способ получения 0,0-диалкилдитиофосфатов

Формула изобретения

1. Способ получения 0,0-диалкилдитиофосфатов, включающий получение 0,0-диалкилдитиофосфорной кислоты взаимодействием пятисернистого фосфора с алифатическим спиртом в среде растворителя с последующей обработкой щелочью, отличающийся тем, что в качестве растворителя используют 0,0-диалкилдитиофосфорную кислоту в массовом соотношении пятисернистого фосфора и 0,0-диалкилдитиофосфорной кислоты не менее 1:0,2

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве растворителя используют 0,0-диалкилдитиофосфорную кислоту, полученную в предыдущем цикле.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к усовершенствованному способу получения 0,0-диалкилдитиофосфатов, которые находят широкое применение в качестве флотореагентов при обогащении руд цветных, редких и благородных металлов.

Известны способы получения различных 0,0-диалкилдитиофосфатов, включающие взаимодействие пятисернистого фосфора с соответствующим алифатическим спиртом в присутствии органического растворителя (RO №95821, 10.10.88) или в отсутствии растворителя (SU №876701, опубл. 1981), с последующей обработкой образующейся кислоты щелочным агентом: NaOH, КОН, К₂ СО₃, NH₄OH и выделением целевого продукта с использованием различных растворителей.

При этом, использование растворителя на стадии получения кислоты обусловлено необходимостью обеспечения безопасного проведения процесса при загрузке пятисернистого фосфора, так как загрузка последнего в пустой реактор с последующей дозировкой спирта невозможна, а порционная, значит, и продолжительная загрузка пятисернистого фосфора в предварительно заполненный спиртом реактор небезопасна вследствие бурного выделения сероводорода, образующегося в результате реакции, и возможного выброса его и других токсичных газообразных продуктов из узла загрузки в окружающую среду. Кроме того, при этом происходит разложение пятисернистого фосфора влажным атмосферным воздухом.

К недостаткам указанных способов относятся использование растворителей и, как следствие, необходимость их регенерации с образованием отходов производства, а также низкий выход целевого продукта.

Известен также способ получения 0,0-диалкилдитиофосфатов взаимодействием пятисернистого фосфора с алифатическим спиртом с последующей обработкой щелочью, характеризующийся тем, что получение 0,0-диалкилдитиофосфорной кислоты ведут в две ступени: первоначально проводят взаимодействие 15-25 мас.% спирта и 30-35 мас.% пятисернистого фосфора от расчетного количества, поддерживая мольное соотношение пятисернистого фосфора и спирта 1:2,69-5,0 и температуру реакционной смеси не выше 75°С, а затем проводят взаимодействие оставшейся части исходных реагентов в среде реакционной смеси полученной на первой ступени при этой же температуре. При этом на второй ступени в реакционную смесь, полученную на первой ступени, первоначально вводят пятисернистый фосфор, а затем постепенно спирт при указанной температуре (RU 2177947, 10.01.02).

Недостатками данного способа являются экологическая и взрывопожарная опасность и сложность технологического процесса, а также недостаточно высокий выход целевого продукта.

Экологическая и взрывопожарная опасность технологического процесса состоит в том, что на первой ступени при загрузке пятисернистого фосфора в предварительно заполненный спиртом реактор вследствие бурного выделения сероводорода, образующегося в результате реакции, как было указано выше, возможен выброс его и других токсичных и взрывопожароопасных газообразных продуктов реакции из узла загрузки в окружающую среду. Кроме того, происходит частичное разложение пятисернистого фосфора влажным атмосферным воздухом при порционной, а значит, и длительной его загрузке.

Кроме того, двухступенчатый порядок загрузки пятисернистого фосфора приводит к необходимости дополнительной разгерметизации реактора, что увеличивает экологическую и взрывопожарную опасность процесса.

Вследствие неполного протекания реакции пятисернистого фосфора со спиртом при получении 0,0-диалкилдитиофосфорной кислоты по данному способу для отделения не прореагировавшего пятисернистого фосфора от кислоты, дополнительно вводится очистная фильтрация, что также несколько (до 2-3%) снижает выход целевого продукта.

Наличие двухступенчатого порядка загрузки пятисернистого фосфора и дополнительное введение очистной фильтрации усложняет технологический процесс.

Поэтому, несмотря на имеющиеся преимущества данного способа по сравнению с другими, вследствие наличия экологической и взрывопожарной опасности, он не может быть реализован в промышленных масштабах.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является способ получения 0,0-диэтилдитиофосфата натрия, включающий взаимодействие пятисернистого фосфора со спиртом в среде растворителя при 55-60°С с использованием в качестве растворителя смеси керосина и побочных продуктов реакции, выделенных в предыдущем цикле, нейтрализацию продукта реакции водным раствором гидроокиси натрия, фильтрацию и отделение от органического слоя. Получают целевой продукт с выходом 91,3%. Органический слой сушат над хлористым кальцием, выделяют смесь побочных продуктов реакции, которую используют в следующем цикле (PL №53684, опубл.1967).

К недостаткам указанного способа относится сложность технологического процесса, связанная с использованием в качестве растворителя веществ, не участвующих в основных реакциях, что приводит к необходимости его регенерации, увеличению отходов производства, а также к снижению выхода целевого продукта.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является упрощение технологического процесса и повышение выхода целевого продукта.

Указанная задача решается тем, что в способе получения 0,0-диалкилдитиофосфатов, включающем получение 0,0-диалкилдитиофосфорной кислоты взаимодействием пятисернистого фосфора с алифатическим спиртом в среде растворителя с последующей обработкой щелочью, согласно предложенному изобретению в качестве растворителя используют 0,0-диалкилдитиофосфорную кислоту в массовом соотношении пятисернистого фосфора и кислоты не менее 1:0,2. При этом, в качестве растворителя используют 0,0-диалкилдитиофосфорную кислоту, полученную в предыдущем цикле.

Поддержание массового соотношения пятисернистого фосфора и кислоты, используемой в качестве растворителя, в пределах не менее 1:0,2 необходимо для получения гомогенной реакционной массы при загрузке пятисернистого фосфора. Увеличение соотношения пятисернистого фосфора и растворителя (0,0-диалкилдитиофосфорной кислоты) более 1:1,04 нецелесообразно, т.к. приводит к снижению съема целевого продукта с единицы реакционного оборудования.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Получение 0,0-дибутилдитиофосфата натрия

В реактор в качестве растворителя (затравки) загружают 43,61 г 0,0-дибутилдитиофосфорной кислоты, содержащей 95.2% основного вещества (41.52 г в расчете на 100% массу) и 3,3% н-бутилового спирта, и при перемешивании под разрежением 50-100 мм водяного столба в токе азота загружают 79,76 г (0,359 моль) пятисернистого фосфора (массовое соотношение P₂S₅ : кислота = 1,00:0,55).

В процессе загрузки пятисернистого фосфора какого-либо заметного повышения температуры или выделения сероводорода не наблюдается, что подтверждается анализом газовой фазы на присутствие сероводорода с использованием индикаторной ленты, смоченной водным раствором нитрата свинца.

Реакционную смесь перемешивают в течение 10 минут до получения гомогенной массы, затем постепенно при температуре не выше 75°С дозируют операционную массу 143,2 г (1,932 моль) н-бутилового спирта. После загрузки н-бутилового спирта реакционную массу выдерживают при температуре 65-75°С в течение 3 часов и после выдержки проводят отдувку сероводорода подачей азота по барботеру под слой реакционной массы через обратный холодильник, охлаждаемый рассолом (-20°С) и направляют в систему поглощения абгазов водным раствором щелочи.

После охлаждения до 30°С получают 251 г 0,0-дибутилдитиофосфорной кислоты с содержанием основного вещества 82,7%. Аликвотную часть кислоты в количестве 50,21 г (20,0% от полученной массы или 41,52 г в расчете на 100% массу) оставляют в реакторе в качестве растворителя (затравки) для проведения следующего цикла, остальную часть в количестве 200,79 г (80% от полученной массы или 166,10 г в расчете на 100% массу) переносят в другой реактор для получения 0,0-дибутилдитиофосфата натрия.

В реактор, содержащий 200,79 г 0,0-дибутилдитиофосфорной кислоты, дозируют 78,6 г (0,864 моль) 44% раствора гидроокиси натрия при температуре не выше 45°С. После загрузки щелочи реакционную массу выдерживают при температуре 30-45°С в течение часа и получают 279 г целевого продукта (выход 95,5%) с содержанием основного вещества 64,9% и гидроокиси натрия 2,6%.

Пример 2. Получение 0,0-дибутилдитиофосфата натрия

Процесс ведут в условиях примера 1, но при получении 0,0-дибутилдитиофосфорной кислоты, соблюдая приведенный порядок загрузки, загружают следующие количества реагентов: в качестве растворителя (затравки) загружают 50,21 г 0,0-дибутилдитиофосфорной кислоты, полученной в предыдущем цикле (пример 1) и содержащей 82,7% основного вещества (41,52 г в расчете на 100% массу) и 15,3% н-бутилового спирта; 79,76 г (0,359 моль) пятисернистого фосфора (массовое соотношение P ₂S₅ : кислота = 1,00:0,63) и 143,2 г (1,932 моль) н-бутилового спирта.

Получают 259 г 0,0-дибутилдитиофосфорной кислоты с содержанием основного вещества 80,2%.

Часть полученной кислоты в количестве 51,77 г (20,0% от полученной массы или 41,52 г в расчете на 100% массу) оставляют в реакторе в качестве растворителя (затравки) для проведения следующего цикла, остальную часть в количестве 207,23 г (80,0% от полученной массы или 166,28 г в расчете на 100% массу) переносят в другой реактор для получения 0,0-дибутилдитиофосфата натрия.

После добавления 78,4 г (0,862 моль) 44% раствора гидроокиси натрия получают 285 г целевого продукта (выход 95,6%) с содержанием основного вещества 63,6% и гидроокиси натрия 2,5%.

Пример 3. Получение 0,0-дибутилдитиофосфата натрия

Процесс проводят в условиях примера 1, но при получении 0,0-дибутилдитиофосфорной кислоты, соблюдая приведенный порядок загрузки, загружают следующие количества реагентов: в качестве растворителя (затравки) загружают 26,42 г 0,0-дибутилдитиофосфорной кислоты, полученной в предыдущем цикле, содержащей 78,5% основного вещества (20,74 г в расчете на 100% массу) и 20,0% н-бутилового спирта; 89,73 г (0,404 моль) пятисернистого фосфора (массовое соотношение P₂S₅ : кислота = 1,00:0,29) и 161,1 г (2,173 моль) н-бутилового спирта.

Получают 260,5 г раствора 0,0-дибутилдитиофосфорной кислоты с содержанием основного вещества 79,6%.

Аликвотную часть кислоты в количестве 26,0 г (10,0% от полученной массы или 20,74 г в расчете на 100% массу) оставляют в реакторе в качестве растворителя (затравки) для проведения следующего цикла, остальную часть в количестве 234,44 г (90,0% от полученной массы или 186,67 г в расчете на 100% массу) переносят в другой реактор для получения 0,0-дибутилдитиофосфата натрия.

После добавления 95,47 г (1,05 моль) 44% раствора гидроокиси натрия получают 330 г целевого продукта (выход 95,4%) с содержанием основного вещества 61,7% и гидроокиси натрия 3,4%.

Пример 4. Получение 0,0-дибутилдитиофосфата натрия

Процесс проводят в условиях примера 1, но загружают поочередно: в качестве растворителя (затравки) загружают 79,59 г 0,0-дибутилдитиофосфорной кислоты, полученной в предыдущем цикле и содержащей 78,5% основного вещества (62,48 г в расчете на 100% массу) и 20,0% н-бутилового спирта; 69,79 г (0,314 моль) пятисернистого фосфора (массовое соотношение P₂S₅ : кислота = 1,00:1,04) и 125,30 г (1,690 моль) н-бутилового спирта.

Получают 258 г раствора 0,0-дибутилдитиофосфорной кислоты с содержанием основного вещества 80,7%.

Аликвотную часть кислоты в количестве 77,42 г (30,0% от полученной массы или 62,48 г в расчете на 100% массу) оставляют в реакторе в качестве растворителя (затравки) для проведения следующего цикла, остальную часть в количестве 180,58 г (70,0% от полученной массы или 145,79 г в расчете на 100% массу) переносят в другой реактор для получения 0,0-дибутилдитиофосфата натрия.

После добавления 69 г (0,759 моль) 44% раствора гидроокиси натрия получают 249 г целевого продукта (выход 95,8%) с содержанием основного вещества 63,9% и гидроокиси натрия 2,5%.

Пример 5. Получение 0,0-дибутилдитиофосфата натрия

Процесс проводят в условиях примера 1, но загружают поочередно: в качестве растворителя (затравки) загружают 93,08 г 0,0-дибутилдитиофосфорной кислоты, полученной в предыдущем цикле и содержащей 78,5% основного вещества (73,07 г в расчете на 100% массу) и 20,0% н-бутилового спирта; 64,80 г (0,291 моль) пятисернистого фосфора (массовое соотношение P₂S₅ : кислота = 1,00:1,44) и 116,34 г (1,570 моль) н-бутилового спирта.

Получают 259 г раствора 0,0-дибутилдитиофосфорной кислоты с содержанием основного вещества 80,6%.

Аликвотную часть кислоты в количестве 90,66 г (35,0% от полученной массы или 73,07 г в расчете на 100% массу) оставляют в реакторе в качестве растворителя (затравки) для проведения следующего цикла, остальную часть в количестве 168,34 г (65,0% от полученной массы или 135,69 г в расчете на 100% массу) переносят в другой реактор для получения 0,0-дибутилдитиофосфата натрия.

После добавления 64,8 г (0,712 моль) 44% раствора гидроокиси натрия получают 233 г целевого продукта (выход 96,0%) с содержанием основного вещества 63,5% и гидроокиси натрия 2,6%.

Пример 6. Получение 0,0-диэтилдитиофосфата натрия

Процесс проводят в условиях примера 1, но загружают поочередно: в качестве растворителя (затравки) загружают 40,19 г 0,0-диэтилдитиофосфорной кислоты, полученной в предыдущем цикле и содержащей 80,5% основного вещества (32,35 г в расчете на 100% массу) и 18,0% этилового спирта; 79,76 г (0,359 моль) пятисернистого фосфора (массовое соотношение P ₂S₅ : кислота = 1,00:0,50) и 96,8 г (2,101 моль) безводного этилового спирта.

Получают 194 г раствора 0,0-диэтилдитиофосфорной кислоты с содержанием основного вещества 83,4%.

Аликвотную часть кислоты в количестве 38,79 г (20,0% от полученной массы или 32,35 г в расчете на 100% массу) оставляют в реакторе в качестве растворителя (затравки) для проведения следующего цикла, остальную часть в количестве 155,21 г (80,0% от полученной массы или 129,38 г в расчете на 100% массу) переносят в другой реактор для получения 0,0-диэтилдитиофосфата натрия.

После добавления 79,3 г (0,872 моль) 44% раствора гидроокиси натрия получают 234,5 г целевого продукта (выход 96,8%) с содержанием основного вещества 61,7% и гидроокиси натрия 3,0%.

Пример 7. Получение 0,0-диэтилдитиофосфата натрия

Процесс проводят в условиях примера 1, но загружают поочередно: в качестве растворителя (затравки) загружают 70,47 г 0,0-дибутилдитиофосфорной кислоты, полученной в предыдущем цикле и содержащей 80,5% основного вещества (56,73 г в расчете на 100% массу) и 18,0% этилового спирта; 64,80 г (0,291 моль) пятисернистого фосфора (массовое соотношение P ₂S₅ : кислота = 1,00:1,09) и 78,6 г (1,706 моль) безводного этилового спирта.

Получают 197,5 г 0,0-дибутилдитиофосфорной кислоты с содержанием основного вещества 82,1%.

Аликвотную часть кислоты в количестве 69,10 г (35,0% от полученной массы или 56,73 г в расчете на 100% массу) оставляют в реакторе в качестве растворителя (затравки) для проведения следующего цикла, остальную часть в количестве 128,4 г (65,0% от полученной массы или 105,33 г в расчете на 100% массу) переносят в другой реактор для получения 0,0-диэтилдитиофосфата натрия.

После добавления 63,2 г (0,695 моль) 44% раствора гидроокиси натрия получают 191,6 г целевого продукта (выход 97,0%) с содержанием основного вещества 61,4% и гидроокиси натрия 2,7%.

Пример 8. Получение 0,0-диизобутилдитиофосфата натрия

Процесс проводят в условиях примера 1, но загружают поочередно: в качестве растворителя (затравки) 26,25 г 0,0-диизобутилдитиофосфорной кислоты, полученной в предыдущем цикле и содержащей 79,5% основного вещества (20,87 г в расчете на 100% массу) и 19,0% изобутилового спирта; 89,73 г (0,404 моль) пятисернистого фосфора (массовое соотношение P₂S₅ : кислота = 1,00:0,29) и 116,1 г (2,173 моль) изобутилового спирта.

Получают 261,0 г 0,0-дибутилдитиофосфорной кислоты с содержанием основного вещества 80,0%.

Аликвотную часть кислоты в количестве 26,09 г (10,0% от полученной массы или 20,87 г в расчете на 100% массу) оставляют в реакторе в качестве растворителя (затравки) для проведения следующего цикла, остальную часть в количестве 234,91 г (90,0% от полученной массы или 187,84 г в расчете на 100% массу) переносят в другой реактор для получения 0,0-диизобутилдитиофосфата натрия.

После добавления 89,54 г (0,985 моль) 44% раствора гидроокиси натрия получают 324,5 г целевого продукта (выход 96,0%) с содержанием основного вещества 63,1% и гидроокиси натрия 2,6%.

Пример 9. Получение 0,0-диизобутилдитиофосфата натрия

Процесс проводят в условиях примера 1, но загружают поочередно: в качестве растворителя (затравки) 92,48 г 0,0-диизобутилдитиофосфорной кислоты, полученной в предыдущем цикле и содержащей 79,5% основного вещества (73,52 г в расчете на 100% массу) и 19,0% изобутилового спирта; 64,80 г (0,291 моль) пятисернистого фосфора (массовое соотношение P₂S₅ : кислота = 1,00:1,43), и 116,34 г (1,570 моль) изобутилового спирта.

Получают 258 г раствора 0,0-диизобутилдитиофосфорной кислоты с содержанием основного вещества 81,4%.

Аликвотную часть кислоты в количестве 90,32 г (35,0% от полученной массы или 73,52 г в расчете на 100% массу) оставляют в реакторе в качестве растворителя (затравки) для проведения следующего цикла, остальную часть в количестве 167,68 г (65,0% от полученной массы или 136,50 г в расчете на 100% массу) переносят в другой реактор для получения 0,0-диизобутилдитиофосфата натрия.

После добавления 65,3 г (0,718 моль) 44% раствора гидроокиси натрия получают 233 г целевого продукта (выход 96,6%) с содержанием основного вещества 63,9% и гидроокиси натрия 2,7%.

Пример 10. Получение 0,0-дибутилдитиофосфата калия

Процесс проводят в условиях примера 3, но вместо гидроокиси натрия загружают 107,42 г (0,952) 50%-ного раствора гидроокиси калия. Получают 341 г целевого продукта (выход 95,6%) с содержанием основного вещества 63,5% и гидроокиси калия 3,0%.

Пример 11. Получение 0,0-диэтилдитиофосфата калия

Процесс проводят в условиях примера 6, но вместо гидроокиси натрия загружают 92,12 г (0,821 моль) 50%-ного раствора гидроокиси калия. Получают 247 г целевого продукта (выход 97,0%) с содержанием основного вещества 63,2% и гидроокиси калия 2,8%.

Для лучшего понимания сущности изобретения данные по приведенным примерам представлены в таблице 1.

В примере 1 приведено получение целевого продукта с использованием в качестве растворителя 0,0-диалкилдитиофосфорной кислоты, которая была взята со стороны. В примере 2 в качестве растворителя использована кислота, полученная в предыдущем цикле (в примере 1) в количестве 20% от полученного в этом цикле и такое же количество кислоты передано в качестве растворителя в следующий цикл.

В примерах 3-11 с целью сокращения их количества предыдущий и последующий циклы не приведены.

Из данных, приведенных в таблице 1, видно, что при увеличении количества кислоты, загруженной в качестве растворителя, например, с 10,0 до 35,0% (примеры 3-5) от полученного количества кислоты в предыдущем цикле, которое практически не меняется при условии возврата этого же количества кислоты в качестве растворителя в следующий цикл, съем целевого продукта с одного цикла уменьшается с 203,61 до 147,95 г (в пересчете на 100%-ную массу) или на 27,3%, т.е. примерно на такую же величину (35,0-10,0=25%). Выход же целевого продукта при этом практически не меняется и составляет 95,4-96%.

Поэтому с целью повышения съема целевого продукта с единицы реакционного оборудования загрузку кислоты, используемой в качестве растворителя, необходимо проводить в минимальных количествах в пределах 10-30% от полученной массы кислоты в предыдущем цикле, что соответствует массовому соотношению P₂S₅ : кислота = 1:0,29-1,04.

Анализ примеров, иллюстрирующих изобретение, показывает, что реализация предложенного способа позволяет повысить выход целевого продукта до 96,8-97,0 (примеры 6, 7) или на 5,5-5,7% (выход по прототипу 91,3%), а также упростить технологический процесс за счет исключения из технологического процесса использования в качестве растворителя дополнительных веществ, не участвующих в данном процессе, и связанную с этим регенерацию растворителя, а также снизить отходы производства При этом полностью исключается газовыделение сероводорода и других токсичных продуктов при загрузке пятисернистого фосфора, что дополнительно повышает экологичность и безопасность технологического процесса.

Таблица 1
№ примера	Наименование получаемого продукта	Загружено	Получено
		0,0-диалкилдитиофосфорная кислота в качестве растворителя, в г, в пересчете на 100%	Массовая доля кислоты (100%) от полученной в предыдущем цикле, в %	P2S 5, в г	Массовое соотношение P2S 5: кислота техн. (растворитель	Спирт, в г.	0,0-диалкилдитиофосфорная к-та, в г, в пересчете на 100%	Кислота переданная	Целевой продукт, в г, в пересчете на 100%	Выход целевого продукта, в % (в пересчете на P2S5)
								в качестве растворителя на следующий цикл	на получение целевого продукта
								в г, в пересчете на 100%	% от полученного в данном цикле	в г, в пересчете на 100%	%, от полученного в данном цикле
1	0,0 дибутилдитиофосфат натрия	41,52		79,76	1:0,55	143,2	207,62	41,52	20,0	166,10	80,0	181,07	95,5
2	-	41,52	20,0	79,76	1:0,63	143,2	207,80	41,52	20,0	166,28	80,0	181,36	95,6
3	-	20,74	10,0	89,73	1:0,29	161,1	207,41	20,74	10,0	186,67	90,0	203,61	95,4
4	-	62,48	30,0	69,79	1:1,04	125,3	208,27	62,48	30,0	145,79	70,0	159,11	95,8
5	-	73,07	35,0	64,80	1:1,44	116,34	208,76	73,07	35,0	135,69	65,0	147,95	96,0
6	0,0 диэтилдитиофосфат натрия	32,35	20,0	79,76	1:0,50	96,8	161,73	32,35	20,0	129,38	80,0	144,69	96,8
7	-	56,73	35,0	64,80	1:1,09	78,6	162,06	56,73	35,0	105,33	65,0	117,64	97,0
8	0,0 диизобутилдитифосфат натрия	20,87	10,0	89,73	1:0,29	161,1	208,71	20,87	10,0	187,84	90,0	204,76	96,0
9	-	73,52	35,0	64,80	1:1,43	116,34	210,02	73,52	35,0	136,50	65,0	148,89	96,6
10	0,0 дибутил дитиофосфат калия	20,74	10,0	89,73	1:0,29	161,1	207,80	20,74	10,0	197,06	90,0	216,46	95,6
11	0,0 диэтилдитиофофат калия	32,35	20,0	79,76	1:0,50	96,8	162,00	32,35	20,0	129,65	80,0	97,0	156,1 7