способ получения металлоорганических соединений

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛООРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ тантала и ниобия обработкой неорганического соединения тантала и ниобия органическим реагентом с последующим выделением целевого продукта, отличающийся тем, что в качестве неорганического соединения тантала и ниобия используют их кислородные соединения, в качестве органического реагента используют четыреххлористый углерод и обработку проводят в автоклаве при температуре диссоциации четыреххлористого углерода, а полученный продукт выделяют охлаждением до комнатной температуры и декантацией избытка четыреххлористого углерода.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлоорганической химии и химии высокомолекулярных соединений и, в частности, к способам получения полимерных металлоорганических соединений.

В последние годы в химии полимерных соединений развилось новое направление полимеризационное превращение металлсодержащих мономеров (МСМ), включающих кратную связь, способную к раскрытию, и ион металла, химически связанный с органической частью молекулы.

К настоящему времени в этой области достигнуты значительные успехи, созданы специальные методы синтеза МСМ: включающих практически любые металлы, выявлена специфика их полимеризации и сополимеризации.

Включение металлов в состав полимеров приводит к улучшению физико-механических и эксплуатационных свойств традиционных полимеров, а также дает возможность создать полимерные соединения, обладающие новыми свойствами, например, биологической и каталитической активностью, высокоэффективными фотохимическими, адсорбционными, электрофизическими и другими свойствами.

Несмотря на то, что в настоящее время уже 75 элементов периодической системы вовлечены в синтез различных высокомолекулярных соединений, количество которых достигает нескольких сотен тысяч полимеров, доля металлсодержащих мономеров и полимеров на их основе невелика. Это связано с трудностями синтеза металлсодержащих мономеров, а также со спецификой их полимеризации и сополимеризации [1] И одним из препятствий в образовании новых полимеров является то, что большинство полученных МСМ не обладает свойством полимеризации, чем осложняется процесс включения металлов в состав полимеров.

Известно несколько способов синтеза полимерных металлоорганических соединений. Например, получение металлоорганических полимеров методом поликонденсации [2] При этом в зависимости от свойств компонентов указанный процесс может протекать по-разному, но общим является его длительность, необходимость высокой температуры, обработка мономера вначале в токе инертного газа, а затем под вакуумом.

Способ получения мономеров, содержащих тантал и ниобий, является наиболее близким к предлагаемому изобретению [3] Так, для получения мономера галогениды тантала и ниобия обрабатывают избытком акрилонитрила при комнатной температуре. Избыток лиганда отделяют отгонкой при пониженном давлении. При этом хлориды необходимо обрабатывать в течение 16 ч, а бромиды этих металлов реагируют еще медленнее 3-5 суток.

В известное металлоорганическое соединение тантала и ниобия входят углерод, водород, азот, галогены (хлор или бром). Сведения о составе и способе получения полимерного металлоорганического соединения тантала и ниобия, в составе которого отсутствовали бы водород и азот, в литературе отсутствуют.

Задача изобретения получение простым и дешевым способом полимерного металлоорганического соединения тантала и ниобия нового состава, которое обладает свойством полимеризации. Причем для устранения многостадийности процесса, сокращения его длительности ставилась задача найти способ переработки веществ, содержащих тантал и ниобий в окисной форме. В таком случае становилось бы возможным получение полимерного металлоорганического соединения указанных металлов непосредственно из минеральных концентратов, без их предварительной химической переработки.

Поисковыми работами был найден органический реагент четыреххлористый углерод. Одним из важнейших свойств данного реагента является его способность при определенных значениях температуры и давления диссоциировать с выделением радикалов, содержащих углерод и хлор, которые являются основой для синтеза металлоорганических соединений тантала и ниобия. Другим важным свойством четыреххлористого углерода является его инертность по отношению к нержавеющей и углеродистой сталям.

Для решения поставленной задачи минеральные концентраты пятиокиси или другие кислородсодержащие неорганические соединения тантала и ниобия обрабатывают в автоклаве жидким четыреххлористым углеродом при температуре диссоциации, полученный раствор отделяют от твердых частиц и охлаждают до комнатной температуры, при которой полимерные металлоорганические соединения переходят в твердое состояние, и их отделяют от избыточного четыреххлористого углерода в виде отдельной фазы.

При нормальных условиях (р 760 мм рт. ст. 20^оС) полимерные металлоорганические соединения тантала и ниобия представляют собой твердые вещества в виде тел разнообразной геометрической формы, размеры которых достигают нескольких миллиметров. Качественный спектральный анализ этих веществ показал, что в состав твердых металлоорганических соединений тантала и ниобия входят следующие элементы: металл, углерод, хлор, кислород и конституционная жидкость.

Количественный анализ позволяет химический состав мономера тантала и ниобия выразить следующей формулой:

MeO₅C₅Cl₁₅ ^. nCCl₄, где Ме это тантал или ниобий.

Структурная формула мономера металлоорганического соединения тантала и ниобия имеет вид:

CCl₃-O-

Если в автоклаве перерабатывают коллективные минеральные концентраты или их окиси, содержащие одновременно тантал и ниобий, структурная формула этого полимерного металлоорганического соединения будет содержать одновременно мономеры металлоорганических соединений тантала и ниобия,

O - O

В технологическую цепь входят следующие аппараты: бункер для минерального концентрата, весы, мерник, автоклав с перемешивающим и электронагревающим устройством, фильтр тонкой очистки, сборник для кека, роторный колонный аппарат, контейнер для полимерных металлоорганических соединений тантала и ниобия, сборник оборотного раствора.

Технологический процесс осуществляется следующим образом.

Полимерные металлоорганические соединения тантала и ниобия можно получать из минеральных концентратов, химконцентратов, смеси окисей или других кислородсодержащих соединений тантала и ниобия. Материал, измельченный до крупности 0,16- 0,08 мм, взвешивают и загружают в автоклав с перемешивающим устройством. В автоклав заливают четыреххлористый углерод в таком количестве, чтобы соотношение веса твердого вещества к весу жидкости в суспензии находилось в пределах Т:Ж от 1:3 до 1:5. Такое соотношение веса твердого к весу жидкости выбрано с целью осуществления операции гидротранспортирования, загрузки, выщелачивания и выгрузки перерабатываемых веществ.

Автоклав плотно закрывают, испытывают на герметичность, включают перемешивающее и нагревающее устройства. Суспензию нагревают до температуры диссоциации четыреххлористого углерода и выщелачивают в течение 2 ч.

В процессе выщелачивания тантал и ниобий, содержащиеся в минеральном концентрате или окисях, вступают в химическую реакцию с радикалами реагента и образуют жидкие мономеры металлоорганических соединений. Эти жидкие металлоорганические соединения хорошо распределяются в избыточном жидком четыреххлористом углероде и таким образом достигается высокоэффективное извлечение тантала и ниобия из твердого материала в жидкую фазу. Полученные мономеры металлоорганических соединений тантала и ниобия легко вступают во взаимосвязь и образуют многомерные полимерные соединения.

Для отделения жидких полимерных металлоорганических соединений тантала и ниобия и избыточного жидкого четыреххлористого углерода от твердых частиц минерального концентрата суспензию подвергают фильтрации через фильтр тонкой очистки при рабочих параметрах давления и температуры, которые были созданы в автоклаве в процессе выщелачивания.

Фильтрат собирают в герметичный аппарат и охлаждают до комнатной температуры с целью превращения полимерных металлоорганических соединений в твердое состояние. Избыточный жидкий четыреххлористый углерод декантируют и направляют в голову технологического процесса, а твердые тела полимерных металлоорганических соединений выгружают и упаковывают в герметичные контейнеры.

Кек после выщелачивания минерального концентрата направляют на дальнейшую переработку с целью извлечения других ценных элементов, содержащихся в исходном концентрате.

Твердые тела полимерных металлоорганических соединений тантала и ниобия имеют разнообразную геометрическую форму и размеры, которые зависят от вида металла, его концентрации и скорости охлаждения раствора. Цвет твердых тел зависит от вида металла, входящего в состав этого металлоорганического соединения. Твердые тела полимерных металлоорганических соединений ниобия имеют сочный зеленый цвет. Цвет твердых металлоорганических соединений, в которых одновременно присутствуют тантал и ниобий, зависит от соотношения содержания этих металлов. Например, когда содержание тантала в органическом соединении в два раза больше, чем содержание ниобия, твердые тела полимерных металлоорганических соединений тантала и ниобия имеют сочный вишневый цвет.

Свежеполученные полимерные металлоорганические соединения тантала и ниобия обладают высокой физико-химической активностью. Они хорошо взаимодействуют со многими органическими соединениями, например спиртами, металлами при комнатной температуре и атмосферном давлении. Собственно твердые тела полимерных металлоорганических соединений тантала и ниобия обладают высокой летучестью.

П р и м е р 1. 50 г пятиокиси ниобия, содержащей 99,98% пятиокиси ниобия и 200 мл четыреххлористого углерода загружают в автоклав и герметично закрывают. Включают перемешивание и суспензию нагревают до температуры диссоциации четыреххлористого углерода.

По достижении заданной температуры автоклав медленно охлаждают вместе с печью до комнатной температуры. Автоклав вскрывают, избыточный четыреххлористый углерод декантируют и выгружают полимерные металлоорганические соединения ниобия, которые представляют собой твердые вещества зеленого цвета и имеют форму нитей, иголок, стержней, пластинок, призм и тел других геометрических форм, а также форму листочков и стеблей растительного происхождения. Габаритные размеры твердых веществ достигают несколько миллиметров. Полученные соединения просушивают на открытом воздухе и помещают в сосуд с плотной крышкой. Общая масса полученных твердых полимерных металлоорганических соединений составила 78,5 р. г.

П р и м е р 2. 50 г минерального концентрата, измельченного до крупности 0,16-0,08 мм, содержащего 0,28% пятиокиси тантала и 3,53% пятиокиси ниобияи 200 мл четыреххлористого углерода загружают в автоклав и герметично закрывают. Включают перемешивание и нагревают содержимое до температуры диссоциации четыреххлористого углерода. По достижении заданной температуры выщелачивание проводят в течение 2 ч, выключает перемешивание, содержимое отфильтровывают в другой герметично закрытый автоклав и медленно охлаждают до комнатной температуры. Автоклав вскрывают, избыточный четыреххлористый углерод декантируют и выгружают твердые полимерные металлоорганические соединения тантала и ниобия, которые имеют светло-вишневый цвет. Форма и размеры твердых веществ соответствуют описанию в примере 1.