низкотемпературный способ получения вольфрамата натрия

Формула изобретения

Низкотемпературный способ получения вольфрамата натрия, включающий фильтрацию раствора, упаривание до начала кристаллизации с последующим охлаждением и отсасывание полученных кристаллов на воронке Бюхнера и сушкой, отличающийся тем, что металлический вольфрам в виде проволоки диаметром 0,2-0,8 мм, которая одновременно является анодом, гальванически растворяют в 30-70%-ном растворе гидроксида натрия квалификации о.с.ч., при этом сила постоянного тока, проходящего через раствор, составляет 0,5-15 А, а плотность тока на аноде 1А/мм²-1А/30 мм², одновременно с постоянным током, через раствор пропускают переменный ток, сила которого составляет 5-70 мА, а частота 0,1-1 кГц, в качестве катода могут быть использованы пластины из нержавеющей стали или графита, электроды, подсоединяемые к источнику переменного тока, должны быть сделаны только из графита, процесс растворения проводят при температуре 20-40С до насыщения раствора вольфраматом натрия и прекращают после выпадения нерастворимого осадка, а после фильтрации раствора и упаривании фильтрата до начала кристаллизации с последующим охлаждением до температуры 0-5С.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам получения химических соединений, в частности к способам получения вольфрамата натрия при обычных температурах 15-25^oС. Данный способ может быть использован для быстрого и масштабного получения вольфрамата натрия Na₂WО₄ без использования дорогостоящего оборудования и больших энергозатрат.

Данный способ получения вольфрамата натрия может найти применение в химической промышленности, в низкотемпературной окислительной делигнификации древесины.

Основным предназначением данного способа является получение вольфрамата натрия для синтеза гетерополисоединений, которые используются в химической и других отраслях промышленности, а также при переработке вольфрамовых концентратов и производстве пигментов.

Известен способ получения вольфрамата натрия (заявка 98100306/12 от 10.01.2000). Сущность способа заключается в получении вольфрамата натрия путем реакции окисления скрапа твердого сплава и/или тяжелых металлов в соляном расплаве, отличающийся по п.1 тем, что реакцию осуществляют в расплаве, находящемся в движении.

По п. 1 или 2 тем, что реакцию проводят в работающей периодически вращающейся трубчатой печи с прямым нагревом.

По любому из пп.1-3 тем, что в расплав вдувают воздух.

По любому из пп.1-4 тем, что реакцию осуществляют при температурах от 800 до 1100^oС.

По любому из пп.1-5 тем, что реакцию проводят при 5-20%-ном избытке щелочных компонентов.

Главной особенностью данного способа получения вольфрамата натрия является то, что данный процесс идет при высокой температуре и не требует специальных условий для его проведения, включая и энергетические затраты.

Наиболее близким по своей сущности к изобретению является способ получения вольфрамата натрия путем растворения вольфрамовой кислоты в растворе гидроокиси натрия

H₂WO₄+2NaOH=Na₂WO₄+2H₂O

("Чистые химические вещества", Москва, "Химия", 1994 г., Ю.В.Ангелов, И. И. Карякин). Сущность способа заключается в том, что в 20%-ный раствор NaOH вносят избыток H₂WO₄ и нагревают при перемешивании 4 ч. Смесь оставляют на 2-3 дня в теплом месте (30-40^oС), изредка перемешивая. Затем раствор фильтруют через воронку со стеклянным фильтром, фильтрат упаривают до начала кристаллизации и охлаждают льдом. Выпавшие кристаллы отсасывают на воронке Бюхнера и сушат между листами фильтровальной бумаги.

Полученный препарат обычно соответствует квалификации ч. Маточный раствор при упаривании дает еще значительное количество менее чистого препарата.

Описанный способ удобно использовать для получения вольфрамата натрия в лабораторном масштабе, но для промышленного получения данный способ достаточно трудоемкий, так как имеет большое количество технологических операций. Кроме того, чистота получаемого реактива не достаточна для получения ряда гетерополисоединений.

Техническая задача заключается в получении вольфрамата натрия с небольшими энергозатратами, в уменьшении числа технологических операций и получении химического препарата, который соответствует квалификации о.с.ч.

Результат достигается за счет анодного растворения проволоки металлического вольфрама в растворе гидроксида натрия при одновременном пропускании переменного тока через рабочий раствор.

Способ выполняется следующим образом. Сначала приготавливают 30-70 процентный водный раствор гидроксида натрия. Чистота гидроксида натрия должна соответствовать квалификации о.с.ч. Если раствор приготавливают из сухого NaOH, то растворение производят только в дистиллированной воде. Далее в раствор опускают две пары электродов, присоединенных к гальванически развязанным источникам постоянного и переменного тока.

К источнику постоянного тока подсоединяют в качестве анода вольфрамовую проволоку диаметром 0,2-0,8 мм, которую по мере ее растворения погружают в рабочий раствор. В качестве катода могут быть использованы пластины из нержавеющей стали или графита. Электроды, подсоединяемые к источнику переменного тока, должны быть сделаны из графита. Их габаритные размеры и габаритные размеры катода зависят от объема рабочего раствора.

Через раствор одновременно пропускают постоянный и переменный электрический ток. Сила постоянного тока лежит в интервале 0,5-15 А, а плотность тока на аноде, которым служит вольфрамовая проволока i - 1А/мм²-1А/30 мм². Сила переменного тока находится в интервале от 5-70 мА и частоте 0,1-1 кГц. Процесс проводят при температуре 20-40^oС. Количество растворенной проволоки контролируют амперметром, включенным последовательно в цепь постоянного тока. Процесс проводят до насыщения раствора вольфраматом натрия и прекращают после выпадения нерастворимого осадка.

Процесс синтеза можно выразить следующим уравнением реакции:

W+2NaOH+2H₂O-->Na₂WO₄+3H₂

Далее, как и в способе взятом за прототип, раствор фильтруют через воронку со стеклянным фильтром, фильтрат упаривают до начала кристаллизации и охлаждают до температуры 0-5^oС. Выпавшие кристаллы отсасывают на воронке Бюхнера и высушивают.

Пример

В стеклянной гальванической ванне емкостью 1 литр приготовили 40% водный раствор гидроксида натрия растворением сухого NaOH в дистиллированной воде. Чистота реактива NaOH соответствует классификации о.с.ч. Емкость с приготовленным раствором гидроксида натрия поместили в термостат и стабилизировали температуру до 27^oС, после чего в емкость опустили две пары электродов. Одна пара электродов для цепи постоянного тока, а другая для цепи переменного. В качестве анода в цепи постоянного тока была взята вольфрамовая проволока диаметром 0,5 мм, в качестве катода использовалась графитовая пластина. Для цепи переменного тока были также выбраны графитовые пластины. Габаритные размеры графитовых пластин составляли 40Х10Х2 мм. Пластины были погружены в раствор на 35 мм. В качестве источника постоянного тока был взят прибор Б5-46 а в качестве источника переменного тока использовался генератор сигналов низкой частоты ГЗ-118. Последовательно в цепь источника постоянного тока был включен амперметр для контроля за изменением тока. После сборки всего устройства Б5-46 и ГЗ-118 были включены. Переменный ток автоматически стабилизовался в генераторе сигналов низкой частоты ГЗ-118.

Вольфрамовую проволоку постоянно поддерживали опущенной в раствор на 12 мм. Силу постоянного тока поддерживали на уровне одного ампера. Плотность тока на катоде определяли по формуле i=I/dh=1/3,140,512=1A/18,84 мм². Сила переменного тока составила 10 мА при частоте 500 Гц.

По мере растворения вольфрамовой проволоки в гидроксиде натрия раствор насыщался. После того как на дне емкости начал выпадать нерастворимый осадок, процесс прекратили.

Далее, раствор отфильтровали через воронку со стеклянным фильтром, а фильтрат упарили до начала кристаллизации и охладили холодным воздухом до температуры 2^oС. Выпавшие кристаллы отсосали на воронке Бюхнера и высушили.

Полученную соль проанализировали химическим методами и на рентгено-фотоэлектронном спектрометре (X-RAY). Полученное вышеописанным способом вещество соответствует по составу химической формуле Na₂WO₄ и по чистоте квалификации о.с.ч.