способ получения тринатрийфосфата

Формула изобретения

Способ получения тринатрийфосфата из гидроксида натрия и экстракционной фосфорной кислоты, отличающийся тем, что процесс получения ведут путем нейтрализации 30 - 47%-ных растворов гидроксида натрия экстракционной фосфорной кислотой с массовой долей P₂O₅ 37 - 56% в присутствии маточного раствора тринатрийфосфата с массовой долей тринатрийфосфата 6 - 10% при температуре 85 - 95^oC до pH среды 11,5 - 12,5 с фильтрацией реакционной смеси от осажденных примесей при 70 - 80^oC, с последующим охлаждением маточного раствора до температуры 0 - 20^oC, кристаллизацией тринатрийфосфата, отделением целевого продукта фильтрацией или центрифугированием и возвратом маточного раствора тринатрийфосфата в процесс.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии получения неорганических соединений фосфора, а именно к способу получения тринатрийфосфата (ТНФ) из экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК), который находит применение в качестве умягчителя воды, ингибитора солеотложения, компонента моющих средств.

Известен способ получения фосфатов щелочных металлов, в частности тринатрийфосфата, заключающий в нейтрализации оксида, гидроксида или карбоната натрия фосфорной кислотой с массовой долей P₂O₅ 20 - 56% с последующей сушкой реакционной массы в распыленном состоянии горячим воздухом или дымовыми газами при температурах 200 - 450^oC [А.с. ЧССР N 191637, МКИ 23 K 1/175, 1982].

Недостатками способа являются высокие энергетические затраты, а также невозможность использования ЭФК для получения чистого целевого тринатрийфосфата, поскольку при распылительной сушке все примеси, содержащиеся в исходных реагентах, остаются в продукте.

Наиболее широко в промышленном масштабе используются способы получения ТНФ, основанные на ступенчатой или поэтапной нейтрализации ЭФК карбонатом или гидроксидом натрия до pH среды 4 - 9 с осаждением и отделением примесей железа, алюминия и кальция в виде их фосфатов [Заявка ФРГ N 2461064, кл. C 01 B 25/30, 1976; Заявка Японии N 54-103799, кл. 15 G 1, C 01 B 25/30, 1979] .

Основным недостатком этих способов является потеря фосфорной кислоты в виде фосфатов железа, алюминия и кальция.

Указанного недостатка лишен способ получения ТНФ, который отличается от предыдущих тем, что шлам, содержащий фосфаты железа и алюминия, смешивают со щелочью и водорастворимым стеклом, полученную смесь нагревают для перевода шламовых фосфатов в растворимые фосфаты натрия и осаждающиеся гидроокиси железа и алюминия [Патент ФРГ N 2035505, кл. 12 i 25/30, C 01 B 25/30, 1979].

К недостаткам этого способа можно отнести использование в процессе дополнительного реагента - водорастворимого стекла и наличие еще одной, дополнительной стадии фильтрации при отделении раствора фосфата натрия от осажденных примесей.

Наиболее близким по технической сущности является способ получения тринатрийфосфата из шламов, образующихся при нейтрализации неочищенной экстракционной фосфорной кислоты [Патент ФРГ N 1767631, кл. 12 i 25/30, C 01 B 25/30, 1973] . Шламы, содержащие фосфаты железа и алюминия, обрабатывают при нагревании щелочью и силикатами. Осаждающиеся при этом в виде гидроокисей примеси железа и алюминия отфильтровывают. К раствору добавляют раствор гидроксида натрия до мольного соотношения Na₂O:P₂O₅ в пределах 4,0 - 4,5. Образовавшуюся суспензию нагревают при перемешивании до температуры выше 90^oC, затем к смеси добавляют чистую фосфорную кислоту, снижая мольное соотношение Na₂O: P₂O₅ до 2,5 - 3,5. После чего смесь охлаждают и осажденный тринатрийфосфат отделяют фильтрованием, промывают водой и сушат.

Недостатками данного способа являются относительная сложность и многостадийность технологического процесса, связанная по крайней мере с двумя фильтрациями, использованием дополнительных реагентов - чистой фосфорной кислоты и силиката натрия, а также дополнительные энергозатраты, необходимые для нагрева суспензии выше 90^oC.

При создании изобретения ставились следующие задачи:

- упрощение и интенсификация процесса получения ТНФ за счет сокращения числа технологических стадий не менее чем на три;

- снижение содержания примесей в готовом продукте и уменьшение потерь P₂O₅ со шламовыми осадками без использования дополнительных реагентов - силиката натрия и чистой фосфорной кислоты.

Поставленные цели достигаются тем, что процесс получения тринатрийфосфата ведут путем нейтрализации 30 - 47%-ного раствора гидроксида натрия экстракционной фосфорной кислотой с массовой долей P₂O₅ 37 - 56% в присутствии маточного раствора тринатрийфосфата с массовой долей тринатрийфосфата 6 - 10% при температуре 85 - 95^oC до pH среды 11,5 - 12,5 с фильтрацией реакционной смеси от осажденных примесей при 70 - 80^oC, с последующим охлаждением маточного раствора до температуры 0 - 20^oC, кристаллизацией тринатрийфосфата, отделением целевого продукта фильтрацией или центрифугированием и возвратом маточного раствора тринатрийфосфата в процесс.

Выбранный порядок смешения реагентов позволяет отделять примеси железа, алюминия и кальция сразу в виде их гидратированных окисей, а не в виде фосфатов, что сводит к минимуму потери P₂O₅ со шламовыми осадками.

Температурный интервал фильтрации от примесей обусловлен следующими факторами: во-первых, фильтрация при температуре ниже 70^oC технически нецелесообразна, поскольку приводит к преждевременной частичной кристаллизации и потере целевого продукта на фильтре. Во-вторых, именно при 70 - 80^oC наблюдается наиболее полное осаждение примесей железа и алюминия в виде их гидратированных окисей, что подтверждается нашими исследованиями и данными следующей работы [Chemische Technik, 1966, 18, N 7, s. 431 - 432]. Осуществлять фильтрацию при температурах выше 80^oC технически и экономически нецелесообразно.

Преимуществами предлагаемого способа являются:

- интенсификация и упрощение процесса получения за счет сокращения числа технологических стадий как минимум на три: выделение шламов, обработка их щелочью и/или силикатом натрия, нейтрализация щелочного раствора чистой фосфорной кислотой;

- применение экстракционной фосфорной кислоты без использования чистой H₃PO₄ и дополнительных реагентов, в частности силиката натрия;

- минимальные потери P₂O₅ со шламовыми осадками и высокий выход целевого продукта;

- высокая степень очистки продукта от примесей железа, кальция, алюминия и сульфат-иона.

Суть предлагаемого изобретения демонстрируют следующие примеры.

Пример 1.

В реактор, снабженный мешалкой, обратным холодильником, термометром и капельной воронкой, помещают 94,05 г маточного раствора тринатрийфосфата с массовой долей ТНФ 6% и 66,06 г раствора гидроксида натрия с массовой долей NaOH 47%. К этой смеси при постоянном перемешивании прибавляют 47,12 г ЭФК с массовой долей P₂O₅ - 37,7%, Fe - 0,046%, SO₄^2- - 0,012%, Al - 0,037%, Ca - 0,09% со скоростью, обеспечивающей подъем температуры не выше 95^oC до pH раствора 11,5 - 12,5. По окончании дозировки реакционную смесь охлаждают до 70 - 80^oC и фильтруют при этой температуре от осажденных примесей (шлама). Профильтрованный раствор охлаждают до температуры 0 - 20^oC, выпавшие кристаллы тринатрийфосфата отделяют на центрифуге или на фильтре, а полученный маточный раствор возвращают в процесс. Выход тринатрийфосфата составляет 98,7% в пересчете на P₂O₅. Состав ТНФ (массовые доли, %): P₂O₅ - 18,56, Fe - 0,0019, SO₄^2- - 0,0055, Al - 0,0038, Ca - отсутствие.

Пример 2.

Процесс получения тринатрийфосфата проводят по методике, описанной в примере 1, исходя из 96,2 г маточного раствора тринатрийфосфата с массовой долей ТНФ 10%, 66,06 г раствора гидроксида натрия с массовой долей NaOH 47% и 43,6 г ЭФК с массовой долей P₂O₅ - 41,2%, Fe - 0,035%, SO₄^2- - 0,012%, Al - 0,03%, Ca - 0,12%. Выход ТНФ составляет 98,9%. Состав ТНФ (массовые доли, %): P₂O₅ - 18,40, Fe - 0,0009, SO₄^2- - 0,005, Al - 0,006, Ca - отсутствие.

Пример 3.

Процесс получения тринатрийфосфата проводят по методике, описанной в примере 1, исходя из 96,2 г маточного раствора тринатрийфосфата с массовой долей ТНФ 6%, 77,65 г раствора гидроксида натрия с массовой долей NaOH 40% и 31,53 г ЭФК с массовой долей P₂O₅ - 56,3%, Fe - 0,14%, SO₄^2- - 1,8%, Al - 0,6%, Ca - 0,96%. Выход ТНФ составляет 98,3%. Состав ТНФ (массовые доли, %): P₂O₅ - 18,45, Fe - 0,002, SO₄^2- - 0,12, Al - 0,01, Ca - отсутствие.

Пример 4.

Процесс получения тринатрийфосфата проводят по методике, описанной в примере 1, исходя из 54,88 г маточного раствора тринатрийфосфата с массовой долей ТНФ 6%, 103,5 г раствора гидроксида натрия с массовой долей NaOH 30% и 47,12 г ЭФК с массовой долей P₂O₅ - 37,7%, Fe - 0,046%, SO₄^2- - 0,012%, Al - 0,037%, Ca - 0,09%. Выход ТНФ составляет 98,5%. Состав ТНФ (массовые доли, %): P₂O₅ - 18,49, Fe - 0,0017, SO₄^2- - 0,005, Al - 0,006, Ca - отсутствие.

Все полученные образцы тринатрийфосфата полностью соответствуют требованиям и нормам ГОСТ 201-76 Е и ТУ 2148 - 185 - 05763458 - 94.

Из приведенных примеров следует, что предлагаемый способ получения тринатрийфосфата включает в себя на три технологические стадии меньше, чем прототип, исключает использование дополнительных реагентов (силиката натрия и чистой фосфорной кислоты) и характеризуется следующими показателями:

1. степень очистки от железа - до 97%;

2. степень очистки от кальция - до 100%;

3. степень очистки от алюминия - до 96%;

4. степень очистки от сульфат-иона - до 93%;

5. выход целевого продукта - не менее 98,3%.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет на основе экстракционной фосфорной кислоты и гидроксида натрия просто и с высоким выходом получать тринайтрийфосфат, содержащий минимальное количество примесей.