,1-1,0 М HCl, что обеспечивает наиболее благоприятные условия для эффективной активации титанофосфатного полупродукта. Кислотная обработка титанофосфатного полупродукта при концентрации кислоты менее 0,1 М HCl увеличивает продолжительность обработки, а концентрация более 1,0 М HCl ведет к неоправданному расходу реагента.

Вышеуказанный частный признак изобретения позволяет осуществить способ в оптимальном режиме с точки зрения повышения сорбционных свойств получаемого фосфата титана при улучшении фильтруемости активированного титанофосфатного полупродукта.

Сущность заявляемого способа может быть пояснена следующими примерами.

Пример 1. Берут 1000 г твердого порошкообразного титанилсульфата аммония (содержание TiO2 - 200 г) и вводят его в 10% раствор фосфорной кислоты (2,45 л), взятой из расчета обеспечения массового отношения TiO2:P2O5=1:1,75. Полученную смесь выдерживают при перемешивании в течение 3,5 часов с формированием и отделением титанофосфатного полупродукта. Затем титанофосфатный полупродукт промывают водой до остаточного содержания в нем иона аммония 2% по NH4. Промытый титанофосфатный полупродукт обрабатывают раствором соляной кислоты с концентрацией 0,1 М HCl при Т:Ж=1:5 в течение 0,5 часа. Получают 1350 мл суспензии, в состав которой входят кислый аммонийный раствор и активированный титанофосфатный полупродукт, содержащий кристаллическую фазу. Суспензию фильтруют при скорости фильтрования 100 мл/мин с отделением 700 г активированного титанофосфатного полупродукта, который отмывают водой до остаточного содержания иона аммония NH4 0,1%. После этого осуществляют термообработку полупродукта при 60°C для удаления свободной влаги с получением целевого фосфата титана в количестве 560 г. Сорбционная емкость полученного фосфата титана по ионам, мг-экв/г: Na - 7,9, Cs - 1,2, Sr - 4,1, Cu - 6,2.

Пример 2. Берут 1000 г твердого порошкообразного титанилсульфата аммония (содержание TiO2 - 200 г) и вводят его в 30% раствор фосфорной кислоты (0,8 л), взятой из расчета обеспечения массового отношения TiO2:P2O5=1:2. Полученную смесь выдерживают при перемешивании в течение 5 часов с формированием и отделением титанофосфатного полупродукта. Затем титанофосфатный полупродукт промывают водой до остаточного содержания в нем иона аммония 3% по NH4. Промытый титанофосфатный полупродукт обрабатывают раствором соляной кислоты с концентрацией 0,4 М HCl при Т:Ж=1:7,5 в течение 1 часа. Получают 1850 мл суспензии, в состав которой входят кислый аммонийный раствор и активированный титанофосфатный полупродукт, содержащий кристаллическую фазу. Суспензию фильтруют при скорости фильтрации 110 мл/мин с отделением 690 г активированного титанофосфатного полупродукта, который отмывают водой до остаточного содержания иона аммония NH4 0,1%. После этого осуществляют термообработку полупродукта при 75°C для удаления свободной влаги с получением целевого фосфата титана в количестве 530 г. Сорбционная емкость полученного фосфата титана по ионам, мг-экв/г: Na - 8,4, Cs - 1,4, Sr - 5,7, Cu - 8,5.

Пример 3. Берут 1000 г твердого порошкообразного титанилсульфата аммония (содержание TiO2 - 200 г) и вводят его в 50% раствор фосфорной кислоты (0,55 л), взятой из расчета обеспечения массового отношения TiO2:P2O5=1:2,5. Полученную смесь выдерживают при перемешивании в течение 10 часов с формированием и отделением титанофосфатного полупродукта. Затем титанофосфатный полупродукт промывают водой до остаточного содержания в нем иона аммония 4% по NH4. Промытый титанофосфатный полупродукт обрабатывают раствором соляной кислоты с концентрацией 1 М HCl при Т:Ж=1:10 в течение 2 часов. Получают 2340 мл суспензии, в состав которой входят кислый аммонийный раствор и активированный титанофосфатный полупродукт, содержащий кристаллическую фазу. Суспензию фильтруют при скорости фильтрования 120 мл/мин с отделением 680 г активированного титанофосфатного полупродукта, который отмывают водой до остаточного содержания иона аммония NH4 0,2%. После этого осуществляют термообработку полупродукта при 100°C для удаления свободной влаги с получением целевого фосфата титана в количестве 515 г. Сорбционная емкость полученного фосфата титана по ионам, мг-экв/г: Na - 4,8, Cs - 1,14, Sr - 2,5, Cu - 2,8.

Пример 4 (по прототипу). Берут 1000 г твердого порошкообразного титанилсульфата аммония (содержание TiO2 - 200 г) и вводят его в 30% раствор фосфорной кислоты (0,8 л), взятой из расчета обеспечения массового отношения TiO2:P2O5=1:2. Полученную смесь выдерживают при перемешивании в течение 5 часов с формированием и отделением аморфного титанофосфатного полупродукта. Затем титанофосфатный полупродукт промывают водой при Т:Ж=1:4. Промытый титанофосфатный полупродукт помещают в раствор карбоната натрия, расход которого берут из расчета обеспечения рН 4,5. Затем суспензию фильтруют при скорости фильтрования - 42 мл/мин. Далее осуществляют термообработку полупродукта при 80°C с получением аморфного фосфата титана в количестве 790 г. Сорбционная емкость полученного фосфата титана по ионам, мг-экв/г: Na - 2,5, Cs - 1,12, Sr - 1,2, Cu - 1,62.

Из приведенных примеров видно, что по сравнению с прототипом заявляемый способ позволяет повысить сорбционные свойства получаемого фосфата титана. В частности, сорбционная емкость возрастает до, мг-экв/г: по иону Na - 8,4, Cs - 1,4, Sr - 5,7, Cu - 8,5. Фильтруемость активированного титанофосфатного полупродукта повышается в 2,4-2,9 раза. Способ согласно изобретению может быть реализован с применением стандартного оборудования, а полученный продукт использован для очистки ЖРО от радионуклидов цезия и стронция, а также для очистки стоков промышленных предприятий от токсичных катионов металлов.

1. Способ получения фосфата титана, включающий смешение твердого титанилсульфата аммония с фосфорной кислотой, выдержку полученной смеси с формированием и отделением титанофосфатного полупродукта, промывку его водой, жидкостную обработку с образованием активированного титанофосфатного полупродукта и его термообработку с получением целевого продукта, отличающийся тем, что промывку титанофосфатного полупродукта водой ведут до остаточного содержания в нем иона аммония 2-4% по NH4, жидкостную обработку промытого титанофосфатного полупродукта проводят раствором соляной кислоты при Т:Ж=1:5-10 в течение 0,5-2 часов с получением суспензии, в состав которой входят кислый аммонийный раствор и активированный титанофосфатный полупродукт, содержащий кристаллическую фазу, полученную суспензию фильтруют с отделением активированного титанофосфатного полупродукта, который отмывают водой до остаточного содержания иона NH4 0,1-0,2% и подвергают термообработке.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обработку промытого титанофосфатного полупродукта раствором соляной кислоты ведут при концентрации кислоты 0,1-1,0 М HCl.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области производства материалов для электронной техники и может быть использовано в диэлектриках на основе титаната бария (ВаTiO3) при изготовлении многослойных керамических конденсаторов.
Изобретение относится к зернам для изготовления керамических изделий, состоящих, по большей части, из недоксидов титана. Расплавленные зерна состоят из фаз недоксидов титана, отвечающих формуле TinO2n-1, в которых указанные фазы являются Ti5O9 или Ti6O11 или смесью двух этих фаз.

Изобретение относится к неорганической химии, а именно к нанотрубкам на основе сложных неорганических оксидов, которые могут быть использованы в качестве сорбентов, гетерогенных катализаторов и компонентов композитных материалов фрикционного и конструкционного назначения.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ переработки диборидтитанового материала включает хлорирование диборидтитанового материала газообразным хлором с получением титансодержащего продукта и борсодержащего продукта.

Изобретение относится к получению порошка карбида титана. Металлический титан помещают в печь, разогревают печь до 700÷850°C и подают на поверхность металлического титана углеводородный компонент в газообразном виде совместно с аргоном в течение 90÷180 минут.
Изобретение относится к способам получения титаносиликатов, используемых в качестве сорбентов с ионообменными и восстановительными свойствами, и может найти применение для концентрирования и выделения благородных металлов.

Изобретение может быть использовано при получении аккумуляторов водорода, воспламенительных и термитных составов, катализаторов гидрирования органических соединений.

Изобретение относится к получению порошка диборида титана. Способ включает приготовление мокрой реакционной смеси исходных титансодержащих, борсодержащих компонентов и восстановителя в виде углеродсодержащих компонентов, сушку смеси и карботермическое восстановление в реакционной смеси при нагреве.
Изобретение может быть использовано в производстве сорбента катионов из водно-солевых растворов. Для получения фосфата титана берут титанилсульфат аммония в твердом виде и вводят его в 10-50% раствор фосфорной кислоты, взятой из расчета обеспечения массового отношения TiO2:P2O5=1:(1,75-2,5).

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Реактор для карботермического получения диборида титана (10) содержит нижнюю камеру (26), образованную сосудом и перфорированной сепараторной пластиной (12) и имеющую впуск инертного газа (16), причем нижняя камера (26) содержит нереакционноспособную среду, удерживаемую в ней, верхнюю камеру (28), образованную сосудом и перфорированной сепараторной пластиной (12).

Изобретение относится к способу получения экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК) из качественных фосфоритов и апатитовых концентратов. Способ включает в себя разложение фосфатного сырья смесью фосфорной и серной кислот в присутствии рециркулируемой в зоне разложения пульпы с кратностью 10-85 с кристаллизацией дигидрата сульфата кальция, охлаждение 30-100 об.% циркулируемой пульпы воздухом в режиме пенного слоя при градиенте температур между охлажденной и подаваемой на охлаждение пульпой 0,5-4,0°C, дозревание дигидратной пульпы, отделение продукционной кислоты от осадка сульфата кальция фильтрацией, перекристаллизацию дигидрата сульфата кальция в полугидрат посредством добавки концентрированной серной кислоты при температуре 85-95°C в течение 0,5-2,0 ч, разделение полученной пульпы методом фильтрации с водной промывкой осадка α-полугидрата сульфата кальция в режиме противотока, возвратом оборотной фосфорной кислоты на стадию разложения фосфатного сырья, сушку и доизмельчение отмытого α-полугидрата сульфата кальция и последующее использование его в качестве гипсового вяжущего.

Изобретение относится к химической промышленности, а именно к переработке фосфогипса. .

Изобретение относится к области обработки фосфатного сырья. .

Изобретение относится к способу автоматического управления технологическим процессом жидкостной очистки экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК) трибутилфосфатом (ТБФ) в пульсационных колоннах и заключается в том, что регулирование расходов органической фазы в контуре «экстракция - промывка экстракта - реэкстракция» с непрерывной автоматической коррекцией по уровню органической фазы в соответствующих отстойниках для разделения органической и водной фаз, регулирование расходов ЭФК и воды, подаваемых в колонны, ведут с непрерывной автоматической коррекцией по качеству процессов в контуре «экстракция - промывка экстракта - реэкстракция» в зависимости от результатов замеров плотности экстракта в отстойной зоне колонн экстракции и промывки экстракта и плотности очищенной фосфорной кислоты на стадии реэкстракции.
Изобретение относится к области концентрирования экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК) путем ее упаривания, которую затем широко можно использовать в производстве комплексных удобрений, кормовых фосфатов, фосфорных солей.

Изобретение относится к получению различных фосфатных солей щелочных металлов, например таких как, монокалийфосфат, динатрийфосфат, тринатрийфосфат, триполифосфат натрия и др.
Изобретение относится к технологии производства высокотвердых жаростойких материалов на основе циркония, а именно к способам получения диборида циркония. .
Изобретение относится к способам получения соединений двойных фосфатов титанила и щелочного металла, в частности калия, рубидия и цезия, в виде порошков наноразмерной крупности, которые могут быть использованы для получения сегнетоэлектрической керамики.

Изобретение относится к способу получения гипотиофосфата олова Sn2P2S6 и ортотиофосфата индия InPS4, которые могут использоваться полупроводниковой, пьезоэлектрической и радиоэлектронной техникой.

Изобретение относится к способу получения гипотиофосфата олова (II) и ортотиофосфата индия (III), которые могут использоваться полупроводниковой, пьезоэлектрической и радиоэлектронной техникой.

Изобретение относится к новому содержащему марганец (Mn) фосфату типа (MnxMety)3(PО4)2·3H2О, причем x+y=1, соотношение Mn:(Mn+Met)=х:(х+у) составляет ≥0,15 и Met представляет собой один или несколько металлов, выбранных из Fe, Со, Ni, Sc, Ti, V, Cr, Cu, Zn, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Al, Zr, Hf, Re, Ru, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb и Lu.

Изобретение может быть использовано при получении сорбента для очистки водно-солевых промышленных стоков от радионуклидов и токсичных катионов металлов. Для получения фосфата титана смешивают твердый титанилсульфат аммония с фосфорной кислотой. Полученную смесь выдерживают с формированием и отделением титанофосфатного полупродукта, который промывают водой до остаточного содержания в нем иона аммония 2-4. Промытый титанофосфатный полупродукт обрабатывают раствором соляной кислоты с концентрацией 0,1-1,0М HCl при Т:Ж1: в течение 0,5-2 часов с получением суспензии. В состав полученной суспензии входят кислый аммонийный раствор и активированный титанофосфатный полупродукт, содержащий кристаллическую фазу. Полученную суспензию фильтруют с отделением активированного титанофосфатного полупродукта, который отмывают водой до остаточного содержания иона NH4 0,1-0,2 и подвергают термообработке с получением целевого продукта. Изобретение позволяет повысить фильтруемость активированного титанофосфатного полупродукта в 2,4-2,9 раза, а также сорбционную емкость фосфата титана. 1 з.п. ф-лы, 4 пр.

Наверх