Способ получения октагидрата тринатрийфосфата

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОКТАГИДРАТА ТРИНАТРИЙФОСФАТА(71) Заявитель Учреждение образования Белорусский государственный технологический университет(72) Авторы Ещенко Людмила Семеновна Сумич Андрей Иванович Жук Галина Михайловна(73) Патентообладатель Учреждение образования Белорусский государственный технологический университет(56)2147552 1, 2000.150826, 1962.166310, 1964. ПОЗИН М.Е. Технология минеральных солей (удобрений, пестицидов,промышленных солей, окислов и кислот), ч - Ленинград Химия, 1974. С. 1068-1070.1544710 1, 1990.69782 , 2004.(57) Способ получения октагидрата тринатрийфосфата, при котором смесь фосфорной кислоты, содержащей 33-39 мас.25, и 95,0-95,5 -ной серной кислоты при молярном соотношении 34 и 24, составляющем 1,0(0,003-0,009), нейтрализуют кальцинированной содой при температуре 90-100 С до получения насыщенного раствора динатрийфосфата, который затем нейтрализуют раствором едкого натра с получением насыщенного раствора тринатрийфосфата, содержащего 19-22 молей воды на 1 моль 25 и 0,21-0,28 мас.кондиционирующей добавки - сульфата натрия, и кристаллизуют целевой продукт. Изобретение относится к области технологии неорганических веществ, а именно к способам получения тринатрийфосфата, используемого в процессах водоподготовки, получении моющих средств и для других технических целей. Согласно 1, тринатрийфосфат может существовать в виде безводной соли 34 и кристаллогидратов - 3422, 3462, 3482, 34102, 34122. Способы их получения сводятся к насыщению фосфорной кислоты соединениями натрия(23, 3, ) до заданного молярного соотношения Р 2 О 5 2 и кристаллизации продуктов из насыщенных растворов. При этом в зависимости от содержания воды в системе 2-25-2 и температуры может быть получен тринатрийфосфат различной гидратности. Так, в патенте 2 описывается способ получения 34122 путем нейтрализации 30-47 -ного раствора гидроксида натрия экстракционной фосфорной кислотой, содержащей 37-56 мас.25, в присутствии маточного раствора тринатрийфосфата, содержащего 6-10 мас.основного вещества, при температуре 85-95 С досреды 11,5-12,5. При этом молярное соотношение 225 в системе составляет 29,5-55,31,0, что в результате охлаждения фильтрата, полученного после отделения примесных компонентов,14265 1 2011.04.30 до температуры 0-20 С приводит к образованию суспензии, которую фильтруют или центрифугируют. Твердую фазу, представляющую собой 34122, отправляют на сушку, а маточный раствор возвращают в процесс. Недостатками данного способа являются 1) использование для нейтрализации фосфорной кислоты едкого натра, стоимость которого в сравнении с другими натрийсодержащими реагентами (23, жидкое стекло) выше 2) многостадийность процесса получения тринатрийфосфата приготовление растворов, нейтрализация кислоты с последующей кристаллизацией, фильтрацией и сушкой конечного продукта. Способ 3 включает двухступенчатую нейтрализацию экстракционной фосфорной кислоты с содержанием 25, равным 21,7 мас. , вначале кальцинированной содой до молярного соотношения реагентов 22521, а затем раствором 46 до 22531. При этом молярное соотношение 225 в системе достигает 33,6 1,0, что в результате охлаждения фильтрата, полученного после отделения примесных компонентов, до температуры 30-35 С приводит к кристаллизации двенадцативодного гидрата тринатрийфосфата, который отделяют от маточного раствора фильтрацией или центрифугированием. Введение в частично или полностью нейтрализованные растворы модифицирующих добавок - смеси триполифосфата и пирофосфата натрия при их соотношении в смеси 0,5-4,01 и количестве смеси 0,002-0,014 ч. на 1 ч. готового продукта,позволяет регулировать средний размер кристаллов 34122 и его гигроскопическую точку. Недостатками данного способа являются 1) использование в качестве модифицирующих добавок - конденсированных фосфатов, в частности триполифосфата и пирофосфата натрия, имеющих высокую стоимость 2) многостадийность процесса получения тринатрийфосфата стадии приготовления растворов, нейтрализации кислоты, кристаллизации и фильтрации. Общим недостатком представленных способов получения тринатрийфосфата является низкое содержание основного вещества 34 в кристаллогидрате 34122 (расчетное содержание 34 - 43,2 мас.и 2 - 56,8 мас. ), что обусловлено условиями получения конечного продукта - молярным соотношением 225 и, следовательно,температурой синтеза и кристаллизации. Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ получения тринатрийфосфата 4, согласно которому тринатрийфосфат получают последовательной нейтрализацией раствора экстракционной фосфорной кислоты, содержащей 25 мас.25, твердой кальцинированной содой, а затем 42-46 раствором каустической соды при 70-100 С. При этом молярное соотношение 225 в системе достигает 30,1-35,31,0, что в результате охлаждения фильтрата, полученного после отделения примесных компонентов, до температуры 30-35 С приводит к кристаллизации двенадцативодного гидрата тринатрийфосфата, который отделяют от маточного раствора фильтрацией или центрифугированием. Согласно 4, получение ведут в присутствии кондиционирующей добавки, позволяющей увеличить гигроскопическую точку конечного продукта и исключить стадию его сушки. В качестве такой добавки используют ортофосфат щелочно-земельного металла с удельной поверхностью 0,5-2,0 м 2/г и в количестве 0,0005-0,0025 моля в пересчете на оксид металла на 100 мас.ч. осадка. Недостатками данного способа получения являются 1) низкое содержание основного вещества 34 (43,2 мас. ) в кристаллогидрате 34122 2) использование в качестве добавок ортофосфатов щелочно-земельных металлов с заданной удельной поверхностью, что, во-первых, приводит к наличию в составе тринатрийфосфата ионов кальция и магния, которые обусловливают жесткость воды и растворов и тем самым ограничивают применение полученного таким образом тринатрийфосфата в процессах водоподготовки, а также в составе моющих средств, во 2 14265 1 2011.04.30 вторых, требует соответствующих условий их получения для достижения заданной удельной поверхности 3) наличие стадии фильтрации. Задачей предлагаемого изобретения является повышение содержания основного вещества - тринатрийфосфата и сокращение числа стадий его производства, что позволяет снизить себестоимость конечного продукта. Поставленная задача достигается тем, что в данном изобретении реализуется способ получения октагидрата тринатрийфосфата, при котором смесь фосфорной кислоты, содержащей 33-39 мас.25, и 95,0-95,5 -ной серной кислоты при молярном соотношении 34 и 24, составляющем 1,0(0,003-0,009), нейтрализуют кальцинированной содой при температуре 90-100 С до получения насыщенного раствора динатрийфосфата, который затем нейтрализуют раствором едкого натра с получением насыщенного раствора тринатрийфосфата, содержащего 19-22 молей воды на 1 моль 25 и 0,21-0,28 мас.кондиционирующей добавки - сульфат натрия, и кристаллизуют целевой продукт. Отличительные признаки данного способа 1. Молярное соотношение 225 в системе 2-25-2, равное 19,0-22,0 1,0, при котором температура кристаллизации 3482 соответствует 80-90 С. Согласно диаграммам растворимости безводного фосфата натрия и его кристаллогидратов 5, при 22522,01,0, что соответствует использованию фосфорной кислоты с содержанием 25 менее 33,0 мас. , тринатрийфосфат кристаллизуется при температурах менее 80-90 С в виде 34102 или 34122. При 22519,01,0, что соответствует использованию фосфорной кислоты с содержанием 25 более 39,0 мас. , полного разложения соды в системе не происходит, в результате чего продукт, согласно рентгенофазовому анализу, содержит значительное количество 3 и кристаллогидратов динатрийфосфата. 2. Нейтрализация смеси кислот при их молярном соотношении 24340,0030,0091,0. Наличие серной кислоты обусловливает образование при ее нейтрализации сульфата натрия, который является кондиционирующей добавкой, повышающей гигроскопическую точку конечного продукта. Содержание тринатрийфосфата в целевом продукте зависит от содержания сульфата натрия. Оптимальным интервалом, при котором значение гигроскопической точки составляет 80,1-81,8 , является 24340,003-0,0091,0,соответствующее 0,13-0,47 мас.24 в готовом продукте. При 24340,0091,0 увеличивается содержание 24 и уменьшается содержание 34. При этом существенного изменения гигроскопической точки не происходит. При 24340,0031,0 гигроскопическая точка меньше 80,1-81,8 , что отрицательно сказывается на слеживаемости продукта. Данный способ получения тринатрийфосфата имеет ряд преимуществ 1. Кристаллизация в системе 2-25-2 при заданных условиях, в частности при молярном соотношении 22519,0-22,01,0, 3482 позволяет повысить содержание основного вещества в готовом продукте до 53,2 мас. . 2. Способ является малостадийным, отличается простотой, так как включает только приготовление растворов исходных реагентов, их смешение и кристаллизацию 3482. 3. Использование серной кислоты при ее нейтрализации позволяет получить кондиционирующую добавку - сульфат натрия, не содержащую ионы щелочно-земельных металлов, в отличие от 4, и имеющую низкую стоимость в отличие от триполифосфата и пирофосфата натрия 3. Кроме этого, присутствие серной кислоты интенсифицирует процесс разложения соды. Изобретение поясняется примерами. Пример 1 Фосфорную кислоту с содержанием 25, равным 39,0 мас.смешивают с 95,524 при молярном соотношении 2434, равном 0,0061,0. Полученную смесь кислот нейтрализуют кальцинированной содой при температуре 90-100 С с получением 3 14265 1 2011.04.30 насыщенного раствора динатрийфосфата, который далее нейтрализуют раствором едкого натра (35,72). Образующийся при этом насыщенный раствор тринатрийфосфата,содержание воды в котором соответствует молярному соотношению 22519,01,0,при постоянном и интенсивном перемешивании охлаждают. При температуре 80-90 С наблюдается образование и рост зародышей, приводящий к образованию кристаллического продукта во всем объеме реакционного пространства. Продукт представляет собой рассыпчатый порошок, химический состав которого следующий, мас.2 - 27,8, 25 21,1, 3 - 0,14, 2 - 50,9, что соответствует 34 - 48,7 мас. , 24 - 0,25 мас. ,2 - 50,9 мас. . Согласно рентгенофазовому анализу основной фазой в продукте является 34-82. Исходя из этого состав целевого продукта следующий, мас.3482 - 91,5, 24 - 0,25, свободная 2 - 8,25. Гигроскопическая точка при 20 С отвечает относительной влажности воздуха 81,8 . Пример 2 Фосфорную кислоту с содержанием 25, равным 36,8 мас. , смешивают с 95,024 при молярном соотношении 2434, равном 0,006 1,0. Полученную смесь кислот нейтрализуют кальцинированной содой при температуре 90-100 С с получением насыщенного раствора динатрийфосфата, который далее нейтрализуют раствором едкого натра (35,72). Образующийся при этом насыщенный раствор тринатрийфосфата,содержание воды в котором соответствует молярному соотношению 22519,81,0,при постоянном и интенсивном перемешивании охлаждают. При температуре 80-90 С наблюдается образование и рост зародышей, приводящий к образованию кристаллического продукта во всем объеме реакционного пространства. Продукт представляет собой рассыпчатый порошок, химический состав которого следующий, мас.2 - 27,2, 25 20,7, 3 - 0,14, 2 - 51,9, что соответствует 34- 47,8 мас. , 24 - 0,25 мас. ,2 - 51,9 мас. . Согласно рентгенофазовому анализу основной фазой в продукте является 3482. Исходя из этого состав целевого продукта следующий, мас.3482 - 89,8, 24 - 0,25, свободная 2 - 9,95. Гигроскопическая точка при 20 С отвечает относительной влажности воздуха 81,5 . Другие примеры получения конечного продукта при различных молярных соотношениях 2434 и 225 в системе приведены в таблице. Таким образом, заявляемое техническое решение позволит, исключая стадии фильтрации и сушки, получить неслеживающийся продукт в виде 3482 с высоким содержанием основного вещества, который может быть использован в производстве моющих средств и процессах водоподготовки. Примеры получения конечного продукта при различных молярных соотношениях 2434 и 225 Условия опытаМолярное опы- соотнота шение 225 1 2 3 4 5 6 7 Результаты исследования продукта ТемпеХимический состав,ГигроскоМолярное ратура мас.пическая соотношеОсновная кристалточка ние фаза лизации, 2 25 3 2 при 20 С,2434 С 14265 1 2011.04.30 Источники информации 1. Позин М.Е. и др. Технология минеральных солей (удобрений, пестицидов, промышленных солей, окислов и кислот) Ч. . - Л. Химия, 1974. - С. 1556. 2. Кальфа С.А., Попова Л.В., Ускач Я.Л., Мильготин И.М. Способ получе ния тринатрийфосфата. Пат. 2149826 Россия, МПК 701 25/30 Волгогр. ОАО Химпром. Заявл. 11.03.1999 Опубл. 27.05.2000. 3. Кузнецов А.А., Гуллер Б.Д., Шапкин М.А., Буксеев В.В., Майоров А.Б. Способ получения тринатрийфосфата. Пат. 2145572 Россия, МПК 01 25/30 ООО НПО Невохим. Заявл. 15.08.95 Опубл. 20.02.00. 4. Шапкин М.А., Попов В.Л., Буксеев В.В., Мильбергер Т.Г., Орлов Е.П., Зубков В.Я. Способ получения тринатрийфосфата. Пат. 2147552 Россия, МПК 601 25/30 ОАО Волхов.алюм. Заявл. 17.12.98 Опубл. 20.04.00. (прототип). 5. Киргинцев А.И., Трушникова Л.Н., Лаврентьева В.Г. Растворимость не органических веществ в воде Справочник. - Л. Химия, 1972. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5