способ получения основного ацетата железа (iii)

Формула изобретения

Способ получения основного ацетата железа (III) взаимодействием металла с уксусной кислотой в присутствии окислителя, отличающийся тем, что в реакцию берут порошкообразное восстановленное железо индивидуально или же совместно с прилегающей к корпусу реактора железной обечайкой, а в качестве окислителя используют кислород атмосферного воздуха, подаваемого в режиме эффективного барботажа, а сам процесс проводят при температуре 17-25°С в среде ледяной уксусной кислоты, взятой в мольном соотношении с порошкообразным железом (224÷274):100, при перемешивании высокоскоростной механической мешалкой лопастного типа в отсутствие или в присутствии добавки уксусного ангидрида в количестве 2 мас.% от загруженной уксусной кислоты до накопления в системе суспензии продукта с содержанием основного ацетата железа (III) в количестве 2,70-3,51 моль/кг с последующим прекращением перемешивания, отделением суспензии от осевших на дно тяжелых частиц непрореагировавшего железа, фильтрованием основного ацетата железа (III) и возвратом фильтрата в реактор на загрузку для повторного процесса.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии получения основной соли трехвалентного железа и уксусной кислоты и может быть использовано в различных областях промышленной и лабораторной химии, а также в аналитических методах контроля.

Известно, что взаимодействие железа в уксусной кислоте с молекулярным йодом без ограничения доступа воздуха к реакционной смеси приводит к образованию в качестве одного из продуктов основного ацетата железа (III) (A.M.Иванов, С.П.Алтухов, С.В.Филимонова. Некоторые пути расходования железа в растворах йода в низкомолекулярных жирных кислотах и оценка их конкурентной способности // Известия Курского гос. техн. ун-та. Курск, 2003, №1 (10). С.59-63).

Недостатком такого варианта является то, что основной ацетат железа (III) является продуктом окисления йодида железа (II), сопровождающегося заменой аниона J^- на ацетат по ходу такого взаимодействия. В итоге конечный основной ацетат железа (III) будет загрязнен продуктами, содержащими J^--анионы в плохо контролируемом количестве.

Наиболее близким к заявляемому является способ получения основного формиата или ацетата индия (а.с. СССР №454198), в соответствии с которым исходные кислоты подвергают взаимодействию с металлическим индием в присутствии перекиси водорода с последующим извлечением целевого продукта известными приемами.

Недостатками этого способа являются:

1. Он не распространяется на использование в качестве восстановителя вместо индия железа, хотя примесь соединений последнего в конечном продукте отмечена в количестве 10^-3 %.

2. Вероятность использования железа в таком процессе затруднена, поскольку соли железа (III) известны как высокоэффективные катализаторы распада пероксида водорода с образованием молекулярного кислорода. Накапливаясь в качестве основного продукта, соль железа (III) может предопределить указанный распад пероксида водорода в качестве доминирующего, а окисление им металла отойдет на неконкурентоспособный вариант.

3. Пероксид водорода не является природным соединением, требует специального получения и в этом плане существенно уступает природным окислителям.

4. В цитируемом процессе используются температуры 80-100°С. Такие температуры, хотя и небольшие, но предопределяют заметную энергоемкость процесса.

Задача предлагаемого решения - использовать в приводящем к образованию основного ацетата железа (III) окислительно-восстановительном процессе железо в качестве восстановителя и кислород воздуха в качестве окислителя, а сам процесс проводить при положительных температурах окружающей среды.

Поставленная задача достигается тем, что в реакцию берут порошкообразное железо индивидуально или же совместно с прилегающей к корпусу реактора железной обечайкой, а в качестве окислителя используют кислород атмосферного воздуха, подаваемого в режиме эффективного барботажа, а сам процесс проводят при температуре 17-25°С в среде ледяной уксусной кислоты, взятой в мольном соотношении с порошкообразным железом (224÷274):100, при перемешивании высокоскоростной механической мешалкой лопастного типа в отсутствие или в присутствии добавки уксусного ангидрида в количестве 2,0 мас.% от загруженной уксусной кислоты до накопления в системе суспензии продукта с содержанием основного ацетата железа (III) в количестве 2,70-3,51 моль/кг с последующим прекращением перемешивания, отделением суспензии от осевших на дно тяжелых частиц непрореагировавшего железа, фильтрованием основного ацетата железа (III) и возвратом фильтрата в реактор на загрузку для повторного процесса.

Характеристика используемого сырья

Железо восстановленное по ТУ 6-09-2227-81

Железо Сталь 3 по ЧМТУ 1-84-67

Уксусная кислота по ГОСТ 61-75

Уксусный ангидрид по ГОСТ 5815-77

Проведение процесса заявляемым способом следующее. В выполненный из железа, нержавеющей стали или стекла корпус реактора с механической мешалкой с лопастями из нержавеющей стали или инертной пластмассы (тефлона) вставляют прилегающую с минимальным зазором к корпусу обечайку из железа (но можно обойтись и без нее). Корпус соединяют с крышкой и через загрузочный люк вводят расчетные количества порошка железа, ледяной уксусной кислоты и, если это предусмотрено, уксусного ангидрида. Включают механическое перемешивание и подают проток воздуха с контролируемым расходом на барботаж. Процесс начинают при 17-25°С и ведут при естественно складывающейся температуре в основном за счет выделения тепла при перемешивании тяжелых частиц порошка железа. Обычно прирост температуры не превышает 10-15°С. По ходу процесса отбирают пробы сначала раствора, а затем и суспензии соли железа, в которых определяют содержание железа (III). Как только последнее достигнет заданного значения перемешивание прекращают, дают время осесть тяжелым частицам железа, а гораздо хуже оседающую суспензию соли железа отбирают на фильтрование. Твердую соль сушат, а фильтрат возвращают в реактор на загрузку повторного процесса.

Пример 1.

В реактор из нержавеющей стали (внутренним диаметром 80 мм и высотой 200 мм со сферическим днищем и сливным патрубком, расположенным на высоте 10 мм от нижней точки), снабженный лопастной мешалкой с нижним профилем лопасти, повторяющим сферическое днище и отстоящим от него на 0,3-0,6 мм, и крышкой с сальниковой коробкой для мешалки, обратным холодильником-конденсатором и патрубками для барботера и отбора проб по ходу процесса, вводят 200 г порошка восстановленного железа с максимальным линейным размером частиц 0,6 мм, 480 г уксусной кислоты и 9,6 г уксусного ангидрида. Включают механическое перемешивание (1440 об/мин) и подают воздух с расходом 0,97 л/мин. Исходная температура 17°С. По ходу процесса без прекращения перемешивания отбирают пробы реакционной смеси, в которых определяют суммарное количество солей железа (II) и (III) и отдельно соли железа (III), которые как правило хорошо совпадают друг с другом. Через 3 часа 14 мин температура в реакторе достигла 28°С, а количество соли железа (III) в суспензии 3,51 моль/кг.

Прекращают механическое перемешивание, дают 3 мин для осаждения частиц непрореагировавшего железа на дно реактора, после чего через боковой патрубок сливают суспензию соли основного ацетата железа (III) на фильтр, где и проводят отделение твердой соли от ее насыщенного раствора. Твердую соль сушат на воздухе, а затем в сушильном шкафу. Выход составил 436 г сухого продукта, 3,5 г продукта оказалось в реакторе (не слитая суспензия и возврат с фильтратом), что определено по концентрации соли в реакционной смеси после дозагрузки уксусной кислоты с добавкой уксусного ангидрида для проведения повторного процесса. С учетом этого выход составил 99,2%. Остальное потеряно при перемещении реакционной смеси из реактора в узел фильтрования и фильтрата обратно.

Пример 2.

В реактор со стеклянным корпусом внутренним диаметром 63,7 мм и высотой 109 мм и вставленной в него железной обечайкой высотой 74,8 мм и массой 97,17 г вводят 55,0 г железа и 161,6 г ледяной уксусной кислоты. Корпус помещают в гнездо каркаса, соединяют с крышкой, в которой находится подвод к обратному холодильнику-конденсатору, сальниковая коробка для механической мешалки с валом и лопастями из тефлона, эластичный барботер и пробоотборник. Включают механическое перемешивание (720 об/мин), подают воздух на барботаж с расходом 0,27 л/мин и этот момент принимают за начало процесса. Температура в этот момент была 25°С. По ходу процесса отбирают пробы реакционной смеси, в которых анализируют содержание соли железа (III). Через 204 мин оно оказалось равным 2,70 моль/кг, а температура выросла до 31°С. Прекращают механическое перемешивание, в течение 4,5 мин дают возможность тяжелым частицам непрореагировавшего железа осесть на дно, затем аккуратно сливают суспензию продукта на фильтр и проводят отделение твердой фазы от жидкой. Фильтрат возвращают в реактор на повторный процесс. А осадок подсушивают на фильтре, а затем в сушильном шкафу. Получено 99,8 г сухой соли. С учетом возвращенного продукта в реактор на повторный процесс выход составил 99,3%.

Положительный эффект заявляемого решения состоит в следующем:

1. Предлагаемый способ прост в исполнении и в аппаратурном оформлении, а также с точки зрения выделения целевого продукта. С учетом диапазона комнатных температур проведения его вполне можно отнести к малоэнергоемким.

2. При отсутствии жестких требований к чистоте продукта в качестве исходного железа вполне могут быть использованы опилки и мягкая стружка, т.е. отходы металлообрабатывающих отраслей.

3. При утилизации накапливающейся после отделения целевого продукта жидкой фазы, представляющей собой насыщенный раствор основного ацетата железа (III) в уксусной кислоте или в смеси уксусной кислоты и уксусного ангидрида, нет необходимости в ее разделении, выделении и очистке отдельных компонентов. Есть много вариантов использования такой жидкой фазы как самостоятельного сырья.

4. Продукт легко перекристаллизовать и таким способом повысить чистоту полученного основного ацетата железа (III).