Способ растворения фтористого кальция

Сфюз Советских Сфциалистичесних Рвслублик(22) ЗаЯвлено 210979 (21) 28 З 8766/23-26 ) М фЭ с присоединением звявкм М С 01 Г 11/22В 01 Г 1/00 Государстаеииый комитет СССР. ио аелам изобретеиий и открытий(088.8) Дата опубликования описания 3005.81 Г,Е. Ревзин, Ю.ф. Костыря, В.И. Алексеенко и Н.С. Климкович 72) Авторы изобретения 1Днепропетровский металлургический институт и Институттеплофизики Сибирского отделения АН СССР(54) СПОСОБ РАСТВОРЕНИЯ ФТОРИСТОГОКАЛЬЦИЯ Изобретение относится к способам растворения фтористого кальция и может найти применение в аналитической химии, лабораторной практике и химической технологии как для растворения малорастворимого в воде фтористого кальция, так и с целью извлечения ценных компонентов из смесей с фтористым кальцием селективным, выщелачиванием последнего.Известен способ растворения фторнстого кальция 16-ным раствором соляной кислоты .при 20-95 ОС в присут-ствии двуокиси кремния в виде геля , кремневой кислоты, который берут в35 количестве 1,29-50,0 г/л в пересчете на 510при весовом соотношении СаГ. раствор НС 1 1:20 111.Недостатком данного способа является длительность процесса (30 ч) 20 н большой расход соляной кислоты (более 18 л на 1 кг фтористого кальция).Наиболее близким к предлагаемому .по технической сущности и дости гаемому результату является способ растворения фтористого кальция разбавленным раствором соляНОй кислоты при нагревании в присутствии хлористого алюминия, заключающийся в том, что в 5-10-ный подкисленный соляной кислотой раствор хлористого алюминия, взятый в избытке, вводят тонкоиэмельченный фтористый кальцнй,или продукт, содержащий СаГ, и реакционную смесь нагревают. Концентрация свободной НС 1 в растворе составляет 12. На растворение 1 кг фтористого кальция расходуют 4,123 - 8,246 кг А 1 С 19 6 Н 0 2.Недостатком этого способа является длительность процесса 1 до 10 ч).Цель, изобретения - сокращение . времени процессаПоставленная цель достигается тем, что в способе растворения фтористого кальция растворение ведут разбавленным раствором соляной кислоты при нагревании в присутствии алюминийсодержащего инициатора, причем в качестве алюминийсодержащего инициатора используют металлический алюминий или его сплавы при весовом соотношении СаГд:А 1 = 1:0,12 - 1:0,18 ф Кроме того, соляную кислоту берут с концентрацией 5,1-11,3 при весовом соотношении СаГ : раствор НС 1 д 110 - 1:20,Способ осуществляется следующим образом .Флористый кальций заливают раствором соляной кислоты и в реакционную смесь добавляют рассчитанное количество алюминия или алюминиевого сплава в виде кусков, гранул, стружки. проволоки, ленты, Фольги или порошка. В зависимости от коцентрации соляной кислоты и дисперсности алюминия его введение в реакционную смесь может осуществляться либо в один прием, либо отдельными порциями в несколько приемов. После добавления алюминия раствор нагревается за счет тепла химической реакции между. металлом и кислотой, причем температуру раствора в зависимости от объема раствора, концентрации кнслоты, количества введенного в раствор алюминия и его удельной. поверхности устанавливают в интервале от. 60 С до температуры кипения раствора. В тех случаях, когда выделяющегося при растворении алюминия тепла недостаточно для достижения температуры.кипения раствора, последний дополнительно подогревают до требуемой температуры.Выделяющийся при растворении алюминия водород способствует перемешиванию реакционной смеси, тем самым интенсифицируя процесс растворения. Время, необходимое для полного растворения фтористого кальция, зависит от многих факторов, среди которых определяющая роль принадлежит дисперсности продукта (точнее - величине удельной поверхности), Так, например, растворение фтористого кальция с размерами частиц 0,02- 0,05 мм протекает в течение 15- 30 мин, тогда как время полного растворения плавленого фтористого кальция с частицами 1-3 мм и более составляет несколько часов. Оптимум соотношений СаР :А 1 и СаР, раствор НС 1 установлен с учетом того, что при количествах меньших 0,12 кг и алюминия и 10 кг раствора соляной кислоты на 1 кг фтористого кальция не наступает полного растворения последнего, а увеличение количеств сверх 0,18 кг. алюминия и 20 кг раствора кислоты на 1 кг СаЕ не обеспечивает дальнейшего существенного роста скорости процесса, но вызывает повышение расхода реагентоВ и объема раствораДиапазон концентраций соляной кислоты 5,1-11,3 вес. выбран, исходя из расчета получения раствора с содержанием 2-4 вес. свободной соляной кислоты после полного растворения металлического алюминия. 5 1 О 15 20 25 ЗО 35 40 45 50 55 60 Помимо чистого металлическогоалюминия могут использоваться различные алюминиевые сплавы.Алюминиевые сплавы быстреерастворяются в соляной кислоте, чемчистый алюминий, что способствуетросту скорости процесса растворения Фтористого кальция. Большинство алюминиевых сплавов и вторичный алюминий дешевле гранулированного металлического алюминия реактивной чистоты и это существенноповышает экономические показателипроцесса, в особенности при использовании отходов механическойобработки заготовок из алюминиевых сплавов - обрезков, стружкии т,п. Кроме того, содержащиесяв алюминиевых сплавах компоненты(кремний, марганец, титан и ряддругих), переходя в раствор, способствуют повышению растворимостифтористого кальция, Однако призначительном содержании в сплаветаких легирующих компонентов, каккремний, магний или цинк, последние могут образовывать нерастворимый в разбавленной соляной кислоте осадок двуокиси кремния илиобразующихся по реакции обменафторидов магния или цинка, Поэтому в технологии растворения Фтористого кальция целесообразно испольэовать сплавы, содержащие неменее 94-96 алюминия при суммарном содержании кремния, магнияи цинка не выше 2-4. Когда растворение фтористого кальция проводится в аналитических целях, использование сплавов нежелательноиэ-эа воэможности внесения в анализируемый раствор значительногоколичества примесей, которые могут оказывать влияние на результаты анализа,Для растворения используют фтористый кальций квалификации Ч,(ГОСТ 7169-69) с размером частицменьше 0,05 мм, а такие измельченный до крупности 0,63-1,0 мм плавсостава 60 весокиси алюминия ввиде пластинчатых монокристаллови 40 вес. фтористого кальция,другие использованные реагенты -соляная кислота Х.Ч. (ГОСТ 3118-67),гранулированный алюминий Ч. (МРТУ6-09-5931-69) , алюминий хлористый 6-водный Ч. (ГОСТ 3759-65),а также дуралюмин марки Д 18.П р и м е р 1. К 100 г фтористого кальция, помещенным вколбу, приливают 1,95 л 5,2-нойсоляной кислоты удельного веса1,024 г/сми добавляют 14 г гранулированного алюминия. Весовоесоотношение СаГ.А 1 = 1:0,14, Реакционная смесь нагревается эасчет тепла реакции до 60 С. Смесьподогревают на песчаной бане приЗаказ 3906/17 Тираж 505 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д.4/5слабом кипении до полного растворения фториетого кальция. Время полного растворения 25 мин. Раствор после охлаждения не содержит ни осадка, ни мути.П р и м е р 2. 100 г фтористого кальция помещают в колбу, приливают 950 мл 11,3-ной соляной кислоты удельного веса 1,054 г/см3 и добавляют 18 г гранулированного алюминия. Весовое соотношение СаЕ .А 1 составляет 1:0,18, Реакционная смесь разогревается до кипения беэ дополнительного внешнего подогрева. Время полного растворения фтористого кальция 15 мин.П р и м е р 3.100 г фтористого кальция и 1,2 л 6,43-ной соляной кислоты удельного веса 1,030 г/см э помещают в колбу, куда.в два.приема с интервалом 10-15 мин добавляют 12,5 г дуралюмина марки Д 18 в виде стружки толщиной 0,8-1 мм. По данным химического анализа, "уммарное содержание в дуралюмине меди, магния и марганца составляет 3,6 вес., что соответствует количеству введенного алюминия 12,05 г. Весовое соотношение СаР:А 1 составляет 1:0,12. Температура раствора во время растворения алюминия 70-75 С. При нагревании раствора на песчаной бане до кипения время полного растворения фтористого кальция 40 мин.П р и м е р 4. В известном способе растворения фтористого кальция навески плава окиси алюминия с Фтористым кальцием по 50 г (содержание фтористого кальция .по ,20 г в каждой навеске) помещают в стеклянные конические колбы и добавляют в первую колбу 250 мл 11,3-ной соляной кислоты и 2,6 г . гранулированного алюминия (опыт), а во вторую 800 мл 5-ного раствора хлористого алюминия в 1,5-ной соляной кислоте (контроль)Обе колбы накрывают часовым стеклом для предотвращения испарения растворов, помещают на песчаную баню и нагревают при слабом, кипении, периодически контролируя полноту растворения фтористого кальция. Контроль осуществляют . наблюдением под микроскопом промытой от раствора и высушенной пробы осадка. Растворение фтористого кальция считается законченным, когда проба осадка целиком состоит из прозрачиых пластинчатых монокристаллов окиси алюминия, не содержащих белых непрозрачных включений Фтористого кальция ни между отдельнымм кристаллами, ни на гранях кристаллов.В укаэанных условиях в первой колбе (опыт) растворение фтористого каль ция заканчивается через 2 ч, причем основная масса Фтористого кальция растворяется за 1,5 ч. Во второй колбе (контроль) растворение фтористого кальция протекает 10 ч.Таким образом, предлагаемый способ позволяет сократить время процесса до 2 ч 15 мин за счет повышения скорости растворения фтористого кальция в 1,5-5 раз при одновременном снижении объемов раствора в 2-4 раза. Кроме того, использование более дешевых реагентов (металлического алюминия и его сплавов) по сравнению с хлористым алюминием и снижение расхода реагентов приводит к уменьшению затрат на 4,5 - 9,4 руб. на 1 кг фтористого кальция без учета экономии эа счет снижения энергозатрат и затрат на переработку и очистку . растворов. 1. Способ растворения фтористого кальция разбавленным раствором соляной кислоты при нагревании в присутствии алюминийсодержащего инициатора, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что, с целью сокращения времени процесса, в ка"честве алюминийсодержащего инициатора используют металлический алюминий и его снлавы при весовомсоотношении СаГ :А 1 = 1:0,12 - 1:0,18,2. Способ по п.1, о т л и ч а -ю щ и й с я тем, что соляную кислоту берут с концентрацией 5,1-11,3при весовом соотношении СаР : раствор НС 1 = 1:10 - 1:20.Источники информации,принятые во нимание при экспертизе1. "Журнал общей химииф, 1936,т. 6, Р 4, с. 606.2. ЛисицЫн В.И., Волков С.Т.