способ получения антисептика типа хром-медь-мышьяк для пропитки древесины

Формула изобретения

Способ получения антисептика типа хром-медь-мышьяк для пропитки древесины, включающий приготовление маточного раствора мышьяковой кислоты и последующее добавление в него соединений хрома (VI), меди (II) и воды до получения необходимого соотношения мышьяк:хром:медь, отличающийся тем, что маточный раствор мышьяковой кислоты получают взаимодействием оксида мышьяка (III) или металлического мышьяка с 30-32%-ной азотной кислотой при соотношении твердое:жидкое = 1:(2,0-3,0) и постепенном повышении температуры от 70-75 до 95-100°С, а соединения хрома (VI) и/или меди (II) и воду добавляют в маточный раствор непосредственно перед использованием до получения необходимого соотношения мышьяк:хром:медь = 1,0:0,6-1,0:0,3-0,8.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химической промышленности, в частности к области получения антисептических составов типа хром-медь-мышьяк (chromated-copper-arsenate) для защиты древесины и изделий из нее от гниения и разрушения термитами, грибами, насекомыми.

Известен способ получения антисептика типа хром-медь-мышьяк для пропитки древесины, включающий выщелачивание медно-мышьяковых кеков раствором серной кислоты при нагревании и массовом соотношении серной кислоты к меди (1,53-1,54):1, охлаждение полученного раствора до 0-80°С, выделение медьсодержащего продукта и упаривание мышьяксодержащего маточного раствора до концентрации мышьяка 600-800 г/л с последующим использованием его для приготовления антисептического состава (а.с. СССР №1696535, МКл. С 22 В 3/08, 1991 год).

Основным недостатком известного способа является высокое содержание свободной серной кислоты в антисептике, что влияет на коррозионную стойкость тары. Продукт получают в виде пасты, что затрудняет дозировку при подготовке к использованию. Консистенция и концентрация компонентов полученного продукта, близкая к насыщению, не позволяет регулировать и корректировать состав пасты в зависимости от конкретных требований по использованию.

Наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемого технического решения является способ получения антисептика типа хром-медь-мышьяк для пропитки древесины, в котором осуществляют предварительное водное выщелачивание медно-мышьяковых кеков при соотношении твердого к жидкому, равном 1:(2-5), после чего обработку медно-мышьяковых кеков серной кислотой ведут при соотношении меди к серной кислоте, равном 1:(1,0-1,52), после фильтрациии и упаривания растворов выделяют избыток меди кристаллизацией при температуре 5-30°С, а затем к маточному раствору с соотношением мышьяка к меди, равным 1:(0,01:0,2) добавляют соединения шестивалентного хрома и двухвалентной меди до соотношения мышьяка к хрому и меди в продукте, равного 1:(0,6-1,5):(0,3-0,8) (патент РФ №2148493, В 27 К 3/28, 2000 год).

Основным недостатком прототипа также является невозможность получить антисептик без свободной серной кислоты, содержание которой составляет 50 кг/м³. Это может привести к нарушению герметичности тары при транспортировке и хранении из-за коррозии и вызвать негативные экологические последствия. Кроме того, продукт получают в виде пасты, что затрудняет его фасовку. Помимо этого, получение антисептика с 10-12% концентрацией мышьяка приводит к необходимости использовать не 2%, а 4-5% растворы антисептика для пропитки древесины по ТУ 2157-368-107-98 и ТУ 48-0318-053-88, а это приводит к дальнейшему повышению концентрации серной кислоты в растворе антисептика, увеличивая износ оборудования и расход антисептика.

Таким образом, перед авторами стояла задача разработать способ получения антисептика типа хром-медь-мышьяк более экологически безопасный и позволяющий проводить обработку деревянных изделий различного назначения, выполненных из различных пород дерева.

Поставленная задача решена в способе получения антисептика типа хром-медь-мышьяк для пропитки древесины, включающем приготовление маточного раствора мышьяковой кислоты и последующее добавление в него соединений хрома (VI), меди (II) и воды до получения необходимого соотношения мышьяк:хром:медь, в котором маточный раствор мышьяковой кислоты получают взаимодействием оксида мышьяка (III) или металлического мышьяка с 30-32%-ной азотной кислотой при соотношении твердое:жидкое = 1:(2,0-3,0) и постепенном повышении температуры от 70-75°С до 95-100°С, а соединения хрома (VI) и/или меди (II) и воду добавляют в маточный раствор непосредственно перед использованием до получения необходимого соотношения мышьяк:хром:медь = 1:0,6-1,0:0,3-0,8.

В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известен способ получения антисептика типа для пропитки древесины, в котором в качестве исходного соединения используют оксид мышьяка (III) или металлический мышьяк, а соединения хрома (VI) и меди (II) добавляют непосредственно перед использованием.

В известном способе в качестве исходного для получения антисептика типа мышьяк:хром:медь используют медно-мышьяковые кеки. Это, с одной стороны, позволяет утилизировать отходы производства меди, но, с другой стороны, сдерживает производство высокоэффективного антисептика, каким является антисептик типа мышьяк:хром:медь, объемами образующихся отходов медных комбинатов. Кроме того, обработка кеков предусматривает обязательное сернокислотное выщелачивание и, как следствие, обязательное присутствие свободной серной кислоты в растворе антисептика, что отрицательно влияет на его свойства. Существенная кислотность антисептика требует коррозионно-стойкой тары при транспортировке и хранении антисептика и делает эти операции экологически опасными. Авторами предлагается в качестве исходного использовать металлический мышьяк или оксид мышьяка, что позволяет расширить сырьевую базу для производства антисептика типа мышьяк:хром:медь и избавиться от свободной серной кислоты в его составе.

Заявляемый интервал соотношения твердого к жидкому объясняется следующими причинами. Если соотношение будет больше, чем 1:3,0; неоправданно увеличивается расход азотной кислоты и затраты на ее улавливание. При соотношении меньше, чем 1:2,0; происходит неполное окисление мышьяка. Заявленный интервал концентрации азотной кислоты и начальная температура обработки предотвращают потери растворов из-за вспенивания и выделения оксидов азота. Проведение обработки при постепенном повышении температуры от 70-75°С до 95-100°С обеспечивает полное окисление мышьяка и полную отгонку образующихся оксидов азота.

Известный способ (прототип) изначально не позволяет получать всю необходимую для обработки изделий из древесины различных сортов и назначения линейку соотношений мышьяк:хром:медь, как в "солевом", так и в "бессолевом" варианте. В частности, в "солевом" варианте нельзя получить пасту с 20%-ным содержанием мышьяка и соотношением мышьяка к хрому и меди, равном 1:(0,18-1,2):(0,3-0,6), по ТУ 48-0318-053-88 или ТУ 2157-368-107-98. Кроме того, отсутствует возможность на месте использования менять состав раствора антисептика по соотношению компонентов в необходимую сторону в зависимости от нужд потребителя.

Предлагаемый способ позволяет менять диапазон соотношения компонентов антисептика в широких пределах в зависимости от назначения изделий, меняющихся требований к защите, породы и состояния древесины, оптимизировать время пропитки, не увеличивая многократно концентрацию компонентов антисептика. Предлагаемый способ позволяет получить мышьяковую компоненту антисептика с содержанием мышьяка от 16,4 до 30%. Поставка антисептика в виде двух- или трехупаковочном составе компонентов дает возможность потребителю более гибко и экономно подходить к использованию антисептика, достигать максимального защитного эффекта наиболее оптимальным способом. Кроме того, поскольку поглощение компонентов антисептика может идти неравномерно, то по мере использования концентрация мышьяка, хрома и меди меняется по-разному. Добавление антисептика, полученного известным способом, приведет к нарушению соотношения компонентов, предусмотренного технологическими условиями. Обедненный раствор в этом случае необходимо направлять на утилизацию и захоронение. В предлагаемом способе существует возможность добавления расходуемых компонентов в нужной пропорции с восстановлением исходного соотношения. Тем самым уменьшается расход антисептика. Поставка к месту использования расфасованного в полимерную тару мышьяксодержащего раствора предотвращает разгерметизацию тары из-за коррозии и загрязнение вследствие этого окружающей среды. Кроме того, предлагаемый способ позволяет формировать поставки антисептика потребителю отдельными упаковками в расчете на используемый объем камеры обработки древесины без дозировки на месте использования, что улучшает условия труда работающих на пропитке древесины.

Предлагаемый способ может быть осуществлен следующим образом.

Оксид мышьяка (III) или мышьяк металлический загружают в предварительно нагретый до 70-75°С 30-32% раствор азотной кислоты при массовом соотношении твердого к жидкому, равном 1:(2,0-3,0), и перемешивают в течение 5-6 часов, затем повышают температуру до 95-100°С и выдерживают раствор при этой температуре и перемешивании в течение 5-6 часов. После этого раствор охлаждают и фильтруют. Получают маточный раствор, готовый к транспортировке или хранению. Для получения двухкомпонентного промежуточного состава в маточный раствор могут быть введены соединения хрома (VI). Для получения антисептика типа мышьяк:хром:медь в комплект входит соединение меди (II), которое вводят непосредственно перед использованием антисептика. Возможна поставка в виде трехупаковочного состава компонентов, например, маточного раствора, медного купороса и хромового ангидрида, расфасованных в соответствующую тару из расчета приготовления 5-10 м³ (или более) рабочего раствора антисептика с соотношением компонентов по ТУ или рецептуре потребителя.

Предлагаемый способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. В реактор, снабженный механической мешалкой, загружают 0,4 м³ азотной кислоты с концентрацией 32%, нагревают ее до 70°С, затем при перемешивании вносят 0,2 т оксида мышьяка (III), при этом получают соотношение твердое:жидкое, равное 1:2. Процесс ведут при механическом перемешивании в течение 5 часов и температуре 70°С. Затем температуру в реакторе повышают до 95°С и выдерживают раствор при этой температуре и перемешивании в течение 5 часов. После чего раствор охлаждают и фильтруют. Полученный маточный раствор с содержанием мышьяка 26% фасуют в полиэтиленовые емкости вместимостью 20 л. Партию маточного раствора комплектуют 169 кг хромового ангидрида и 206 кг медного купороса для получения трехупаковочного антисептика УЛТАН. Непосредственно перед использованием разводят все компоненты антисептика в выбранном объеме воды и получают пропиточный раствор антисептика состава As:Cr:Cu=1:0,6:0,3, что соответствует ТУ 48-0318-053-88 и ТУ 2157-368-107-98.

Пример 2. В реактор, снабженный механической мешалкой, загружают 0,6 м³ азотной кислоты с концентрацией 30%, нагревают ее до 75°С, затем при перемешивании вносят 0,2 т оксида мышьяка (III), при этом получают соотношение твердое:жидкое, равное 1:3. Процесс ведут при механическом перемешивании в течение 5 часов и температуре 75°С. Затем температуру в реакторе повышают до 100°С и выдерживают раствор при этой температуре и перемешивании в течение 5 часов. После чего раствор охлаждают и фильтруют. Полученный маточный раствор с содержанием мышьяка 26% направляют на узел дозировки соединений хрома (VI). На узле фасовки маточный раствор загружают в реактор и растворяют 169 кг хромового ангидрида, после чего фасуют в полиэтиленовую тару, вместимостью 20 л.

Партию маточного раствора, содержащую хром (VI) комплектуют 206 кг медного купороса для получения двухупаковочного антисептика УЛТАН. Непосредственно перед использованием разводят все компоненты антисептика в выбранном объеме воды и получают пропиточный раствор антисептика состава As:Cr:Cu=1:0,6:0,3, что соответствует ТУ 48-0318-053-88 и ТУ 2157-368-107-98.

Пример 3. В реактор, снабженный механической мешалкой, загружают 0,4 м³ азотной кислоты с концентрацией 32%, нагревают ее до 75°С, затем при перемешивании вносят 0,15 т мышьяка, при этом получают соотношение твердое:жидкое, равное 1:2,66. Процесс ведут при механическом перемешивании в течение 5 часов и температуре 75°С. Затем температуру в реакторе повышают до 100°С выдерживают раствор при этой температуре и перемешивании в течение 5 часов. После чего раствор охлаждают и фильтруют. Полученный маточный раствор с содержанием мышьяка 26% фасуют в полиэтиленовые емкости вместимостью 20 л. Партию маточного раствора комплектуют 415 кг калия двухромовокислого и 550 кг медного купороса для получения трехупаковочного антисептика УЛТАН. Непосредственно перед использованием разводят все компоненты антисептика в выбранном объеме воды и получают пропиточный раствор антисептика состава As:Cr:Cu=1:1:0,8, что соответствует солевому варианту антисептика по ТУ 48-0318-053-88 и ТУ 2157-368-107-98.

Пример 4. В реактор, снабженный механической мешалкой, загружают 0,4 м³ азотной кислоты с концентрацией 32%, нагревают ее до 75°С, затем при перемешивании вносят 0,2 т оксида мышьяка (III), при этом получают соотношение твердое:жидкое, равное 1:2. Процесс ведут при механическом перемешивании в течение 5 часов и температуре 75°С. Затем температуру в реакторе повышают до 100°С и выдерживают раствор при этой температуре и перемешивании в течение 5 часов. После чего раствор охлаждают и фильтруют. Полученный маточный раствор с содержанием мышьяка 26% направляют на узел дозировки соединений хрома (VI). На узле фасовки маточный раствор загружают в реактор и растворяют 415 кг калия двухромовокислого, после чего фасуют в полиэтиленовую тару вместимостью 20 л.

Партию маточного раствора, содержащую хром (VI), комплектуют 550 кг медного купороса для получения двухупаковочного антисептика УЛТАН. Непосредственно перед использованием разводят все компоненты антисептика в выбранном объеме воды и получают пропиточный раствор антисептика состава As:Cr:Cu=1:1:0,8, что соответствует солевому варианту антисептика ТУ 48-0318-053-88 и ТУ 2157-368-107-98.

Таким образом, авторами предлагается способ получения антисептика типа мышьяк:хром:медь, позволяющий получить антисептик, не содержащий свободной серной кислоты, удобный для хранения и транспортировки и позволяющий обеспечить широкий диапазон соотношения входящих в него компонентов, что позволяет обрабатывать любые изделия из дерева в зависимости от сорта дерева и назначения изделий.