Способ получения натрий-цинкового метафосфата

(ГОСПАТЕНТ СССР) 51)5 С 01 В 25 ТЕН ОПИСАНИК АВТОРСКОМУ ЗО ИДЕТЕЛ ЬСТ 1(56) АчегЬцсЬ-РоцсЬо 1 М,Т., ОЗйгостогез о 1 2 ЛА 9(РОз)з апб 2 п- ,3,о 1 ЗоИд Вате Спев 198р.341-52.(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НКОВОГО МЕТАФОСФАТА(57) Изобретение относится к способу получения натрий-цинкового метафосфата. Цель изобретения - получение монокри-. сталлов йа 42 п 4(Р 40(2)з размером 0,3-5 мм, которые могут быть использованы в пьезотехнике, Сущность способа состоит в том, что процесс ведут из раствора ортофосфорной кислоты концентрацией 65-72 при давлении 0,1-0;7 МПа и массовом соотношении оксида цинка, гидооксида натрия и фосфорной кислоты (8 - 9)46-7) (8 - 9), 1 табл. Стрелкова,итовгИ А. Сгума4 йа 4(Р 4012)з,3, ч.49, ЬЬ 3,АТРИЙ"ЦИНИзобретение относится к способу пол-по 108 г добавляют безводный гидроксид учения кристаллического натрий-цинкового натрия, Полученный раствор окончательно метафосфата йа 42 п 4(Р 4012)э методом выпа- перемешивают втечение 5 ч при нагревании ривания из гидротермальных растворов и до 80+ 10 С, Затем приготовленный расможет быть использовано в препаративной творв стеклоуглеродном стакане помещают химии, пьезотехнике и оптоэлектронике. В в реактор низкого давления и нагревают в частности, кристаллическая шихта электрической печи сопротивления до йа 42 п 4(Р 4012)з может быть применена в ка-, 180 С при давлении, не превышающем 0,20 честве исходного материала для получения МПа. Давление регулируют за счет исполькрупных монокристаллов и злектрооптиче- зованйя контактногб майометра марки ской и пьезоэлектрической керамики из это- ЭКМ-В, выставленного на 0,20 МПа, и элекго соед)4 иейй., .: тронно-пневматического клапана маркиЦель йзобуетения - получение моно- ЭПК, закрытого в нормальном положе- кристаллов ЭФфий-цинкового метафосфата нии. Опыт ведут в течение 360 ч, затем реакс размерами ЙаСтмц 0,35 мм, тор вскрывают, полученные кристаллыП р и м е р; 500 г 65 мас,-ного водного промывают и высушивают. Массовый выход раствора ортофосфорнбйкислоты заливают кристаллов, определенный относительно в стеклоуглеродный стакай; вкоторый затем оксида цинка (твердая фаза выходной смекаждые 2 ч четырьмя навесиками по 80 г до- си), составляют 92 с размером кристаллибавляют оксид цинка при постоянном пере- . ческих зерен порядка 5 мм, .мешивании раствора механической Рентгенофазовый анализ показал иден- мешалкой и нагреве его до 90 + 100 С в элек- тичность дифрактограммы полученных критрической печи сопротивления. Затем в пол- сталлов с известными данными.ученный раствор через 1 ч двумя навескамиКонечный продукт представляет собой однофазные кристаллы с размерами зерен, изменяющимися в зависимости от фиэикохимических параметров процесса в интервале 0,3-5 мм. Существенность и обоснованность физико-химических параметров ведения процесса получения кристаллической шихты заключается в следующем: интервал температур 180- 310 С необходим, так как при температуре ниже 180 С образуются побочные фазы, что приводит к невозможности получения монофазной кристаллической шихты натрий- цинкового метафосфата. С увеличением температуры выше 310 С начинает происходить интенсивное испарение фосфорного ангидрида, что фиксировалось по уменьшению жидкости в конденсаторе, Одновременно с этим при этих температурах образуются конгломераты из мелкокристаллических зерен натрий-цинкового метафосфата с размером зерен 100-200 мкм. При образовании конгломератов происходит захват маточного раствора, не испаряющегося в процессе опыта.В результате этого, во-первых, образуется шихта с размером кристаллических зерен менее 0,5 мм, и во-вторых, массовый выход продукта падает до величины менее 60 мас,%, Величина давления 0,1 - 0,7 МПа определяется тем, что при давлении более 0,7 МПа образуются соединения другого типа, в частности ортофосфаты цинка и натрия, что приводит к невозможности получения однофазн ого продукта йа 4 Ъ 4(040 и)з. С уменьшением давления менее 0,15 МПа происходит очень быстрое достижение величины пересыщения раствора при больших скоростях испарения, что приводит к образованию вещества с размером зерен до 300 мкм, Между корочками остается неудаляемый маточный раствор, что в свою очередь уменьшает массовый выход продукта, величина которого находится в пределах 60-70 мас.5. Соотношение ЕпО: йаОН: НзР 04 = (8 - 9):(6 - 7):(8 - 9) является оптимальным, так как уменьшение количества Еп менее 8 приводит к избытку катионов натрия в растворе и к образованию фосфата натрия, Это обстоятельство уменьшает массовый выход однофазного конечного продукта. Аналогично при снижении менее 6 количества едкого натра в растворе происходит пересыщение раствора катионами цинка и выпадение цинка в виде фосфата и оксида, что в свою очередь снижает размеры кристаллов натрий-цинкового метафосфата и его массовый выход, С уменьшением соотношения количества НзР 04 менее 8 происходит понижение растворимости оксида20 25 30 лице 40. В зависимости от физико химических параметров процесса размер кристалличе 50 5 10 15 цинка и гидроксида натрия, что ведет к уменьшению выхода конечного продукта в пределах 70 мас.%. При увеличении оксида цинка более 9 в указанном выше соотношении в процессе эксперимента остается непрореагировавший оксид цинка, что также понижает массовый выход продукта.С увеличением содержания натрия более 7 образуются фосфаты натрия, уменьшающие массовый выход продукта и препятствующие получению его однофаэового выхода, С увеличением содержания НзР 04 более 9 в растворе остается избыток ортофосфорной кислоты, что способствует образованию фосфатных связок, приводящих к получению гигроскопических кристаллов цинка и натрия, которые уменьшают массовый выход продукта до 60 мас,%,Йсходная концентрация ортофосфорной кислоты определяется тем, что при концентрации менее 65 мас.% время проведения опыта сильно увеличивается, а с увеличением концентрации кислоты более 72 мас.% образуются побочные фазы,Все найденные физико-химические параметры способа причинно связаны с целью изобретения, нарушение этой взаимосвязи к невоспроизводимости и невозможности получения кристаллической шихты йа 42 п 4(Р 4012)з с массовым выходом до 95 мас.% и размером зерен 0,3 - 5 мм,. Результаты других опытов при различных параметрах процесса приведены в табПреимуществом указанного способа перед известным является следующее. Способ требует несложной и недорогойв технологическом отношении аппаратурынизкого давления. ских зерен шихты и ее выход можно варьировать в заданных пределах,Практически способ позволяет реализовать безотходное производство, экономически чистое и безвредное. Кроме конечногопродукта в результате проведения процесса образуется только вода. формула изобретения Способ получения натрий-цинкового метафосфата из водного раствора ортофосфорной кислоты, содержащего ионы натрия и цаа,при нагрвване до(2 чо + 65) С отлич а ю щ и й с я тем, что, с целью получения монокристаллов натрий-цинкового метафосфата размером 0,3-5 мм, процесс ведут иэ раствора ортофосфорной кислоты концентрацией 65-72% при давлении 0,1-0,71813710 форной кислоты 8 - 9: 6 - 7;8-9 соответственно. МПа и массовом соотношении оксида цинка, гидроксида натрия и фосНзр 04 мас. Ж Массовый выход,Давле- Соотношение ние ЪО:йаОН:НзРО МПа,Размер кристаллов, мкм Температура,При- мер 8:6:8 8:6:8 8:6:8 0,2 0,2 0,2 656565 94 94 180 310 140 93 93 95 8:6:8 8:6:8 8:6:8 8:6:8 250 250 250 250 0,20,70,151,5 65 65 65 65 4 5 6 7 93 94 95 93 90 93 94 86 90 92 Составитель О.ДимитроваТехред М.Моргентал Корректор М.Кешеля Редактор Заказ 1808 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 8 10 11 12 13 14 15 16 .17 : 1819 250 250 250 250 310 . 280180 270 300 300 180 300 0,4 0,4 0,4 0,4 0,1 0,1 0,1 0,4 0,4 0,6 0,2 0,6 8:6:8 8:9:8 5:3:4 9:7:8 8:6:8 8:6:8 8:6:8 8:6:8 9:7:8 9:7:8 9:7:9 8;7;9 65 65 65 70 70 70 65 72 72 75 65 72 5 2 Образуются олигофосфаты3 40,7 Образуются побочные фазы2,1 Побочная фазаФФ1,2 1,0 0,8 0,5 3,0 1,8 0,3 3,0 4,0