способ получения мелкодисперсного порошка гексафтороцирконата калия

Формула изобретения

Способ получения мелкодисперсного порошка гексафтороцирконата калия (K₂ZrF₆) массовой кристаллизацией высаливанием из водного раствора, включающий введение в раствор гексафтороцирконата калия с начальной концентрацией от 8 г соли на 100 г воды до насыщенного раствора при его начальной температуре от 80°С до температуры кипения, высаливателя, в качестве которого используют предельные спирты, при соотношении объем высаливателя : объем воды в растворе от (0,05:1) до (0,5:1).

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химической технологии и может быть использовано в химической и металлургической промышленности для получения мелкодисперсного порошка гексафтороцирконата калия (K₂ZrF₆) с контролируемым гранулометрическим составом в интервале размеров частиц менее 100 мкм.

При получении мелкодисперсного порошка циркония восстановлением гексафтороцирконата калия натрием, гранулометрический состав продукта зависит от гранулометрического состава исходного гексафтороцирконата. Так, показано, что из гексафтороцирконата калия с размерами кристаллов менее 63 мкм может быть получен порошок циркония, практически полностью состоящий из частиц металла с размерами менее 50 мкм. (Получение порошка циркония натриетермическим восстановлением из фторцирконата калия. В.М.Орлов, Л.А.Федорова. - Химическая технология, №7, 2004 г.). Порошки циркония с таким гранулометрическим составом находят применение в электровакуумной технике и пиротехнике. Для стабильного получения порошка циркония с контролируемым гранулометрическим составом необходимо обеспечить заданное значение дисперсности исходного порошка гексафтороцирконата калия. Механическое измельчение гексафтороцирконата калия не всегда гарантирует стабильное получение порошка с требуемым гранулометрическим составом, а также приводит к загрязнению продукта. Кроме того, тонкий помол гексафтороцирконата калия сопровождается интенсивным пылением.

Мелкодисперсные порошки растворимых соединений могут быть получены массовой кристаллизацией из растворов.

Известен способ регулирования процесса кристаллизации из растворов путем изменения подачи тепла для получения тонкодисперсных кристаллов (А.С. СССР №581962, опубл. 30.11.1977). Способ заключается в том, что регулирование процесса кристаллизации производят путем изменения подачи тепла, с целью обеспечения мгновенного пересыщения раствора и получения тонкодисперсного продукта. Для чего подачу тепла осуществляют импульсно в зависимости от величины разности температур между нагревающим агентом и раствором. В связи с тем, что в предложенных условиях кристаллизации большое количество тепла можно передать в малый промежуток времени, происходит быстрое вскипание насыщенного раствора, обеспечивающее образование большого количества центров кристаллизации и, соответственно, малые размеры конечных кристаллов. Однако процесс ведется в кристаллизаторе специальной конструкции, что затрудняет использование изобретения в условиях малотоннажного производства.

Известны способы получения порошков кристаллических веществ из растворов добавлением к ним соединений, уменьшающих растворимость выделяемого продукта (высаливателей). (Матусевич Л.Н. Кристаллизация из растворов. - М.: Химия, 1968).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ выделения тонкодисперсных осадков солей массовой кристаллизацией путем введения насыщенного водного раствора соли в органический высаливатель (А.С. СССР №1263279, опубл. 15.10.1986), выбранный в качестве прототипа. По способу массовую кристаллизацию осуществляют путем введения насыщенного раствора соли в высаливатель со скоростью от 0,02 до 0,20 м³/ч при соотношении смешиваемых объемов раствора соли и высаливателя от (1:1,5) до (1:2). В качестве высаливателя используют этанол или ацетон. Размеры образующихся кристаллов нитрата натрия при использовании в качестве высаливателя ацетона составляют 32 мкм, этанола 25 мкм. Однако в случае высаливания гексафтороцирконата калия соотношение V_{раствора} :V_{высаливателя} не является оптимальным - объем высаливателя может быть значительно меньше. Растворимость гексафтороцирконата калия в воде существенно зависит от температуры, изменяясь от 1,822 г соли на 100 г воды при 20°С до 36,200 г соли на 100 г воды при 100°С (Зеликман А.Н., Крейн О.Е., Самсонов Г.В. Металлургия редких металлов. - М.: Металлургия, 1978). Для сокращения объемов перерабатываемых растворов, гексафтороцирконат калия целесообразно высаливать из горячих растворов. Однако при введении горячего раствора соли в органический высаливатель значительное количество высаливателя испаряется, что не позволяет повысить температуру раствора соли и в полной мере воспользоваться температурной зависимостью растворимости гексафтороцирконата калия. Кроме того, изобретение не позволяет регулировать гранулометрический состав получаемого порошка.

Задача настоящего изобретения - получение мелкодисперсного порошка гексафтороцирконата калия с контролируемым гранулометрическим составом в интервале размеров частиц менее 100 мкм при максимальном упрощении аппаратурного оформления технологического процесса и минимальном количестве используемого высаливателя.

Заявленный технический результат достигается тем, что известную массу товарного гексафтороцирконата калия растворяют в воде при температуре от 80°С до температуры кипения раствора. В раствор при постоянном перемешивании вводят высаливатель. В качестве высаливателя используют предельные спирты. Полученную суспензию охлаждают, раствор декантируют, осадок сушат. Полученный осадок не промывают, так как высаливатель - сравнительно легколетучее соединение, и полностью удаляется из порошка при сушке. Регулируя объемное соотношение V_{высаливателя}:V _{воды в растворе} от (0,05:1) до (0,5:1) и концентрацию исходного раствора гексафтороцирконата калия от 8 г соли на 100 г воды до насыщенного раствора, получают порошок гексафтороцирконата калия с требуемым гранулометрическим составом. При этом гранулометрический состав получаемых порошков практически не зависит от скорости охлаждения кристаллизатора после добавления высаливателя. Введение высаливателя в горячий раствор позволяет использовать высококонцентрированные растворы гексафтороцирконата калия, что значительно уменьшает объемы перерабатываемых растворов и приводит к более полному извлечению гексафтороцирконата калия. Достаточно полное осаждение гексафтороцирконата калия из концентрированного горячего раствора происходит при сравнительно небольших количествах высаливателя, что уменьшает потери высаливателя за счет испарения и улучшает взрывопожаробезопасность технологического процесса.

Пример: Исходную навеску товарного гексафтороцирконата калия растворяли в воде при температуре 95°С. После полного растворения в раствор вводили высаливатель, при этом соотношении V _{высаливателя}:V_{воды в растворе} изменяли от 0,05 до 0,45. При добавлении к раствору спирта наблюдалось практически мгновенное выделение осадка. Раствор с осадка декантировали. Осадок сушили на воздухе при 60°С. По окончании сушки, определяли гранулометрический состав порошка гексафтороцирконата калия методом ситового анализа. Результаты приведены в таблицах 1, 2.

Таблица 1 Гранулометрический состав порошков гексафтороцирконата калия, полученных высаливанием при различных соотношениях этиловый спирт:вода
Отношение Vспирта:Vводы в растворе	Гранулометрический состав, количество частиц, мас.%, размером:
	Менее 40 мкм	От 40 до 100 мкм	Более 100 мкм
0,05	20,0	79,6	0,4
0,15	70,0	30,0	-
0,25	96,2	3,7	0,1
0,35	98,2	1,7	0,1
0,45	99,7	0,2	0.1

Таблица 2 Гранулометрический состав порошков гексафтороцирконата калия, полученных высаливанием при различных соотношениях изопропиловый спирт: вода
Отношение Vспирта:V воды в растворе	Гранулометрический состав, количество частиц, мас.%, размером:
	Менее 40 мкм	От 40 до 100 мкм	Более 100 мкм
0,05	39,8	59,6	0,6
0,20	96,6	3,3	0,1
0,30	99,9	0,1	-