Распределение примесей при кристаллизации семиводного динатрийфосфата

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Общие и комплексные проблемы технических и прикладных наук и отраслей народного хозяйства


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 661. 635. 2
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПРИМЕСЕЙ ПРИ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ СЕМИВОДНОГО ДИНАТРИЙФОСФАТА
Никандров М. И. 1, Никандров И. С. 1, Суровегина Т. Ю. 1
Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева, г. Дзержинск, Россия (606 026,
г. Дзержинск, ул. Гайдара, 49), e-mail: surovegina-1962@mail. ru_
Изучено распределение примесей мышьяка между равновесным насыщеным раствором и выпадающими кристаллами семиводного динатрийфосфата. Показано уменьшение выхода кристаллов в 1,3 раза с уменьшением средней температуры интервала кристаллизации соли от 480 до 380 (градусов). Дробной кристаллизацией показана возможность получения динатрийфосфата, удовлетворяющего нормам соли реактивной квалификации «чистый» при организации до 3 циклов возврата маточного раствора на содорастворение. Коэффициент распределения примеси мышьяка равен 27−44. Фракционным анализом кристаллов показано, что наибольшую долю примеси мышьяка содержат кристаллы размером 100−250 мкм. Из-за возрастания захвата маточных включений в процессе полинуклеарного роста кристаллов до стабильного размера. При дальнейшем росте кристаллов (сверх 200−250 мкм) доля примесей мышьяка в кристаллах понижается. Семиводный динатрийфосфат после трех циклов возврата маточника содержит, %: нерастворимых в воде — менее 0,007, тяжелых металлов -менее 0,0014 и соединений мышьяка — менее 0,0012.
Ключевые слова: динатрийфосфат, кристаллизация, примеси, распределение, мышьяк.
THE DISTRIBUTION OF IMPURITIES DURING CRYSTALLIZATION SEMIMODULE OF DISODIUMPHOSPHATE
Nikandrov M. I. 1, Nikandrov I. S. 1, Surovegin T. Y. 1
Nizhny Novgorod State Technical university n.a. R.E. Alekseev, Dzerzhinsk. Russia (606 029, Dzerzhinsk, avenue of
Gaidar, 49), e-mail: surovegina-1962@mail. ru_
We studied the distribution of impurities of arsenic equilibrium between the saturated solution and a drop-down crystals semimodule of disodiumphosphate. Shows a decrease in the output of the crystals 1.3 times with decreasing average temperature interval of crystallization of salt from 480 to 380 (degrees). Fractional crystallization of the possibility of obtaining disodiumphosphate, satisfying the norms of salt reactive training net at the organization up to 3 cycles of returning the mother liquor to siderastrea. The distribution coefficient of an impurity of arsenic is equal 27−44. Fractional analysis of the crystals shows that the largest share of arsenic impurities contain crystals of 100−250 mcm. Due to the increasing capture of uterine inclusions in the process poliocosanol crystal growth to a stable size. In this interval increase usurpation equilibrium solution by polynuclear growth crystal. With the further growth of the crystals (in excess of 200−250 mcm) fraction of arsenic impurities in the crystals is reduced. As centripetal after three cycles of return of the mother liquor
contains, %: insoluble in water less 0,007, heavy metals less 0,0014 and arsenic compounds — less 0,0012. _
Keywords: disodiumphosphate, crystallization, impurity, distribution, arsenic.
Семиводный динатрийфосфат является перспективным концентрированным продуктом доля основного вещества, в котором в 1,34 раза выше, чем в ранее выпускавшемся двенадцативодном динатрийфосфате [1].
Предложено получать семиводный динатрийфосфат по циркуляционной безупарочной энергосберегающей технологии [2, 3]. При рецикле маточного раствора на стадию приготовления нейтрализующей содовой суспензии в нейтрализованном растворе постепенно происходит накопление примесей, и концентрация их растет. Одновременно повышается и доля примесей в выделяемых кристаллах семиводного динатрийфосфата до значений превышающих допустимый уровень примесей в двухзамещенном фосфате натрия,
используемом в пищевой, и фармацевтической промышленности [3, 4]. Для оптимизации технологического режима получения семиводного динатрийфосфата необходимо получить данные по межфазному распределению примесей при выделении из раствора кристаллов двухзамещенной соли.
Цель работы
Получение, отсутствующих в литературе, сведений по распределению примесей в равновесных маточных растворах и кристаллах семиводного динатрийфосфата выпадающего из раствора.
Экспериментальная часть
Исходные растворы готовили нейтрализацией термической фосфорной кислоты [5], суспензией соды в маточном растворе фосфата натрия до значения рН 8,3. 100 гр нейтрализованного раствора охлаждали со скоростью 2 ± 0,2 град/час от 48,30С до 35,40С. По достижении конечной температуры охлаждения суспензию выпавших кристаллов выдерживали при конечной температуре в течение 1 часа и разделяли фильтрацией. Отжатые кристаллы промывали 20 мл ацетона, сушили при температуре 1050С и анализировали на содержание примесей мышьяка по методике [5]. Одновременно на содержание мышьяка анализировали исходный раствор и полученный маточник для составления баланса. Коэффициент распределения примесей мышьяка (Кр) определили по уравнению:
V _ тм '- см
к =-, (1)
тк •
где тк и тк — массы равновесных соответственно раствора и кристалла- см и ск — доли мышьяка в равновесных фазах, % масс.
Маточник использовали для приготовления содовой суспензии, применяемой для нейтрализации кислоты.
Результаты и их обсуждение
Анализ баланса поступления примесей, наличие которых в динатрийфосфате ограничено стандартом, показывает, что 97,5% хлоридов, 75,8% железа и нерастворимых в воде веществ приходит с содой (табл. 1).
Таблица 1
Состав сырья и семиводного динатрийфосфата
Показатель Термическая Экстракционная Вода Динатрийфосфат
кислота по кислота по после
ГОСТ «улучшенная» ГОСТ по ТУ 2143- 7 циклов
10 678−86 5100−73 021−5 761 689−98 возврата маточника
Доля хлоридов, 0,01 — 0,5 0,05 0,03
% не более
Сульфатов, % не более 0,015 0,35 0,05 0,03 0,013
Нитратов, % не более 0,0005 — - 0,003 0,0005
Железа, % не более 0,01 0,04 0,003 0,003 0,0022
Тяжелых металлов, % не более 0,002 0,001 — 0,002 0,16
Мышьяка, % не более 0,005 0,0005 — 0,0002 0,11
Фторсоединени я, % не более — 0,005 — 0,0002 0,0002
Взвешенные вещества, % не более 0,01 0,05 0,04 0,0002 0,002
Примеси нитратов, сульфатов, соединений фтора, свинца и тяжелых металлов, мышьяка полностью приходят с используемой фосфорной кислотой. При достижении рН раствора 3,8−4,5 в ходе нейтрализации кислоты содой фосфаты полуторных окислов и соединения фтора, тяжелых металлов осаждаются и удаляются на фильтре вместе со взвешенными веществами. В фильтрованном растворе остаются примеси хлоридов и соединений мышьяка. Они при рецикле маточного раствора на содорастворение будут постепенно копиться в нейтрализованном растворе. В результате доля этих примесей может расти и в полученных кристаллах фосфата. Поскольку доля хлоридов в кристаллах существенно ниже допустимой нормы содержания в динатрийфосфате, то качество определяется примесями соединений мышьяка.
Исследование дробной кристаллизации семиводного динатрийфосфата показало, что в интервале температур 48−450С выпадающие кристаллы содержат примеси мышьяка меньше чем при кристаллизации в интервале температур 38−350С (табл. 2). С понижением средней температуры кристаллизации с 480С до 350С коэффициент межфазного распределения примеси мышьяка уменьшается с 44 до 27 в 1,6 раза. Одновременно уменьшается и выход кристаллов в расчете на 1 градус охлаждения раствора с 29% до 22% от общей массы кристаллов, выпадающих за весь интервал охлаждения раствора с 480С до 350С.
Таблица 2
Влияние температурного интервала кристаллизации на выход кристаллов и коэффициент
распределение примеси мышьяка
Скорость охлаждения, град/час Температура кристаллизации, 0С Выход кристаллов, в % от общего Коэффициент распределения, Кр
Начальная Конечная
2 48 34,5 100 36
3 48 34,5 100 35
4 48 34,5 100 27
6,4 48 34,5 100 11
11 48 34,5 100 15
2 48 45 29 44
2 45 42 24,5 36
2 42 39 22,5 29
2 38,5 35,5 21,6 27
С понижением средней температуры выделения фракции кристаллов с 46,50С до 36,50С доля примесей мышьяка в получаемых кристаллах возрастает практически с 0,0002% масс. до 0,0031% масс.
Динатрийфосфат, полученный при охлаждении раствора в интервале 48−350С, имеет состав, приведенный в табл. 3.
Исследование влияния скорости охлаждения раствора на содержание примеси мышьяка в кристаллах показало, что с увеличением ее с 2 до 11 град/час коэффициент распределения примеси уменьшатся с 35 до 11 (при скорости охлаждения 6,4 град/час), а далее возрастает вновь до 15 при скорости охлаждения 11 град/час. Вероятно, это связано с увеличением доли маточных включений в кристаллы, формирующиеся в ходе полинуклеарной кристаллизации семиводного динатрийфосфата. Уменьшение захвата маточника можно объяснить уменьшением размера кристаллов при скоростях охлаждения более 7 град/час. Следовательно, в качестве оптимальной, следует рекомендовать, скорость охлаждения 3−5 град/час.
Таблица 3
Качество семиводного динатрийфосфата
Показатель качества Состав динатрийфосфата после числа циклов возврата маточника ДНФ двенадцативодный по ГОСТ квалификации «чистый»
1 3 7
Доля основного вещества, % 99,3 99,3 99,3 не менее 99
рН раствора 9,2 9,2 9,2 9,1−9,5
Нерастворимые в воде, % не более 0,006 0,006 0,007 0,01
Сульфаты, % не более 0,02 0,024 0,03 0,03
Хлориды, % не более 0,003 0,005 0,008 0,005
Железа, % не более 0,0023 0,0026 0,0026 0,003
Магний, % не более 0,002 0,0028 0,0031 0,003
Мышьяка, % не более 0,18 0,0012 0,003 0,001
Тяжелых металлов, % не более 0,0016 0,0014 0,23 0,002
Как видно из таблицы 3, получаемый динатрийфосфат за счет преимущественного распределения примесей в равновесном растворе удовлетворяет требованиям к качеству
динатрийфосфата двенадцативодного реактивной квалификации «чистый» по всем показателям качества после подсушки до остаточной влажности не более 0,5% масс. даже после 3 циклов возврата маточного раствора на содорастворение.
Снижение коэффициента распределения примесей при понижении средней температуры кристаллизации объясняется увеличением пересыщения [4] в растворе и его вязкости.
Анализ отдельных фракций кристаллов после рассева единого образца показал, что максимальное содержание примесей мышьяка характерно для кристаллов с размером частиц 100−150 мкм (0,34%). При размере частиц от 50 до 300 мкм (рис. 1) доля примеси мышьяка в кристаллах превышает среднее содержание мышьяка в использованном общем образце динатрийфосфата (0,14%).
Рис. 1. Влияние размера частиц (г) кристаллов во фракции на долю (С) примеси мышьяка в них
В более крупных кристаллах (400−1000 мкм) содержание примеси мышьяка понижается. Эти данные косвенно подтверждают полинуклеарный механизм кристаллизации динатрийфосфата. При формировании кристаллов соответствующих устойчивым зародышам (30−50 мкм) захват маточного раствора относительно мал. Во фракциях кристаллов соответствующих коагуляции устойчивых ассоциатов до момента образования стабильных кристаллов (& gt- 200−250 мкм) захват маточных включений резко возрастает (& gt- 0,0002%). При
дальнейшем росте кристаллов маточных включений становится относительно меньше. При размере частиц 500−1000 мкм доля мышьяка примерно в 2 раза меньше по сравнению со средним содержанием мышьяка в общей навеске. Заключение
1. Кристаллизация семиводного динатрийфосфата проходит по полинуклеарному механизму.
2. Более чистые кристаллы получаются при скорости охлаждения раствора 3−5 град/час.
3. Дробной кристаллизацией в интервале температур 48 — 44 градуса может быть выделена соль реактивной квалификации «чистый».
Список литературы
1. Никандров М. И., Никандров И. С. Разработка приемов совершенствования производства солей // Современные проблемы науки и образования. — 2013. — № 6- URL: http: www. science-education. ru/113−11 239.
2. Никандров М. И., Никандров И. С., Ефимова Е. О. Способ получения динатрийфосфата семиводного. Патент Р Ф № 2 277 067, МПК С01В25/30, заявлен 24. 10. 04, опубл. 25. 05. 06, бюл. № 15.
3. Никандров М. И. Исследование кристаллизации фосфатов натрия // Современные проблемы науки и образования. — 2012. — № 3- URL: http: www. science-education. ru/103−6154.
4. Никандров М. И., Никандров И. С. Пересыщение в растворах при кристаллизации фосфатов натрия // Современные проблемы науки и образования. — 2012. — № 4- URL: http: www. science-education. ru/104−6507.
5. ТУ 2148−021−5 761 689−98. Натрий фосфорнокислый двухзамещенный (двенадцативодный).
Рецензенты:
Луконин В. П., д.т.н., профессор, генеральный директор ФГУП «НИИ полимеров им. академика В. А. Каргина», г. Дзержинск-
Ширшин К. В., д.т.н., профессор, заместитель директора по НИР НИИ Полимеров им. академика В. А. Каргина", г. Дзержинск.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой