Натрий үшполифосфатын экстракциялық фосфор қышқылынан алу.
Химия өнеркәсібінің әртүрлі саласында қолданылатын және көп таралған фосфор қышқыл тұздардың бірі – натрий үшполифосфаты болып табылады.
Қазіргі кезде натрий үшполифосфатын алу (НҮПФ) әдістеріне арналған көп жұмыстар бар
[1]. Негізгі алу әдістері және өңдеу технологиясы келесі шикізаттардан алуға негізделген:
- Термиялық фосфор қышқылын кальцинирленген содамен нейтралдау арқылы моно-, және динатрий фосфаттарын алу;
- NaH2PO4 пен Na2HPO4 фосфаттарынан жоғары температурада қыздыру арқылы НҮПФ-н
алу;
Әртүрлі өндірістік НҮПФ-ның алыну әдістері меңгеріліп, олар келесі авторлардың
жұмыстарында қамтылған: Позин, Продан, Анарбаев А.А. және т.б. [2-4].
Натрий үшполифосфатын алу бірнеше сатыда іске асырылады:
0,5Na2CO3+H3PO4→NaH2PO4+0,5CO2+0,5H2O (1)
2Na2CO3+2H3PO4→2Na2HPO4+2CO2+2H2O (2)
2,5Na2CO3+3H3PO→NaH2PO4+2Na2HPO4+2,5CO2+2,5H2O
(3)
1және 2 реакциялары бойынша моно және динатрий фосфатын алумен жүретін, фосфор қышқылы мен кальцинирленген сода нейтрализациясы. НҮПФ-н 2Na2HPO4+NaH2PO2 қосындыларын қыздыру арқылы алады.
НҮПФ өндірудегі жауапкершілікті стадиясы 2Na2HPO4 пен NaH2PO4 тұздардың құрғақ қоспаларын қыздыру болып табылады. Бұл процесті мына суммалық теңдікпен өрнектейді:
2Na2HPO4+NaH2PO4=Na5P3O10 +2H2O (4)
Оның механизмі біржолата анықталған жоқ. Ұзақ уақыт бойы мононатрий фосфат метафосфатқа дейін:
NaH2PO4→NaPO3+H2O
Динатрий фосфат пирофосфатқа дейін
2Na2HPO4→Na4P2O7+H2O
дегидраттанады деп саналып келеді.
Метафосфат мен пирофосфат ҮПФ түзе отырып әрекеттеседі:
NaPO3+Na4P2O7→Na5P3O10
Кальцинация кезінде бір уақытта 2 процесс: поликонденсация мен дегидратация өтетіні белгіленген.
Осы қарастырылған әдістердің көп кемшіліктері бар, процестер өте жоғары температурада өтеді және көп сатылы. Термиялық фосфор қышқылының қымбаттылығына байланысты НҮПФ-н Қазақстанда басқа экономикалық және тиімді жолмен алу технологиясын табу керек.
Сондықтан біздің жұмыста кальцинирленген соданы экстракциялық фосфор қышқылымен нейтралдау арқылы Na5P3О10 алу қарастырылған. Ол үшін төменгі сапалы Қаратау және Шилісай фосфориттерінен қосымша тазартудан соң, төменгі температурада экстракциялық фосфор қышқылы алынған.
Қаратау фосфоритінің құрамы:
P2O5=24,69% Fe2O3=1,05% CaO=37,3% MgO=1,35% F=2,79% CO2=4,60% H2O=19,98% MnS=3,0%
Шилісай фосфоритінің құрамы: P2O5=18%
Fe2O3=2% CaO=28% MgO=1% Al2O3=1,53% MnS=2%
Тәжірибелік жұмыс жасау үшін.
50 г Қаратау фосфоритін алып, оны 100 мл суда ерітіп, есептелген мөлшер бойынша үстіне 15,2 мл (96% H2SO4) және 20,7мл (70,4% HNO3) құйылды. Температура 90-950C, жүру уақыты 45 минут. Алынған ерітіндіні вакуум сүзгіште сүзіп алып, оны аммиакпен рН=3-ке дейін бейтараптап, тұнбаны кептіреді. Ал сүзіндіні аммиакпен рН=6-ға дейін бейтараптап алынған СаH2PO4 және СаНPO4-ті кептіріп (1000C) анализ жасаймыз. Алынған өнім құрамында P2O5=45%, CaO=36,4% бар екендігі анықталды.
7,5 г дикальций фосфатына есептелінген мөлшер бойынша 4,976 г H2SO4, 24% ЭФҚ-дан 30 г құйып араластырғышта 1,5 сағат, температура 750C араластырады. Толық ыдырағаннан кейін ерітіндіні сүземіз. Алынған экстракциялық фосфор қышқылының құрамындағы Р2O5 20% екендігі анықталды.
24,3г 24% ЭФҚ-ын 7,3 г содамен нейтралдап, сүзіп NaH2PO4 және Na2HPO4 ерітінділерін 1000C-та кептіреді, алынған өнімді муфель пешінде 30 минут, 350-4500С аралығында ұстайды. Кепкен НҮПФ-ның құрамындағы P2O5 57% екені анықталды.
Шилісай фосфоритінен натрий үшполифосфатын алу
50 г Шилісай фосфоритін алып 100 мл суда ерітіп, есептелген мөлшер бойынша үстіне 9,03мл H2SO4, 11,04мл HNO3 құйылды. Ары қарай тәжірибелік жұмыс жоғарыда көрсетілген әдіс бойынша жүргізілді.
Дикальций фосфаттан НҮПФ алу
Процесс төменгі реакция бойынша жүреді CaH2PO4+H2SO4=CaSO4 ↓+2H3PO4 CaHPO4+H2SO4→H3PO4+CaSO4↓
Алынған H3PO4-тің құрамында 37-42% P2O5 бар
6H3PO4+5Na2CO3→2Na5P3O10+6H2O
Қорытынды
- Төменгі сапалы Қаратау және Шилісай фосфориттерін екі қышқылмен (H2SO4 және HNO3 ) өңдеу арқылы СaHPO4 және Ca(H2PO4 )2 тұздары алынды. CaHPO4-тен H2SO4 арқылы экстракциялық фосфор қышқылы синтезделді. Оның құрамында 20-30% P2O5 бар және сол фосфор қышқылын құрамындағы қоспалардан тазартқаннан кейін Na2CO3-пен нейтралдап, Na5P3O10 алынды.
- Алынған Na5P3O10 құрамында 57,0% P2O5 бар, рН=8,5
- Ғылыми-зерттеу жұмысы бойынша СaHPO4 +Ca(H2PO4)2, тұздарынан алынған Na5P3O10 МЕСТ талаптарына сәйкес келеді.
ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ
- Продан Е.А., Продан Л.И., Ермоленко Н.Ф.Триполифосфаты и их применение.Минск:Наука и Техника,1969.
- Позин М.Е.Технология минеральных солей –Л : Химия, 1974.
- Патент США №2419147.Способ получения ТНФН. Опубл. 17.06.84.
- Жданов Химия и технология полифосфатов М.:Химия 1979.
- Анарбаев А.А Получение триполифосфата натрия из сульфата натрия //Новости наукиКазахстана. Алматы,1999№3.
- Темір мен алюминий фосфаттарын қышқылдық ортада натрий үшполифосфатын алу барысында тұнбаластыру/Азаев С.Т.Алматы.1994.
- Краткий справочник физико-химических величин под ред. А.А. Равделя и А.М.Пороторевой Л.: Химия-1983
- Анарбаев АА., Сатпаев К.К Исследование кинетических параметров технологии получения каль- цинийрованной соды из натриевых солей.// Наука и образование Южного Казахстана Шымкент. 1997-№7
- Пред патент РК №6368.Способ получения триполифосфата натрия. Опубл.15.07.98.
- А.С.№352835.СССР.Способ получения ТПФН.Опубл.23.11.86.
- Шайдарбекова Ж.К. Натрий үшполифосфатын алу процесінің физика – химиялық негіздері, 1- бөлім. ҚазҰТУ, Алматы, 2003.