Способ растворения фтористого кальция

и 372457 Союз СоветсиннСоцналнстнческннРеспублик ОП ИСАКИЙИЗОВРИТИЙИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(я)м. кл. С 01 Р 11/22 В 01 Р 1/00 Гасударственный кпмнтет СССР по делан нзебрвтеннй н отнрытнй) 1Днепропетровский металлургический институт м Институттеплофиэики Сибирского отделения АЙ с;т."бР(54) СПОСОБ РАСТВОРЕНИЯ фТОРИСТОГО КАЛЬЦИЯ Изобретение от.осится к способу раст, ворения фтористого кальция и может быть использовано для очистки сварных швов от содержащих фтористый кальций флюсов, извлечения ценных компонентов из металлургичесних шлаков или смесей . ф после металлотермии, травления дефектов поверхности монокрнсталлов СаРд, отделения и очистки от фтористого кальция выращенных в его расплав монокристааловто тугоплавких соединений и т.д.Известен способ растворения фторнсто го кальция раствором соляной кислоття при комнатной температуре в присутствии. золя кремниевой кислоты 1,Недостатком этого способа является длительность процесса, связанная с ма лой растворимостью фтористого кальция(5,9 г/л).Наиболее близким к предлагаемому. по технической сущности и достигаемому результату является способ растворения фтори стого кальция 16%-ным. раствором соляной кислоты при 20-95 С в присут-.О ствии двуокиси кремния в виде геля крем ниевой кислоты, который берут 1,29- 50,0 г/л в пересчете на 510 д при весовом соотношенииСаР. раствор НСО 1: :20 2.Однако для известного способа характерна длительность процесса (30 ч) и большой расход соляной кислоты (более 18 л на 1 кг фтористого кальция).Цель изобретения - сокращение вре мени процесса до 4 ч 20 мин и снижение расхода соляной кислоты до 9-4 л на 1 кг фтористого кальция. Поставленная цель достигается тем,что согласно способу растворения фтористого кальция, заключающемуся в том, чторастворение ведут раствором соляной кислоты при нагревании в присутствии кислородсодержащего активатора, в качествекислородсодержащего активатора используют соединения бора в количестве 0,2250,330 вес.ч. в пересчете на В 0 на1 вес.ч. фтористого кальция,3 872457Причем в качестве соединений бора ис пользуют буру, борную кислоту,. борный ангидрид, мета-, тетра-, пентабораты ще,лочных металлов и аммония, соляную кислоту берут с концентрацией 20-40 вес,% при весовом соотношении СаРу, раствор НС 1 1;4 1:10, и в раствор дополнительно вво 5 ят многоатомные спирты в количестве 1.5% от веса раствора.Кислородные соединения бора способ ствуют повышению растворимости фтористого кальция в растворе соляной кислоты примерно в 10 раз по сравнению с растворимостью СаР в присутствии двуокиси кремния в виде гелия кремниевой кислоты; соответственно с повышением растворимости возрастает и скорость растворения, что приводит к сокращению времени процесса. В качестве кислородсодержащих соединений бора может быть использован широкий круг соединений, растворимых в воде или растворах соляной кислоты, такие как борная кислота, бура, борный ангидрид, мета-, тетра-, пентабораты щелочных металлов и аммония, а также некоторые разлагаемые соляной кислотой бораты щелочноземельных металлов, Одна-.) ко наиболее целесообразно использование такого дешевого и доступного сырья, ка ким является бура М аВ 4010 Н О и Э 0борная кислота НВО . Диапазон концентраций соединений бора выбран исходя из того, что при введении в раствор соединений бора менее 0,225 вес.ч. В 0 на 1 вес.ч. СаГ не происходит полного растЭ 5 ворения фтористого кальция, а увеличение количества В 0 сверх 0,330 вес,ч на 1 вес,ч СаРд не приводит к дальнейшему повышению его растворимости или скорости растворения и связано лишь с увели 40 ,чением расхода борсодержащего компонента. Благодаря высокой растворимости фтористого кальция в солянокислых растворах,45 содержащих кислородные соединения бора, появляется возможность снижения объема растворов, повышения концентрации соляной кислоты и сокращения ее расхода, Бура и борная кислота, обладающие высокой растворимостью в воде при нагревании, могут выпадать в осадок при охлаждении растворов до комнатной температуры,при иоторой растворимость соединений бора составляет 2-5 вес,% и уменьшается Ю присутствии соляной кислоты и раство ренных солей. С целью предотвращения кристаллизации борной кислоты или буры и получения не содержащего осадка раст вора, в котором легко визуально контролировать окончание процесса растворения фтористого кальция, в раствор дополнительновводят многоатомные спирты в количестве 15 вес,% Такими многоатомными спиртамимогут быть глицерин, маннит, сахароза,фруктоза; эритрит и т,п., которые повышают растворимость буры и борной кислоты в водных растворах,Измельченный фтористый кальций илисодержащие СаР продукты помещают вобогреваемую емкость, снабженную мешалкой. Затем в емкость заливают соля;ную кислоту требуемой концентрации и загружают борную кислоту или буру в рассчитанном количестве. В зависимости отконцентрации соляной кислоты, соотношение Т:Ж в реакционной смеси и температуры растворения в раствор либо вводят дополнительно один из многоатомныхспиртов (предпочтительно глицерин) либоведут растворение без добавления глицерина. Порядок добавления компонентов вданном процессе не играет существеннойроли. В частности, можно предварительноприготовить солянокислый раствор с ЙОфбавкой соединений бора и миогоатомиыхспиртов и залить раствор в емкость, куда помещен фтористый кальций. После .смещении всех компонентов раствор нагревают, и растворяют фтористый кальцийпри перемешивании мешалкой со скоростыо 6 О-ЗОО об/мин.Время полного растворения фтористого кальция зависит ие только От соотношения компонентов и температуры раствора, но и от дисперсности- фтористогокальция, причем чем меныне размеры чаотиц СаР, тем растворение протекает быстра е. Так, например, полное растворение 5- 10 г порошкообраэного фтористого кальция с размером частиц менее 0,05 мм при 80-90 С протекает в течение 5 О15 мин, Однако проводимое в тех же условиях (температура, концентрация и скорость неремешивания раствора) выщелачи ванне фтористого кальция из 5 г измельченного до крупности 3-5 мм закристаллизованного и охлажденного флюса, состоящего из 60 вес.% АР 0 и 40 вес.% СаР, заканчивается через 4-6 ч. Варьируя . температурой раствора, концентрацией соляной кислоты, соотношением ВО.Сар, скоростью еремешицания раствора, а также соотношением Т:Ж в реакционной смеси и дисперсностью фгористо ГО кальция удается регулировать ско5 8724рость растворения фтористого кальцияв чрезвычайношироким диапазоне.Солянокислый раствор, полученный после полного растворения фтористого кальция, отфильтровывают, если растворениепроводилось с целью извлечения ценныхкомпонентов иэ смеси,.или подвергают переработке без фильтрования, Переработка раствора сводится к его нейтрализации содой, поташом, известью (иэвест 10ковым молоком), магнезитом или доломитом. При этом в зависимости от применяемого для нейтрализации соединения в осадок выделяются различные фторсодержашие продукты,а не содержащий фтора раствор хлоридов с рН 7-8 сбрасывается в канализацию, В этом случае, когда нейтрааизацию раствора проводят соединениями ка.лия едкйм кали, поташом или к раствору добавляют водорастворимые соли калия 20(например, хлорид, нитрат и т.п.), попутнос фтором происходит утилизация бора в виде малорастворимого в воде борфторида калия. Последний может быть использованлибо непосредственно в качестве компонен- д 5.та флюсов для пайки и сварки цветных металлов, либо переработан известными методами получения простых или комплексных фторидов.П р и м е р 1, В стеклянный стаканемкостью 1 л помещают 100 г порошкообразного фтористого кальция с размером частиц менее 0,1 мм. В стакандобавляют 88,6 г борной кислоты (33 гв пересчете на Е 20), что соответствует350,330 вес,ч. на 1 вес.ч. СаР, 20 г глицерина и 380 мл 38,32%-ной солянойкислоты удельного веса 1,190 г/см:Стакан с реакционной смесью помешают на кипящую водяную баню и растворяют фтористый капьций при перемешиваниипропеллерной мешалкой со скоростью 180220 об/мин.Время полного растворения фтористого кальция составляет 20 мин; раствор45прозрачный, без следов осадка или мути.После окончания растворения фтористого кальция к раствору добавляют 200 млнасыщенного раствора хлорис",того калия,а затем 20%-ный раствор соды до рН6,0-6,8,50 фильтре водой и сушат. Выход кристаллов - количественный. П р и м е р 3, В стеклянный стакан емкостью 2 л помешают 100 г порошкообразного фтористого кальция с размерами частиц менее 0,1 мм, В стакан добавляют 61,6 г буры МадВ.О 10 Н О (22,8 г в пересчете на ВО), что составляет 0,228 вес.ч. на 1 вес.ч. СаРа, ; 80 г этиленгликоля и 880 мп 30-ной НСВ удельного веса 1,179 г/см Ста кан с реакционной смесью помешают на кипящую водяную баню и растворяют фто ристый кальций прн перемешивании процеллериой мешалкой со скоростью 90- 100 об/мии. Из охлажденного раствора отфильтровывают осадок борофторида калия. Весосадка 80,2 г, что соответствует выходу КВГ по фтору 99,8%,П р и м е р 2. В фарфоровый реактор,снабженный паровой рубашкой и мешалкой,помещают 8 кг измельченного до крупнос 87 6ти 2-3 мм плаза, состоящего из пластинчатых монокристаллов ф- Ак ь Оу, толщиной 10-100 млм и шириной (среднимдиаметром) 0,2-З мм, сцементированныхфтористым кальцием, По данным химического анализа, план состоит из 62,8 вес.%окиси алюминия и 37,8 вес,% фтористогокальция.В реактор добавляют 1233 г буры(480 г в пересчете на ВО), что составляет 0,240 вес.ч. на 1 вес.ч. СаРе и17 л 22%-ной соляной кислоты удельноговеса 1,11 г/см 9, включают обогрев и перемешивание. Рас ворение фтористого кальция ведут при 80 С и скорости вращениямешалки 100 120 об/мин, периЬдическиконтролируя полноту растворения. Растворение считается полным, когда отмытаяот кислоты, водой и сушенная фильтровальной бумагой проба осадка целиком состоит из прозрачных пластинчатых кристаллов еЬАВ О и не содержит белых непрозрачных включений фтористого кальциякак между кристаллами, так и на их гранях при рассмотрении пробы под микроско,пом,Время полного растворения фтористогокальция 4 ч. Затем раствор охлаждают,отфильтровывают кристаллы о- А 9 у 0,а прозрачный, фильтрат нейтрализуют из-вестковым молоком до рН 8 и дают отстояться образовавшемуся осадку, Маточный раствор декантируют с осадка в канализацию. Осадок промывают на фильтре сначала 0,1 н. раствором соляной кислоты от избытка кальция, затем водой до рН 8-6 и сушат. Осадок представляет собой в основном СаРд, который можно снова использовать в процессе получения моно- кристаллов окиси алюминия. Отфильтрованные кристаллы о- АВ О промывают наВремя полного растворения фтористого кальция 30 мин; раствор прозрачный, без следов осадка или мути.Таким образом, предлагаемый способ позволяет сократить время процесса с 30 ч до 4 ч, 20 мин за счет повышения растворимости СаГд.с 55,1 г/л до 400 г/л, что обеспечивает повышение производительности в 8-160 раз, а также снизить расход соляной кислоты в 2-5 раз.1 Оформула изобретения1, Способ растворения фтористого кальция раствором соляной кислоты при нагревании в присутствии кислородсодержашего актиВатора, о т л и ч а ю ш и й с я тем, что с целью сокрашения времени процесса и снижения расхода соляной кис о лоты, в качестве кислородсодержашего активатора используют соединения бора в количестве 0,228-0,330 вес,ч, в пересче- В8В 0, на 1 вес,ч, фтористого каль те нация.2. Способпоп, 1,отли чающ и й с я тем, что в качестве соединений бора используют буру, борную кислоту, борный ангидрид, мета-, тетра-, пентабораты щелочных металлов и аммония,3. Способ по п, 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что соляную кислоту берут с концентрацией 20-40 вес,% при весовом соотношении Сар: раствор НСО1:4-1:10,4, Способ по пп. 1-3, о т л и ч а -ю ш и й с я тем, что в раствор дополнительно вводят многоатомные спирты в количестве 1-5% от веса раствора.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Журнал обшей химии6, 1936,с. 606,2, Авторское свидетельство СССР539836, кл, С 01 Р 11/22, 1974(прототип), Составитель Л. СитноваРедактор О. Персиянцева Техред Т,Маточка Корректор М. ШарошиЗаказ 8935/36 Тиррк 508 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж 35, Раушская наб., д. 4/5филиал ППП Патентф, г. Ужгоро, ул, Проектная, 4