Способ получения фосфата кобальта ii октагидрата

(57) Сущучениягидроксраствормешивасредытельнос охозяиственная а Копилевич и Л.Н. хозяйств ая ака е 854 -, Ч. 1-2(А),Изобретение относится к технологии реактивных соединений фосфорной кислоты, а именно к способам получения фосфатов кобальта , которые являются перспективными катализаторами, пигментами, служат составными, частями термофосфэтных декоративных покрытий, представляют собой микроудобрения, улуч.шающие одновременно качество макро- удобрений.Известные способы получения Со 3(Р 04)2 8 Н 20 основаны на обменной реакцИи между растворами хлорида кобальта и фосфатами щелочных металлов или аммония при повышенной температуре, В частности в работе ( Ваззет НВебаеП %.1, Зта 41 ез о 1 Р)озрЬатезй. Сйеа. Яос.-1933. ч.1-2 (А) Р. 854-876описан следующий препаративный способ получения кристаллического Соз(Р 04 Ь 8 Н 20. Раствор хлоридэ кобальта (3,0 г СоС 26 Н 20 в 50 см Н 20) добавляли к раствору, содержащему 10 г К 2 НРО 4 в 400 см Н 20, смесь нагревали до начала осаждения и оставляли на ночь для выделения кристаллов. Описанный способ имеет ряд существенных недостатков, что делает его малопригодным для применения в технологии реактивов. Кроме большой ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(71) Украинская сел ьскдемИя(56) 1.СЬегп. Зос., 193387.6,ОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФО ОА (11) ОКТАГИДРАТАность; исходные реагенты для полфосфата кобальта (11) октагидрата: окарбонэт кобальта и 20-40%-ный НЗР 04, Реагенты дозируют и переют в течение 3 ч при 30 - 50 С, рН 3,2 - 3,8. Выход 98-99, продолжить процесса - до 3 ч. 4 табл. длительности процесса выделения целевого продукта из растворов (от 24 ч до 6 мес), применяются большие избытки растворов осадителей (6-8-кратные от стехиометрически необходимых количеств в способах 1, 2;1,5-кратный в способе 4 и более чем 40-кратный в способе 3). Это приводит к большим обьемам отходов, содержащим фосфатионы, а также загрязнению целевого продукта примесями двойных фосфатов кобальта и щелочнь 1 х металлов. В ыход целевого продукта по указанным способам не превышает 12% от теоретического, Данный способ принят в качестве прототипа,Целью настоящего изобретения является повышение выхода целевого продукта, сокращение продолжительности процесса и отходов производства.Поставленная цель достигается получением фосфата кобальта (11) октагидрата путем разложения гидроксокарбоната кобальта раствором фосфорной кислоты при нагревании суспензии.,Существенными признаками, общими для прототипа и данного изобретения, является образование Соз(РО 4)2 8 Н 20 при взаимодействии реагентов, содержащих соединения кобальта (11) и соединения фос1797597 3форной кислоты. Однако в способе - прототипа целевой продукт получают низкоэффективным путем, требующим большогоперерасхода реагентов, энергетических ивременных затрат, Предлагаемым способом 5эти недостатки устраняются.Отличительными признаками способаявляются температурный режим синтеза соли и продолжительность синтеза. Существенным отличительным признаком "0изобретения является состав и порядок смешения исходных реагентов.Способ осуществляют следующим образом. В реактор. помещают определенноеколичество дистиллированной воды, нагревают ее до 30 - 50 С. Добавляют в воду раствор фосфорной кислоты в количестве,обеспечивающем достижение рН 2,8-3,2.Одйовременно при постоянном перемешивании вводят гидроксокарбонат кобальта и 20фосфорную кислоту, взятую из расчета100 от стехиометрически необходимогоколичества для получения трехзамещенного фосфата, таким образом, чтобы рН суспензии составлял 3,2 - 3,8. После смешенияреагентов продолжают перемешивание суспензии в течение не менее 3 ч, Затем суспензию охлаждают, осадок трехзамещенногофосфата кобальта октагидрата отделяют отматочного раствора, промывают холодной 30дистиллированной водой, сушат до постоянной массы. Получают соль составаСоз(РОа)28 Н 20,Обоснование выбора оптимального режима синтеза трехзамещенного Фосфата .35кобальта октагидрата приведено в табл. 1-4. Выбор диапазона значений рН,. в котором происходит образование трехэамещенного фосфата кобальта, производили на 40 основании результатов потенциометрического титрования фосфорной кислоты порошкообразным гидроксокарбонатом кобальта, Предварительно .было установлено, что скачек титрования на кривой нейтрализа ции фосфорной кислоты гидроксокарбонатом кобальта наблюдался в диапазоне рН 2,5 - 4.8. Окончательно выбор диапазона значений рН проводился на основании данных, приведенных в табл, 1. 50Из результатов, приведенных в табл. 1 следует, что при введении синтеза при рН 3,2 наряду с целевым продуктом образуется примесь гидрофосфата кобальта, а при рН4,0 - примесь гидроксофосфата ко бальта, Поэтому для получения индивидуального трехзамещенного Фосфата кобальта синтез необходимо вести, поддерживая значение рй реакционной смеси ц диапазоне 3,2-3,8. Выбор концентраций раствора фосфорной кислоты, используемой в синтезе, проведен на основании данных, приведенных в табл. 2.Оптимальный диапазон концентрации раствора НзРО 4, используемой в синтезе, - 20-40 мас.,ь при этом образуется индивидуальный трехзамещенный фосфат кобальта октагидрат. При более низкой и более высокой концентрациях раствора НзРО 4 целевой продукт загрязняется примесью непрореагировавшего гидроксокарбоната кобальта. В первом случае - вследствие неполного взаимодействия исходных реагентов, во втором - из-за загустевания реакционной смеси при внесении гидроксокарбоната кобальта, что приводит к резкому ухудшению условий синтеза,В табл. 3 - 4 приведено обоснование выбора температурного режима и продолжительности синтеза трехзамещеннрго фосфата кобальта октагидрата, При этом эффективность способа оценивали на основании показателей выхода целевого продукта и его брутто-состава.Из данных, приведенных в табл. 3, следует, что оптимальный температурный режим синтеза индивидуального Соз(РО 4)2 х х 8 Н 20 30-50 С, при котором достигается наибольший выход продукта по СоЬ и Р 205. При повышении температуры выход снижается вследствие увеличения растворимости соли, а также образуется примесь гидроксофосфата кобальта (мольное отношение Со О Р 205 3).Результаты, приведенные в табл, 4, подтверждают, что продолжительность синтеза при которой обеспечивается требуемое качество целевого продукта (отсутствие примеси гидроксокарбоната), а также достигаетсявыход трехзамещенного фосфата кобальта по СоО - 98 ф, по Р 205 - 95,5;4, должна составлять не менее 3 ч, При меньшей продолжительности не обеспечивается полное взаимодействие гидроксокарбоната кобальта с фосфорной кислотой, что приводит к загрязнению целевого продукта непрореагировавшим гидроксокарбонатом кббальта, .П р и м е р 1, В термастатируемый при ЗОС реактор помещают 80 мас,ч, дистиллированной воды, нагреваютдо заданной температуры, Добавляют 0,3 мас,ч. 200-ного раствора НзР 04. При постоянном перемешивании одновременно порциями вносят 10,00 мас,ч. гидроксокарбоната кобальта (70,0 7 ь СоО) и 30,2 мас.ч. Фосфорной кислоты (20 мас.) таким образом, чтобы значение рН суспензии поддерживалось равным 3,2 - 3,8. Смешение производится в течение1797597 Таблица 1 Зависимость состава продуктов от значения рН синтеза 0,25 ч. Суспензию продолжают перемешивать еще 2,75 ч, После охлаждения осадок отфильтровывают, промывают 50 мас.ч, холодной дистиллированной воды, сушат при комнатной температуре или при.40 С до постоянной массы.Получают индивидуальный Сод(Р 04)2 х х 8 Н 20 брутто-состава З,ОСоО Р 205 7.9 Н 20, выход по СОО 98,0%, по Р 205 97,0%,П р и м е р 2, В термостатируемый при 50 С реактор помещают 80 мас.ч. дистиллированной воды, нагревают до заданной температуры. Добавляют 0,2 мас,ч. 40 о -ного раствора НзРО 4. При постоянном перемешивании одновременно порциями вносят 10,00 мас,ч. гидроксокарбоната кобальта (70,0% СоО) и 15,06 мас.ч. фосфорной кислоты 40 мас.%) таким образом, чтобы значение рН суспензии поддерживалось равным 3,2 - 3,8, Смешение исходных реагентов производится в течение 0,17 ч, Суспензию продолжают перемешивать еще 2,8 ч. После охлаждения осадок отделяют, промывают 50 мас.ч, холодной дистиллированной воды, сушат при комнатной температуре или при 40 ОС до постоянной массы.Получают индивидуальныЙ Соз(РО 4)2 х х 8 Н 20 бругго-состава З,ОСоО Р 205 8,0 Н 20, выход по СоО 97.9 по Р 20595,6 .Использование предлагаемого способа получения фосфата кобальта( ) октагидрата обеспечивает по сравнению с прототипом(он же базовый объект) следующие преимущества:повышение выхода целевого продуктапо СоО с 45,9 до 98-99 и по Р 205 С 50,25 до 98,0 - 95,5;сокращение продолжительности синтеза продукта со 120 до 3 ч;уменьшение объема отходов производства и обеспечение таким образом его зко логической безопасности;уменьшение энерго- и трудозатрат наединицу продукции. Формула изобретения15 Способ получения фосфата кобальта - октагидрата, включающий взаимодействиекобальт)содержащего и фосфат-ионсодержащего соединений при нагревании, отделение продукта, о т л и ч а ю щ и й с я тем,20 что, с целью повышения выходапродукта,сокращения продолжительности процесса иотходов производства, в качестве кобальтсодержащего соединения используют гидроксокарбонэт кобальта, а в качестве25 фосфат-ионсодержащего соединения - 20 -40 о -ный раствор фосфорной кислоты, причемвзаимодействие ведут при стехиометрическомсоотношении при перемешивании и одновременном дозировании исходных соединений и30 поддержании рН реакционной среды в пре- делах 3,2-3,8 в течение 3 ч, а нагреваниеосуществляют до 30 - 50,1797597Таблица 2Зависимость состава продуктов синтеза от концентрации фосфорной кислотыТаблицаЗВлияние температуры синтеза на состав и выход продуктов (концентрация раствора НзР 04 30 мэс. %, продолжительность синтеза 3 ч) Смоделировано по прототипу, исходные реагенты - растворы СоС 2 6 Н 20 и(ИН)2 НР 04концентрацией 0,025 моль/л в стехиометрическом количестве,Таблица 4Влияние продолжительности синтеза на состав и выход продуктов (концентрация раствора НЗР 04 30 мас, %, температура 50 С)10 1797597 Продолжение табл. 4 Способ-и рототи Составитель М.НаумоваРедактор . Техред М,Моргентал Корректор В,Петраш изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 аказ 664 ВНИИПИ Госуда Тираж Поап нного комитета по изобретениям и о 3035, Москва, Ж, Раушская наб., 4 оеытиям при ГКНТ СССР