способ получения йодата и йодида калия

Формула изобретения

Способ получения йодида и йодата калия, включающий взаимодействие йода с раствором гидроксида калия при перемешивании реакционной массы с образованием суспензии йодата-сырца с примесью йодида калия в растворе йодида калия с примесью йодата калия, охлаждение реакционной массы, отделение осадка йодата-сырца, его очистку, восстановление муравьиной кислотой до йодида калия основной части примеси йодата калия в растворе йодида калия с последующим довосстановлением в растворе йодида калия остаточных количеств йодата калия и йода, образовавшегося из йодата калия и йодида калия при добавлении муравьиной кислоты, выделение целевых продуктов, отличающийся тем, что очистку йодата-сырца от примеси йодида калия проводят электрохимическим окислением последнего до йодата калия, довосстановление йодата калия и йода в растворе йодида калия осуществляют расчетным количеством гидразин-гидрата и, при необходимости, для снижения щелочности раствора добавляют эквивалентные количества йода и гидразин-гидрата.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к химической технологии, а именно к способу получения иодида и иодата калия, которые находят применение в фармацевтической промышленности в качестве компонентов лекарственных препаратов, в пищевой промышленности, в производстве фотоматериалов, реактивов и др.

Известен способ получения иодидов и иодатов щелочных металлов, в том числе иодидов и иодатов калия, с последующим их разделением дробной кристаллизацией. (В.И.Ксензенко, Д.С.Стасиневич, с.294.)

Известен способ получения йодида и йодата натрия, включающий взаимодействие йода с гидроксидом натрия, охлаждение реакционной смеси. Путем фильтрования отделяют твердую фазу, которая содержит йодат натрия и примеси йодида натрия, от маточного раствора, который содержит иодид натрия и примеси йодата натрия. Далее после предварительного подкисления этого раствора серной кислотой восстанавливают йодат натрия, содержащийся в маточном растворе, сульфитом натрия для дополнительного восстановления йода, сульфаты осаждают гидроксидом бария, раствор фильтруют от шлама, упаривают, кристаллизуют и сушат полученный йодид натрия. Маточный раствор после кристаллизации йодида натрия подают на стадию упарки.

Твердую фазу, содержащую йодат натрия с примесями йодида натрия, промывают водой при массовом соотношении твердая фаза : жидкость, равном 1:1,8-3,4, при температуре 15-40°С, отжимают на фильтре, подвергают перекристаллизации и сушке. Отделяют полученный при этом раствор, подают на стадию взаимодействия йода с гидроксидом натрия.(А.С. №1224257, кл. С01В 9/06, опубл. Бюл. №14 от 15.04.86 г.)

Основными недостатками известного способа является его многостадийность. Так получение иодата натрия связано с использованием громоздкого тоннажного оборудования, применяемого на стадиях промывки и отжимки. Кроме того, получение йодида натрия проводят с использованием серной кислоты, что приводит к загрязнению продукта сульфатами.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения йодидов и йодатов щелочных металлов. (А.С.№1664739, кл. С01В 9/00, опубл. Бюл. №27 от 23.07.91 г.) Согласно способу в реактор загружают раствор гидроксида калия и расплав йода с температурой 120-160°С с массовым расходом в расчете на 1 м³ реакционной смеси в пределах 200-1500 кг/ч при постоянном перемешивании. Полученную реакционную массу охлаждают до 20°С, разделяют на фильтре с получением кристаллов йодата калия и маточного раствора калий йодида с примесью йодата и другие примеси. Йодат-сырец промывают на фильтре дистиллированной водой до концентрации 0,04% по ионам йода, затем растворяют в дистиллированной воде, очищают от механических примесей фильтрованием, перекристаллизовывают, сушат. Промводы после промывки йодата присоединяют к маточному раствору, содержащему йодид калия с примесями. Маточный раствор обрабатывают муравьиной кислотой, затем довосстанавливают остаточные примеси йодата и йода металлическим железом. Далее полученный раствор йодида калия очищают от сульфат-иона обработкой раствором гидроксида бария при стехиометрическом соотношении реагентов, температуре 100°С, выдержке в течение 1,5 часов. Примеси тяжелых металлов и железа из раствора осаждают гидроксидом калия при рН 10,8. Раствор йодида калия фильтруют от шлама, упаривают, охлаждают, выкристаллизовывают йодид калия, отделяют на центрифуге и высушивают в сушилке кипящего слоя при 140°С. Получают калий йодид, соответствующий квалификации «ЧДА».

Основными недостатками известного способа получения йодида и йодата калия является многостадийность и длительность процесса. Так при выделении йодида калия необходимы дополнительные стадии очистки от сульфат-ионов, тяжелых металлов и железа, сопряженные с потерей йодида калия. Кроме того, очистка раствора при рН 10,8 не позволит без дополнительной нейтрализации получить калий йодид реактивных квалификаций («Ч»,«ЧДА» и «ХЧ»), так как согласно ГОСТ 4232-74 5%-ный раствор калия йодистого марок «Ч» и «ЧДА» должен иметь рН 6-9, а марки «ХЧ» рН 6-8. При получении йодата калия (до достижения концентрации 0,04% по ионам йода) необходима многократная промывка йодат-сырца дистиллированной водой, сопряженная с потерями целевого продукта.

В основу предлагаемого изобретения поставлена задача упростить технологический процесс, увеличить эффективность процесса.

Поставленная задача решается предлагаемым способом получения йодида и йодата калия, включающим взаимодействие йода с раствором гидроксида калия при перемешивании реакционной массы с образованием суспензии йодата-сырца с примесью йодида калия в растворе йодида калия с примесью йодата калия, охлаждение реакционной массы, отделение осадка йодата-сырца, его очистку, восстановление муравьиной кислотой до йодида калия основной части примеси йодата калия в растворе йодида калия с последующим довосстановлением в растворе йодида калия остаточных количеств йодата калия и иода, образовавшегося из йодата калия и йодида калия при добавлении муравьиной кислоты, выделение целевых продуктов, причем очистку иодата-сырца от примеси йодида калия проводят электрохимическим окислением последнего до йодата калия, довосстановление йодата калия и иода в растворе йодида калия осуществляют расчетным количеством гидразин-гидрата и при необходимости для снижения щелочности раствора добавляют эквивалентные количества йода и гидразин-гидрата.

Сущность предлагаемого изобретения способа получения иодата калия и иодида калия заключается во взаимодействии иода с раствором гидроксида калия при нагревании и перемешивании, разделении после охлаждения полученной суспензии с примесями с получением осадка иодата-сырца с примесью иодида калия и раствора иодида калия с примесью иодата калия. Иодат-сырец направляют на приготовление горячего электролита, в котором примесный иодид калия электрохимически окисляют до иодата калия. Далее из сработанного электролита после фильтрации от механических примесей выделяют целевой иодат калия.

Раствор иодида калия с примесями иодата калия обрабатывают при повышенной температуре муравьиной кислотой, взятой в количестве, меньшем стехиометрического. Затем остаточные количества иодата калия и йода, образовавшегося из иодата и иодида калия при добавлении муравьиной кислоты, довосстанавливают эквивалентным количеством гидразин-гидрата. При необходимости для снижения щелочности раствора добавляют расчетное количество йода и гидразин-гидрата. Из полученного раствора после фильтрации от механических примесей выделяют целевой иодид калия.

Использование предлагаемого способа получения иодида и иодата калия позволит:

- упростить технологию получения иодата калия за счет замены многократной промывки иодата-сырца и последующей его перекристаллизации электрохимическим окислением примесного иодида калия до целевого продукта;

- упростить технологию и повысить эффективность получения иодида калия за счет использования гидразин-гидрата в процессе довосстановления остаточного иодата калия и иода до иодида калия, использование которого исключает образование нежелательных продуктов реакции, для очистки от которых требуются дополнительные технологические операции;

- увеличить производительность применяемого оборудования и снизить трудозатраты за счет очистки йодат-сырца от калия йодида с использованием электролиза вместо малопроизводительного оборудования, применяемого в известной технологии при его многократной промывке и перекристаллизации.

Химизм способа получения йодата калия и йодида калия:

Предлагаемый способ характеризуется следующими примерами.

Пример 1. В реактор загружают 1000 л дистиллированной воды, при перемешивании и охлаждении вводят 980 кг гидроксида калия (90%), при температуре 60°С 2000 кг йода мелкокристаллического (в пересчете на 100%-ный). После охлаждения до температуры окружающей среды полученную суспензию йодата калия в растворе йодида калия с примесями йодата калия разделяют на нутч-фильтре, получают осадок йодата-сырца с примесью йодида калия и маточный раствор йодида калия с примесью йодата калия.

Йодат-сырец направляют на приготовление электролита, имеющего температуру 80°С, состава: сумма йода - до 120 г/л; КОН - 2-4 г/л; К ₂Cr₂O₇ - 2 г/л. Электролиз ведут при температуре 75-85°С, анодной плотности тока 150-200 А/м², анодном потенциале 1,35-1,40 (аноды ОРТА или ИРА), до концентрации йодида в электролите 1-2 г/л.

Горячий сработанный электролит фильтруют от механических примесей, упаривают, охлаждают, кристаллизуют йодат калия, который отфильтровывают, промывают дистиллированной водой от остатка электролита, сушат, измельчают и фасуют. Получают 554 кг йодата калия, соответствующего требованиям реактивных и фармакопейной квалификации. Маточник и промводы используют при приготовление электролита.

Раствор иодида-сырца с примесью йодата калия и другими примесями направляют в реактор, снабженный обратным холодильником. В реактор при перемешивании и температуре 80-90°С со скоростью 10-14 л/час подают муравьиную кислоту в количестве на 0,5 кг меньше от стехиометрии. Реакционную массу выдерживают при температуре 90-100°С в течение 8-12 часов. Получают раствор калия йодида в объеме 2180 л с концентрацией примесей йодата калия 0,342 г/л и иода 0,049 г/л. Довосстанавливают до иодида калия 272 мл гидразин-гидрата. При необходимости при температуре 20-60°С для снижения рН раствора до 5,5-7,4 (рН раствора - 6,94) добавляют 2,13 кг иода и 209 мл гидразин-гидрата. Из раствора после фильтрации от механических примесей выделяют 2150 кг иодида калия, соответствующего требованиям реактивных и фармакопейных квалификаций.

Общий выход по йоду составляет 98,61%.

Расчет приведен ниже:

Остаток йодата калия и йода довосстанавливают до йодида калия эквивалентным количеством гидразин-гидрата, вычисляемым по уравнениям реакций гидразин-гидрата с йодом в присутствии гидроксида калия (2) и гидразин-гидрата с йодатом калия (3).

Количество йода в 2180 л раствора калия йодида:

0,049×2180=106,82 (г)

106,82 г

(106,82×50):507,6=10,52 (г гидразин-гидрата 100-%ного)

10,52:(0,982×1,023)=10,47 (мл), где:

98,2 - массовая доля гидразин-гидрата, %;

1,023 - плотность гидразин-гидрата, г/мл.

Количество йодата калия в 2180 л раствора:

0,342×2180=745,56 г

(745,56×150):428=261,3 (г гидразингидрата 100-%ного)

261,3:(0,982×1,023)=261,3 мл гидразингидрата, где:

98,2 - массовая доля гидразин-гидрата, %;

1,023 - плотность гидразин-гидрата, г/мл.

Количество гидразин-гидрата, пошедшего на довосстановление йодата калия и йода до йодида калия.

10,47+261,3=271,77˜272 (мл)

Потенциометрическим титрованием реакционной массы с соляной кислотой до рН 6,94 оттитровано 0,431 г/л гидроксида калия.

Эквивалентные количества йода и гидразингидрата, необходимые для снижения рН раствора, рассчитываем по уравнению (4):

Потенциометрическим титрованием соляной кислотой до рН 6,94 раствора калия йодида с примесями калия йодата оттитровано 0,431 г/л гидроксида калия. Количество гидроксида калия в 2180 л раствора составляет: 0,431×2180=939,58 (г)

(939,58×507,6):224=2,13 (кг йода 100-%ного)

(939,58×50):(224,4×0,982×1,023)=208,7˜209 мл, где:

98,2 - массовая доля гидразин-гидрата, %;

1,023 - плотность гидразин-гидрата, г/мл.

Пример 2. Способ получения иодида и йодата калия осуществляют аналогично примеру 1, только в реактор загружают 1210 л дистиллированной воды и 2010 кг йода марки "Ч".

Йодат-сырец направляют на приготовление электролита состава:

Сумма йода - до 120 г/л; КОН - 2-4 г/л; 0,1 г/л МоО₃; К ₂Cr₂O₇ - 0,1 г/л.

Пример 3. Способ получения иодида и йодата калия осуществляют аналогично примеру 1, только используют электролит состава: сумма йода до 120 г/л; КОН - 2-4 г/л, а катод электролизера изготовлен из стали марки Х18Н12М2Т или 08Х17Н13М3Т.

Предлагаемый способ получения йодата и иодида калия может быть внедрен на существующем оборудовании на предприятиях производства иодида и йодата калия.