Способ получения хлорида железа (ii)
Владельцы патента RU 2772336:
Федеральное государственное бюджетное учреждение "33 Центральный научно-исследовательский испытательный институт" Министерства обороны Российской Федерации (RU)
Изобретение относится к области синтеза солей неорганического соединения, в частности хлорида железа (II), и может быть использовано в промышленной и лабораторной химии, в методах аналитического контроля. Способ получения хлорида железа (II) включает взаимодействие железной стружки с соляной кислотой с добавлением стружки в процессе реакции, процесс ведут при комнатной температуре в среде галогеналканов при массовом соотношении железа и соляной кислоты 1:1, при этом кислоту загружают через капельную воронку, а железную стружку добавляют в процессе реакции два раза при перемешивании механической мешалкой со скоростью от 400 до 800 об/мин, выделившийся осадок отфильтровывают с помощью воронки Шотта и сушат в токе инертного газа. Выход продукта составляет более 93% по железу. 2 пр.
Изобретение относится к области синтеза солей неорганического соединения, в частности, хлорида железа (II), и может быть использовано в различных областях промышленной и лабораторной химии, в методах аналитического контроля и исследованиях по разным направлениям.
Известен способ получения формиата железа (II) путем взаимодействия сульфата железа (II) с формиатом натрия в водном растворе в инертной среде [Патент US №2688032, опубл. 1952]. Полученный продукт слегка растворим в воде и устойчив к окислению на воздухе.
Недостатком этого способа является использование в качестве полупродуктов водорастворимых солей железа(II) и формиата натрия, которые нужно предварительно получать через многочисленные последовательные стадии, а также создание и поддержание инертной среды в реакторе.
Известен способ получения ацетата железа(II) [Патент RU №2269508, опубл. 2006 г.], в соответствии с которым сначала ведут окисление порошка железа кислородом воздуха в режиме барботажа в среде уксусной кислоты в присутствии уксусного ангидрида при интенсивном механическом перемешивании до накопления 0,75-0,96 моль/кг соли железа(III), а затем воздух заменяют на азот, повышают содержание уксусного ангидрида в реакционной смеси и температуру и в таком режиме ведут окисление железа солью железа(III) до полного расходования последней с накоплением соли железа(II).
Недостатками указанного способа являются:
- получение соли железа(II) фактически происходит только во второй стадии путем окисления железа солью железа(III);
- использование в качестве среды азота при проведении второй стадии процесса усложняет аппаратурное оформление процесса;
- отсутствие ангидрида муравьиной кислоты делает практически невозможным процесс получения целевого продукта.
Наиболее близким к заявляемому является способ получения хлорида железа(II) [Патент KZ №20681, опубл. 2009 г.], в соответствии с которым хлорид железа получают электролизом в 1,0-5,0 Μ водном растворе соляной кислоты с использованием железных электродов при плотностях тока 100-250 А/м2. Электролиз проводят при комнатной температуре.
Недостатком данного способа является большой расход электроэнергии.
Наиболее близким заявляемому способу является химический способ получения хлорида железа(II) [Руководство по препаративной неорганической химии. Под ред. Г. Брауэра. - М:. Изд. Иностранной литературы, 1956. - 898 с. - С. 683.]. Сущность его заключается в следующем: сначала получают безводный FeCb из железа и хлора, затем вытесняют хлор током хорошо высушенного сухого водорода. Восстановление проводят в токе водорода в электрической печи при температуре от 300°С до 350°С, рекомендуется нагревание проводить медленно. Ниже 300°С FeCl3 возгоняется в токе водорода, притом частично - без разложения, выше 350°С легко наступает восстановление до железа.
Известный способ получения хлорида железа(II) имеет следующие существенные недостатки:
- процесс синтеза трудоемкий, длительный и сложный;
- процесс протекает при высоких температурах от 300 до 350°С;
- процесс протекает с большим расходом электроэнергии;
- работа с элементарным хлором опасна из-за его высокой токсичности;
Целью предлагаемого изобретения является упрощение технологии получения, интенсификации и управляемости процесса синтеза хлорида железа(II) при сохранении высокого выхода и сокращения количества отходов за счет порционного добавления стружки железа и контроля температуры в экзотермической реакции.
Способ получения хлорида железа(II), включающий взаимодействие железной стружки с соляной кислотой с добавлением стружки в процесс реакции, причем процесс ведут при комнатной температуре в среде галогеналканов при массовом соотношении железа и соляной кислоты 1:1, при этом кислоту загружают через капельную воронку, а железную стружку добавляют в процессе реакции два раза при перемешивании механической мешалкой со скоростью от 400 до 800 об./мин, выделившийся осадок отфильтровывают с помощью воронки Шотта и сушат в токе инертного газа.
Процесс получения хлорида железа (II) протекает по реакции:
Сущность предлагаемого изобретения иллюстрируются нижеследующими примерами.
Пример №1. В реактор объемом 250 мл оснащенный мешалкой, хорошо повторяющей форму дна колбы и отстоящей от него на 0,3 мм, загружают 2,6 г Fe (металлической стружки железа), CCU (четыреххлористый углерод) 50 мл, НС1 (соляную кислоту концентрированную) 50 мл. Кислоту загружают через капельную воронку, контролируя интенсивность выделения водорода. Затем в процессе реакции добавляют еще 2,53 г и 2,3 г стружки железа. Скорость перемешивания реакционной массы механической мешалкой составляет 400 об/мин. После перемешивания течении 2 ч останавливают мешалку, наблюдают за разделением фаз (органического и водного слоя) и на границе раздела, на мешалке и на стенках реактора образуются прозрачные кристаллы. Оставляют систему на некоторое время для образования кристаллов соли FeCl2 (хлористого железа). Выкристаллизовавшуюся соль фильтруют на воронке Шотта и сушат в токе инертного газа. Выход продукта составляет более 93% по железу.
Пример 2. В реактор объемом 250 мл оснащенный мешалкой, хорошо повторяющей форму дна колбы и отстоящей от него на 0,3 мм, загружают 2,6 г Fe (металлической стружки железа), CCl3F (фреон) 50 мл, HCl (соляную кислоту концентрированную) 50 мл. Кислоту загружают через капельную воронку, контролируя интенсивность выделения водорода. Затем в процессе реакции добавляют еще 2,53 г и 2,3 г стружки железа. Скорость перемешивания реакционной массы механической мешалкой составляет 800 об/мин. После перемешивания течении 2 ч останавливают мешалку, наблюдают за разделением фаз (органического и водного слоя) и на границе раздела, на мешалке и на стенках реактора образуются прозрачные кристаллы. Оставляют систему на некоторое время для образования кристаллов соли FeCl2 (хлористого железа). Выкристаллизовавшуюся соль фильтруют на воронке Шотта и сушат в токе инертного газа. Выход продукта составляет более 90% по железу.
Таким образом, из положений, изложенных выше, следует, что каждый из признаков заявленной совокупности в большей или меньшей степени влияет на достижение поставленной цели - упрощении технологии получения, интенсификации и управляемости процесса синтеза хлорида железа(II) при сохранении высокого выхода и сокращения количества отходов, а вся совокупность является достаточной для характеристики заявленного технического решения.
Предложенный способ получения хлорида железа(II) по сравнению прототипом имеет следующие преимущества.
1. Упрощена технология получения продукта.
2. Снижается рабочая температура реакции до комнатных.
3. Снижается расход электроэнергии.
4. Исключается работа с вредными токсичными веществами.
Способ получения хлорида железа (II), включающий взаимодействие железной стружки с соляной кислотой с добавлением стружки в процессе реакции, отличающийся тем, что процесс ведут при комнатной температуре в среде галогеналканов при массовом соотношении железа и соляной кислоты 1:1, при этом кислоту загружают через капельную воронку, а железную стружку добавляют в процессе реакции два раза при перемешивании механической мешалкой со скоростью от 400 до 800 об/мин, выделившийся осадок отфильтровывают с помощью воронки Шотта и сушат в токе инертного газа.
