способ получения водного раствора динатриевой или дикалиевой соли оксиэтилиденфосфоната цинка с концентрацией 15-23%

Формула изобретения

1. Способ получения водного раствора динатриевой или дикалиевой соли оксиэтилиденфосфоната цинка с концентрацией 15-23% взаимодействием водного раствора цинката натрия или калия с 20-60% водным раствором оксиэтилиденфосфоновой кислоты при температуре 60-80°С.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что цинкат натрия или калия получают взаимодействием 5-20% водного раствора гидрооксида натрия или калия с оксидом цинка при температуре 50-75°С в мольном соотношении 2:1.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии получения производных оксиэтилидендифосфоновой кислоты (ОЭДФ), а именно натриевой или калиевой соли оксиэтилиденфосфоната-цинка, нашедших применение в качестве ингибиторов отложений минеральных солей, обладающих свойствами ингибировать коррозию, в качестве микроудобрений.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ, согласно которому комплекс цинка и натриевой соли оксиэтилидендифосфоновой кислоты (натриевая соль оксиэтилиденфосфоната-цинка) получают взаимодействием порошкообразного цинка и раствора оксиэтилидендифосфоновой кислоты с последующей нейтрализацией полученной композиции гидроокисью натрия (патент Франции №2110015, C07F 9/00, заявлен 15.10.1971, опубликован 26.05.1972). Недостатком данного способа является использование металлического цинка, в результате чего в ходе реакции цинка и оксиэтилидендифосфоновой кислоты происходит образование газообразного водорода, который, в свою очередь, существенно снижает безопасность технологического процесса. При последующем получении оксиэтилиденфосфоната-цинка динатриевой (дикалиевой) соли в ходе нейтрализации раствора, полученного путем растворения цинка в растворе ОЭДФ, происходит выпадение осадка, что не позволяет получать продукт в виде водного раствора.

Задачей изобретения является получение водных растворов цинковых комплексов оксиэтилидендифосфоновой кислоты с применением цинката натрия (калия).

Согласно предлагаемому изобретению натриевую или калиевую соль оксиэтилиденфосфоната-цинка получают путем взаимодействия 20-60% водного раствора оксиэтилидендифосфоновый кислоты с водным раствором цинката натрия или калия. Процесс осуществляют путем добавления 20-60% раствора ОЭДФ к раствору цинката натрия (калия) при температуре 60-80°С. Раствор цинката натрия получают путем взаимодействия при температуре 50-75°С 5-20% водного раствора гидрооксида натрия (калия) и оксида цинка в мольном соотношении NaOH (КОН):ZnO=2:1.

Предлагаемое изобретение позволяет получить динатриевую (дикалиевую) соль оксиэтилиденфосфоната-цинка в виде водного раствора с концентрацией 15-23%.

Процесс осуществляют следующим образом.

В реактор загружают едкий натр (калий) с концентрацией 40-45%, добавлением воды доводят концентрацию 5-20%, подогревают до 50-75°С и постепенно порциями загружают расчетное количество окиси цинка (соблюдая мольное соотношение NaOH (КОН):ZnO=2:1). Массу перемешивают при температуре 50-75°С до полного растворения оксида цинка. В отдельной емкости готовят водный раствор ОЭДФ: загружают воду и порциями добавляют твердый порошок ОЭДФ для получения раствора с концентрацией 20-60%. Массу перемешивают до полного растворения ОЭДФ. Затем полученный раствор ОЭДФ постепенно добавляют к полученному раствору цинката натрия, поддерживая температуру 60-80°С. При достижении загрузки 90% от расчетной загрузку прекращают, массу перемешивают в течение 1 часа и после чего постепенно добавляют остаток раствора ОЭДФ, снижая скорость загрузки и не допуская снижения рН ниже 7.

Полученный продукт - цинковый комплекс ОЭДФ характеризуется высокой устойчивостью при хранении, в том числе при низких температурах. Эффективен при использовании для обработки воды систем теплоснабжения и горячего водоснабжения, паровых котлов низкого давления, для предупреждения коррозии и накипеобразования.

Использование цинката натрия исключает выделение водорода и возникновение взрывоопасных ситуаций, позволяет получить готовые для применения водные растворы, исключает энергозатраты для выпаривания и получения готового продукта. Проведение процесса при температуре 60-80°С обусловлено тем, что при температурах ниже 60°С происходит выпадение осадка, а увеличение температуры выше 80°С приводит только к увеличению энергозатрат без получения дополнительного эффекта. Использование 20-60% водного раствора ОЭДФ обусловлено тем, что при использовании раствора ОЭДФ с концентрацией ниже 20% для получения 15-23% водного раствора целевого продукта требуется использование раствора щелочи с концентрацией выше 30%. При этом усложняется процесс последующего получения готового продукта из-за выпадения осадка в растворе цинката натрия. При использовании раствора ОЭДФ с концентрацией выше 60% возможно выпадение осадка в растворе ОЭДФ, что также усложняет процесс. Проведение процесса получения раствора цинката натрия при температуре 50-75°С обусловлено тем, что при температуре ниже 50°С возможно выпадение в осадок цинката натрия, а увеличение температуры приводит только к дополнительным затратам энергетики без положительного эффекта.

Получение водного раствора динатриевой (дикалиевой) соли оксиэтилиденфосфоната-цинка с концентрацией 15-23% обусловлено тем, что при более высоких концентрациях раствора снижается устойчивость раствора и при низких температурах возможны невосстанавливаемые изменения (выпадение осадка), снижение концентрации ниже 15% увеличивает транспортные расходы без дополнительного положительного эффекта.

Пример 1. Первоначально получают раствор цинката натрия, для чего в реактор с мешалкой загружают 1422 мл воды. При перемешивании добавляют 178 г 45%-ного раствора гидрооксида натрия. Массу подогревают до 50°С и при этой температуре при перемешивании постепенно загружают 81 г оксида цинка, полученную массу перемешивают до полного растворения оксида цинка. В другой реактор загружают 800 мл воды и при размешивании постепенно добавляют 200 г ОЭДФ. Массу перемешивают до полного растворения ОЭДФ. Полученный раствор при температуре 60°С постепенно загружают в реактор с раствором цинката натрия. После загрузки 90% массы прекращают загрузку, массу перемешивают в течение 1 часа и затем постепенно догружают оставшуюся часть раствора ОЭДФ. Получают 2592 г прозрачного раствора динатриевой соли оксиэтилиденфосфоната-цинка NaZn-ОЭДФ с концентрацией 12%.

Примеры 2-11. Процесс ведут аналогично примеру 1, но с изменением режимов проведения процесса. Причем в примере 2 получали дикалиевую соль оксиэтилиденфосфоната-цинка

В таблице представлены параметры проведения процесса по приведенным примерам и результаты испытания полученных продуктов.

№№ пп	Условия получения							Показатели Na2Zn ОЭДФ				Примечание
	Цинката				Раствора ОЭДФ		Me2Zn ОЭДФ	К-во, г	Внешний вид	Концентрация, %	Эффективность ингибирования, %***
	ZnO, г	P-p щелочи		Температура, °С	К-во ОЭДФ, г	Конц. р-ра, %	Температура, °С
		К-во (100%), г	Конц., %
1	81	80	5,0	50	200	20	60	2592	Прозрачный р-р	12	84
2	81	80	6,7	50	200	25	60	2073	-«-	15	83
3	81	80	7,2	60	200	45	70	1637	-«-	19	85
4	81	80	8,5	70	200	60	80	1352	-«-	23	84
5	81	80	7,8	50	200	80	50	1352	Суспензия	23	79	Выпадает осадок
6	81	80	15,0	60	200	27	70	1352	Прозрачный р-р	23	85
7	81	80	5,0	50	200	51	75	2073	-«-	15	83
8	81	80	20,0	75	200	21	78	1433	-«-	21,7	85
9	81*	80	30,0	50	200	30	80	933	Суспензия	23**	75	* Не образуется р-р цинката ** в отфильтрованной пробе
10	81	80	20,0	40	200	21	50	1433	Суспензия	20**	77
11	81	80	20,0	75	200	21	90	1433	Прозрачный р-р	21,7	84
*** в растворе с карбонатным индексом 15(мг-экв/л)2 и дозе реагента по 100% продукту 3 мг/л Me- К (калий) или Na (натрий).