Способ получения аморфного фосфорсодержащего алюмосиликата натрия

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АМОРФНОГО ФОСФОРСОДЕРЖАЩЕГО(71) Заявитель Учреждение образования Белорусский государственный технологический университет (ВУ)(72) Авторы Ешенко Людмила Семеновна Касилович Виктор Александрович Жук Галина Михайловна(73) Патентообладатель Учреждение образования Белорусский государственный технологический университет (ВУ)Способ получения аморфного фосфорсодержащего алюмосиликата натрия, при котором смешивают при 20-120 С 1 М раствор сульфата алюминия и 85-87 -ную фосфорную кислоту в мольном соотношении в расчете на А 12 О 3 и Р 2 О 5, равном 1(1-10), добавляют полученный алюмофосфатный раствор к жидкому стеклу с концентрацией в пересчете на 5102, равной 24-26 , и модулем 2,2 при их массовом соотношении (0,09-0,13)1 и получают целевой продукт в виде рассыпчатого белого порошка.Изобретение относится к технологии получения аморфного фосфорсодержащего алюмосиликата натрия, который может быть использован в качестве ионообменника в производстве синтетических моюших средств (СМС) и других целей.В последние годы алюмосиликатные кристаллические и аморфные ионообменники, в частности Цеолиты ЫаА состава хЫа 2 О - А 12 О 3 - у 51 О 2 - 2 Н 2 О, где х 2, у 2-2,4, 2 70-90,нашли широкое применение в производстве синтетических моюших средств 1. В этом случае они являются заменителями триполифосфата натрия при растворении СМС в воде цеолит связывает ионы кальция и магния, устраняя тем самым жесткость воды и повышая моюЩую способность.Так, в патенте 2 описывается способ получения кристаллического и аморфного алюмосиликата, применяемого в производстве моюших композиций. Согласно 2 алюмосиликат натрия получают путем смешения 1-4 молярного раствора жидкого стекла в пересчете на 5102 и 0,5-2,0 молярного раствора алюмината натрия при 45 С. В качестве готового продукта предлагается использовать полученную суспензию или порошкообразный продукт. Недостатками данного способа получения в первом случае является транспортировка суспензии, концентрация активного вешества в которой намного меньше, чем в сухом продукте, что влечет за собой дополнительные расходы, во втором случае - применение стадии отмывки, фильтрации, сушки, присутствие маточного раствора, который необходимо утилизировать.Наряду с использованием алюмосиликатных соединений в производстве СМС целесообразно использование кристаллических и аморфных алюмосиликатов щелочных металлов, содержащих в своем составе фосфор. Наличие фосфора в составе алюмосиликатов способствует повышению их эффективности как компонентов синтетических моющих средств, поскольку наличие фосфат-ионов увеличивает степень связывания ионов кальция и магния 1.Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ получения фосфорсодержащего аморфного алюмосиликата натрия, включающий последовательное добавление водных растворов силиката щелочного металла и фосфата щелочного металла в раствор сульфата алюминия, перемешивание смеси, добавление гидроксида натрия и перемешивание в интервале температур 20-120 С 3. Свойства продукта могут варьироваться в зависимости от продолжительности синтеза и температуры. В случае когда синтез протекает непродолжительное время при низкой температуре, получают аморфный продукт, при длительном времени и высокой температуре - кристаллический продукт. В частности, для получения аморфного продукта синтез необходимо вести в течение 1,5 ч при температуре 90-100 С, для получения кристаллического продукта - 24 ч при температуре 120 С.Недостатками данного способа являются использование фосфатов щелочных металлов, что требует их предварительного получения многостадийность процесса получения,включающего стадии фильтрации, промывки и сушки наличие жидких стоков в виде маточного раствора и промывных вод энергоемкость процесса за счет применения стадий фильтрации, промывки и сушки.Задачей предлагаемого изобретения является упрощение технологии получения фосфорсодержащего аморфного алюмосиликата натрия за счет исключения стадий фильтрации, промывки и сушки, снижение его себестоимости, а также создание экологически безопасного производства.Поставленная задача достигается тем, что для получения аморфного фосфорсодержащего алюмосиликата натрия смешивают при 20-120 С 1 М раствор сульфата алюминия и 85-87 -ную фосфорную кислоту в мольном соотношении в расчете на А 1203 и Р 205, равном 1 (1-10), добавляют полученный алюмофосфатный раствор к жидкому стеклу с концентрацией в пересчете на 5102, равной 24-26 , и модулем 2,2 при их массовом соотношении (0,09-0,13) 1 и получают целевой продукт в виде рассыпчатого белого порошка.При таком способе получения образуется сначала гелеобразный осадок, переходящий затем в порошкообразнь 1 й рассыпчатый продукт. Состав продукта определяется соотношением А 1203 Р 205 в алюминийфосфорсодержащем растворе и может быть выражен следующей брутто-формулойХЫЩО - уА 12 О 3 - 25102 - аР 205 - Ь 5 О 4 - СН 2 О,где х, у, 2, а, Ь, с - количество моль Ыа 20, А 1203, 5102, Р 205, 504, Н 20 соответственно.Полученные алюмосиликофосфаты обладают ионообменной емкостью. Поскольку полученные алюмосиликофосфаты являются многофазной системой, в которую входят фосфаты натрия, сульфат натрия, алюмосиликат и др., то при определении ионообменных свойств согласно стандартной методике будут протекать два параллельных процесса 1) взаимодействие фосфатов натрия с ионами кальция и магния 2) обмен подвижных ионов натрия, входящих в состав алюмосиликата, на ионы кальция и магния. С учетом этого вместо катионообменной емкости используется термин обменная емкость, которая характеризует способность 1 г алюмосиликофосфата связывать определенное количество мг ионов кальция и магния. 0 бменная емкость аморфных алюмосиликофосфатов натрия, полученных согласно данному способу, составляет 122 мг/г по Са 2 и 48,3 мг/г по Мд.0 тличительные признаки данного способа1. Использование в качестве фосфорсодержащего реагента фосфорной кислоты.2. Использование алюминийфосфорсодержащего раствора с мольным соотношением А 1203 Р 205 1(1-10).4. Проведение осаждения при массовом соотношении жидкое стекло алюминийфосфорсодержащий раствор 1 (О,О 9-0,13), обеспечивающем образование рассыпчатого порошкообразного продукта.5. Порядок сливания реагентов (приливают алюминийфосфорсодержащий раствор в раствор жидкого стекла).Отличительные признаки изобретения следующие1. Использование фосфорной кислоты. Использование в качестве фосфорсодержащего реагента вместо фосфатов щелочных металлов фосфорной кислоты позволяет удешевить способ получения, а также исключить возможную стадию растворения фосфатов. Кроме того, комплексные соединения, образованные фосфорной кислотой и сульфатом алюминия, обуславливают образование гелеобразных структур, которые при комнатной температуре переходят в порошкообразнь 1 й продукт.2. Мольное соотношение в алюминийфосфорсодержащем растворе А 12 О 3 Р 2 О 5 1 (1-10). При повышении мольного соотношения А 12 О 3 Р 2 О 5 более 1 10 готовый продукт содержит меньше свободной влаги, поскольку используется концентрированная кислота при уменьшении этого соотношения менее 1 1 конечный продукт имеет большую влажность. Повышение А 12 О 3 Р 2 О 5 более 1 10 в растворе нежелательно, так как это может привести к образованию средних фосфатов алюминия, которые не обладают обменной емкостью.3. Использование концентрированных растворов исходных реагентов. Использование концентрированных растворов исходных реагентов объясняется содержанием влаги в готовом продукте. Фосфорная кислота с концентрацией 85-87 является концентрированной продукционной кислотой, 1 М концентрация по А 12 О 3 сульфата алюминия обусловлена пределом его растворимости, 24-26 жидкое стекло по 5102 является концентрированным.4. Массовое соотношение жидкое стекло алюминийфосфорсодержащий раствор 1 (О,О 9-0,13) при осаждении. В случае использования массового соотношения жидкое стекло алюминийфосфорсодержащий раствор, отличного от 1 (О,О 9 - 0,13), получают гелеобразный продукт, который требует наличия стадий фильтрации и сушки.5. Порядок сливания реагентов. Порядок сливания реагентов непосредственно влияет на свойства и состав конечного продукта при приливании алюминийфосфорсодержащего раствора к жидкому стеклу образуется порошкообразный, рассыпчатый продукт при приливании жидкого стекла к алюминийфосфорсодержащему раствору образуется клееобразная масса, которая не фильтруется, не отмывается и не обладает обменной емкостью.Данный способ получения аморфного фосфорсодержащего алюмосиликата натрия имеет ряд преимуществ получение продукта в одну технологическую стадию, исключая стадии фильтрации, промывки и сушки отсутствие стоков, газовых выбросов и твердых отходов, что предопределяет данный способ как экологически безопасный.1 М раствор сульфата алюминия смешивают с 85 фосфорной кислотой с получением алюмофосфатного раствора с мольным соотношением А 12 О 3 Р 2 О 5 1 1. В реактор помещают 22 г 24,4 раствора жидкого стекла в пересчете на 5102 (модуль 2,2) и при непрерывном перемешивании добавляют 2,4 г алюмофосфатного раствора. После тщательного перемешивания образуется рассыпчатый порошок с влажностью 60 . Брутто-состав алюмосиликофосфата и его обменную емкость исследовали по стандартным методикам. Обменная емкость составляет 45,2 мг/г по Са 2 и 4,9 мг/г по Мд.Продукт имеет состав 16,311 а 2 О - А 12 О 3 - 36,851 О 2 - Р 2 О 5 - 504 - 371 Н 2 О.1 М раствор сульфата алюминия смешивают с 85 фосфорной кислотой с получением алюмофосфатного раствора с мольнь 1 м соотношением А 12 О 3 Р 2 О 5 1 2. В реактор помещают 22 г 24,4 раствора жидкого стекла в пересчете на 5102 (модуль 2,2) и при непрерывном перемешивании добавляют 3,0 г алюмофосфатного раствора. После тщательного перемешивания образуется рассыпчатый порошок с влажностью 60 . Обменная емкость составляет 112,8 мг/г по Са 2 и 29,7 мг/г по Мд.Продукт имеет состав 19,511 а 20 - А 12 О 3 - 43,95102 - 2,0 Р 2 О 5 - 504 - 439,3 Н 2 О.1 М раствор сульфата алюминия смешивают с 85 фосфорной кислотой с получением алюмофосфатного раствора с мольнь 1 м соотношением А 12 О 3 Р 2 О 5 1 3. В реактор помещают 22 г 24,4 раствора жидкого стекла в пересчете на 5102 (модуль 2,2) и при непрерывном перемешивании добавляют 2,4 г алюмофосфатного раствора. После тщательного перемешивания образуется рассыпчатый порошок с влажностью 60 . Обменная емкость составляет 122,0 мг/г по Са 2 и 48,3 мг/г по Мд.Продукт имеет состав 27,311 а 20 - А 12 О 3 - 62,235102 - 3,0 Р 2 О 5 - 504 - 608,0 Н 20.Химический состав алюмосиликофосфатов приведен в табл. 1. Определение содержания компонентов, в частности 1 Та 20, А 1203, 5102, Р 205, в синтезированных образцах проводили расчетным путем на основании материального баланса процесса получения.Значения обменной емкости для алюмосиликофосфатов различного состава приведены в табл. 2.Таблица 2 Обменная емкость алюмосиликофосфатов в зависимости от составаМольное соотношение Обменная емкость по Са д, Обменная емкость по М д,А 12 О 3 Р 2 О 5 мг/г мг/гИз табл. 2 видно, что увеличение содержания Р 2 О 5 в продуктах химических превращений приводит к росту обменной емкости алюмосиликофосфатов по отношению к ионам кальция и магния, что позволяет использовать полученные алюмосиликофосфаты в производстве синтетических моющих средств.