способ получения ацетата железа (ii)

Формула изобретения

Способ получения ацетата железа (II) взаимодействием металлического железа с уксусной кислотой в присутствии окислителя, отличающийся тем, что в качестве окислителя используют основной ацетат железа (III), а сам процесс ведут в среде уксусной кислоты и уксусного ангидрида в массовом соотношении в начальной загрузке 5:1 при комнатной температуре в отсутствие доступа воздуха или же в среде азота и мольном соотношении уксусная кислота: железо: основной ацетат железа (III) 10:8:1, при интенсивном перемешивании путем встряхивания с частотой 2 Гц или высокоскоростной лопастной мешалкой из инертной и прочной пластмассы до полного израсходования основного ацетата железа (III) с последующим отделением суспензии ацетата железа (II) от непрореагировавшего порошка железа фильтрованием и подсушиванием осадка в атмосфере азота, а также возвратом фильтрата в повторный процесс.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу получения ацетата двухвалентного железа, который находит применение в различных областях промышленной и лабораторной химической практики.

Известен способ получения ацетатов двухвалентных меди, никеля и кобальта взаимодействием соответствующих металлов с уксусной кислотой в присутствии кислорода при 100-120°С, давлении кислорода 0,4-0,6 МПа и мольном соотношении металла и уксусной кислоты 1:(5,2-5,3) (а.с. СССР №1097604).

Недостатком его является то, что при такой температуре растворимость кислорода в жидкой фазе очень мала. К тому же в присутствии кислорода ацетат железа (II) легко окисляется в соль железа (III), что исключает использование этого окислителя в таком варианте для получения соли железа (II) из металла и уксусной кислоты.

Наиболее близким к заявляемому является способ получения ацетата кобальта (а.с. СССР №1728222), в соответствии с которым процесс проводят в реакторе колонного типа, заполненном металлическим кобальтом с удельной поверхностью 1-1000 см ²/г при подаче уксусной кислоты и окислителя в мольном соотношении 2:1 непрерывно в верхнюю часть колонны с одновременным отбором водного раствора ацетата кобальта из нижней части колонны, а в качестве окислителя используют перекись водорода или надуксусную кислоту.

Недостатками этого способа являются:

1. Непригодность данного окислителя по причине легкого окисления соли железа (II) в соль железа (III), которая является эффективным катализатором распада пероксида водорода, особенно по гомолитическому варианту, сопровождающегося выделением кислорода, который также легко окисляет ацетат железа (II) в соль железа (III).

2. Выделение продукта путем упаривания слишком энергоемкая и медленная стадия, экономичность которой обоснована лишь при больших масштабах производства, чего нельзя ожидать для солей железа (II), тем более весьма нестабильных в отношении воздействий со стороны кислорода воздуха.

Задачей предлагаемого решения является найти такой окислитель для железа, который бы не переводил бы соль железа (II) в соль железа (III), а также заменить выделение продукта упариванием на более простой процесс - фильтрование.

Поставленная цель достигается тем, что в качестве окислителя используют основной ацетат железа (III), а сам процесс ведут в среде уксусной кислоты и уксусного ангидрида в массовом соотношении в начальной загрузке 5:1 при комнатной температуре в отсутствие доступа воздуха или же в среде азота и мольном соотношении уксусная кислота: железо: основной ацетат железа (III) 10:8:1 при интенсивном перемешивании путем встряхивания или же высокоскоростной лопастной мешалкой из прочной инертной пластмассы до полного израсходования основного ацетата железа (III) с последующим отделением суспензии ацетата железа (II) от непрореагировавшего порошка железа, фильтрованием и подсушивания осадка в среде азота, а также возвратом фильтрата, представляющего собой насыщенный раствор ацетата железа (II) в смеси уксусной кислоты и уксусного ангидрида, на повторный процесс с новым вводом очередной порции основного ацетата железа (III) и компенсацией потерь компонентов жидкой фазы при фильтровании.

Характеристика используемого сырья

Железо реактивное по ТУ 6-09-2227-81

Уксусная кислота по ГОСТ 61-75

Уксусный ангидрид по ГОСТ 5815-77

Основной ацетат железа (III) получали путем взаимодействия железа с оксидами железа Fe₂О₃ или Fe₃O₄ в бисерной мельнице в среде уксусной кислоты с добавками уксусного ангидрида с фильтрованием твердой фазы солей железа (III) и (II) и доокислением остаточных компонентов соли железа (II) в основной ацетат железа (III) при подсушивании твердой фазы смеси солей.

Проведение заявляемого процесса следующее. В помещаемый на механический встряхиватель реактор типа конической колбы или же в аппарат с перемешиванием лопастной мешалкой из инертной пластмассы, оборудованный патрубками в крышке для осуществления протока азота через газовое пространство, загружают расчетные количества ледяной уксусной кислоты, уксусного ангидрида, порошка железа и основного ацетата железа (III). В первом случае герметично закрывают реактор крышкой, включают механический встряхиватель и наблюдают за ходом процесса. Во втором варианте включают лопастную мешалку и подают проток азота через газовое пространство реактора.

Вначале реакционная смесь окрашена в буро-коричневый цвет суспензии основного ацетата железа (III). Постепенно окраска светлеет, появляются белоснежные прожилки, после чего довольно быстро превращается в белоснежную суспензию ацетата железа (II) над слоем тяжелого порошка непрореагировавшего железа на дне. Перемешивание прекращают, суспензию отделяют от железа и направляют на фильтрование в атмосфере азота. Фильтрат возвращают в реактор на повторный после ввода очередной порции основного ацетата железа и компенсации потерь при фильтровании процесс. А осадок на фильтре подсушивают в протоке азота и далее в атмосфере азота в сушильном шкафу, после чего используют по назначению.

Пример №1

В реактор со скоростной механической мешалкой, лопасти которой выполнены из текстолита, загружают 180 г уксусной кислоты, 36 г уксусного ангидрида, 134,4 г восстановленного железа реактивной чистоты и 57,3 г основного ацетата железа (III). Включают механическое перемешивание и подают проток азота через газовое пространство реактора. Температура 17°С. В таком режиме ведут процесс до такого момента, пока весь загруженный основной ацетат железа (III) не прореагирует и реакционная смесь примет вид белоснежной суспензии, находящейся над расположенными внизу частицами непрореагировавшего железа. Анализ на содержание соли железа (III) показывает практически полное отсутствие последней. На это потребовалось 1,8 часа.

При прекращении перемешивания частицы железа как наиболее тяжелые очень быстро локализуются в районе дна реактора и легко отделяются от остальной суспензии, которую направляют на фильтрование в атмосфере азота для получения на фильтре твердой массы ацетата железа, подсушивания последней на фильтре и высушивания в среде подогретого азота.

Фильтрат, представляющий собой насыщенный раствор ацетата железа (II) в смеси уксусной кислоты и уксусного ангидрида, возвращают на повторный процесс с дозагрузкой израсходованных на целевой продукт уксусной кислоты и основного ацетата железа (III), а также компенсацией потерь жидкой фазы при фильтровании.

Выход твердого продукта составил 77,1 г или 98,5%. Ограничений на количество повторных процессов не установлено (проведено 6).

Пример №2

В реактор типа конической колбы с плоским дном вводят 240 г уксусной кислоты, 48 г уксусного ангидрида, 179,2 г восстановленного железа реактивной чистоты и 76,4 г основного ацетата железа (III). Реактор герметично закрывают и устанавливают на рабочий столик механического встряхивателя с частотой 2 Гц. Включают встряхиватель и наблюдают за происходящими изменениями в реакторе. В течение первых 1,5 часа видимых изменений не наблюдается: реакционная масса представляет собой буро-коричневую суспензию, довольно автономно перемещающуюся над частицами железа, движущимися в соответствии с работой механического встряхивателя. Далее реакционная смесь постепенно светлеет и к исходу 4-го часа превращается в белоснежную суспензию, находящуюся над непрореагировавшими частицами железа. Анализ показывает практически полное отсутствие железа (III) в ней. Начиная с этого момента, все дальнейшие операции проводят в протоке азота. Суспензию ацетата железа (II) сначала отделяют от тяжелых частичек непрореагировавшего железа, затем фильтруют, осадок сушат в атмосфере азота, а фильтрат возвращают на повторный процесс, вместе с дозагрузкой уксусной кислоты и загрузкой новой порции основного ацетата железа (III), а также компенсацией потерь жидкой фазы при фильтровании.

Выход ацетата железа (II) составил 103,36 г или около 99%.

Положительный эффект предлагаемого решения состоит в следующем:

1. Две трети конечного продукта образуется из окислителя, который получить надлежащей чистоты проще, чем порошкообразное восстановленное железо.

2. Отсутствует энергоемкая и медленная стадия выпаривания.

3. Процесс проводится при комнатных температурах и довольно прост в аппаратурном оформлении.

4. В качестве продукта получается безводный ацетат железа (II), растворимость которого в среде уксусной кислоты и уксусного ангидрида составляет примерно 0,037 моль/кг и менее, что предопределяет нахождение его преимущественно в твердой фазе.

5. В процессе не накапливаются вещества, которые тормозят его. Поэтому отделяемая при фильтровании жидкая фаза может использоваться многократно в повторных процессах.