Способ получения двойной соли хлорида цинка и хлорида аммония
METHOD FOR PRODUCING A DOUBLE ZINC CHLORIDE AND AMMONIUM CHLORIDE SALT

Изобретение относится к области неорганической химии, а именно к технологии получения двойной соли хлорида цинка и хлорида аммония и может быть использовано в химической промышленности.
Двойные соли хлорида цинка и хлорида аммония используются при пайке (паяльная соль), в сухих электрических источниках питания, в качестве основного компонента при приготовлении флюсов в гальвано - технике (электролитическое покрытие цинком).
Получение двойных солей осуществляют совместной кристаллизацией двух солей из раствора содержащего эти соли.
Из литературных источников по неорганической химии известны способы получения двойной соли хлорида цинка и хлорида аммония (см. например, «Практикум по неорганической химии» /под ред. проф. В.П. Зломанова/ - М.: Издательство МГУ, 1994., 320 с.).
Приготовляют насыщенные растворы хлорида цинка и хлорида аммония, сливают растворы.
Полученный раствор фильтруют и упаривают на водяной бане до появления кристаллов.
Выделившуюся соль просушивают с помощью водоструйного насоса под вакуумом
Известны способы приготовления реакционных водных растворов, содержащих хлорид цинка и хлорид аммония (см. например, SU 766165).
Известен также способ получения хлорцинкатов аммония (патент РФ №2410453), который включает термическую обработку смеси цинксодержащего соединения и хлорида аммония.
Кроме того, известен способ получения композиций, содержащих двойные соли нитрата аммония (патент РФ №2522353), по которому производят отверждение двойной соли из водного раствора.
Известные способы сложны, затратны и в силу этого малопригодны для построения на их основе технологического процесса, производство конечного продукта в промышленных масштабах проблематично без проведения дополнительных исследований экспериментов, так как результаты в основном получены в лабораторных условиях.
Недостатком данных способов является также необходимость разработки специального оборудования для реализации способов в промышленных масштабах.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ получения гексагидрата сульфата цинка -аммония (патент РФ №2307793), который можно считать ближайшим аналогом предлагаемого изобретения.
Известный способ включает приготовление реакционного водного раствора, содержащего хлорид цинка и хлорид аммония, кристаллизацию целевого продукта из раствора, отделение кристаллов продукта от раствора.
Данный способ не позволяет достаточно полно очистить цинк от примесей, а также добиться минимально возможного содержания железа в конечном продукте.
Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение является разработка достаточно простого и экономичного способа получения в промышленных масштабах двойной соли хлорида цинка и хлорида аммония, а также расширение арсенала способов получения двойных солей.
Технический результат заключается в повышении качества получения двойной соли хлорида цинка и хлорида аммония за счет улучшения очистки цинка от примесей и обеспечения минимального содержания железа в конечном продукте.
Технический результат достигается тем, что в способе получения двойной соли хлорида цинка и хлорида аммония, включающем приготовление реакционного водного раствора, содержащего хлорид цинка и хлорид аммония, осаждение, выпаривание, кристаллизацию и отделение кристаллов продукта от раствора, для приготовления реакционного водного раствора в реакторе синтеза используют жидкость, содержащую 50-60% хлорида цинка, техническую воду и порошок хлорида аммония, вводимый в раствор в количестве, обеспечивающем соотношение содержания в растворе хлорида цинка к хлориду аммония, равное 67/63 - 70/61, перекачивают раствор в выпарной аппарат, в котором из раствора осуществляют отгонку при температуре 100-120°С, перекачивают, фильтруя, раствор в реактор синтеза, загружают хлорат натрия, выдерживают 4 часа при перемешивании и температуре 60-80°С, замеряют рН и добавляют в раствор порциями 25% аммиачную воду до достижения рН, равного 3,5-3,8, после чего осуществляют отстаивание осадка железа, перекачивают, фильтруя отстоянную часть раствора с помощью центрифуги в выпарной аппарат, отгоняют водный слой при температуре 100-120°С и вакууме до содержания воды в растворе 20-25%, перекачивают раствор в реактор синтеза, в котором при температуре раствора 60°С замеряют рН и доводят рН раствора до 3,5-3,8, добавляя порциями 25% аммиачную воду, затем осуществляют кристаллизацию при перемешивании и охлаждении раствора до температуры ниже 25°С, после чего производят отделение от раствора кристаллов полученной двойной соли, содержащей хлорид цинка в количестве 54-58% и хлорид аммония в количестве 42-46%, на центрифуге.
Загрузку порошка хлорида аммония производят при перемешивании и нагреве до температуры 50-60°С.
Отгонку из раствора проводят в выпарном аппарате, содержащем гранулированный уголь марки БАУ в количестве 0,3-0,5% от объема жидкости.
Перед отгонкой водного слоя перекачивают раствор из выпарного аппарата в реактор синтеза через патронный фильтр с фильтром из плотной полипропиленовой ткани, определяют процент нерастворимости, если менее 0,005%, перекачивают раствор в выпарной аппарат.
Аммиачную воду добавляют в раствор через донник реактора синтеза вакуумом при перемешивании.
Отделение от раствора кристаллов полученной двойной соли производят на центрифуге.
Исследования показали, что оптимальным с точки зрения получения высокого качества конечного продукта является использование для приготовления реакционного водного раствора жидкости, содержащей 50-60% хлорида цинка, технической воды и порошка хлорида аммония, вводимого в раствор в количестве, обеспечивающем соотношение содержания в растворе хлорида цинка к хлориду аммония, равное 67/63 - 70/61.
Проведение отгонки из раствора при температуре 100-120°С в выпарном аппарате является наиболее рациональной операцией процесса химико-технологической обработки реакционного раствора для последующего концентрирования и кристаллизации.
Отстаивание осадка железа и нагрева после загрузки хлората натрия и выдержки при перемешивании и температуре 60-80°С позволяет осуществить наиболее полное осаждение железа из реакционного раствора, что важно для обеспечения минимально возможного содержания железа в конечном продукте.
Отгонка при температуре 100-120°С и вакууме до содержания воды в растворе 20-25% позволяет получить оптимальную концентрацию реакционного раствора.
Неоднократное фильтрование раствора в процессе получения двойной соли позволяет обеспечить наиболее полное отделение примесей.
Постоянное измерение водородного показателя рН раствора и доведение до показателя 3,5-3,8, добавляя порциями 25% аммиачную воду, позволяет обеспечить оптимальные показатели технологического процесса, существенно зависящие от точности поддержания требуемого рН.
В разработанном способе предпочтительным является осуществление кристаллизации при перемешивании и охлаждении раствора до температуры ниже 25°С.
Отделение от раствора кристаллов полученной двойной соли, содержащей хлорид цинка в количестве 54-58% и хлорид аммония в количестве 42-46%, фугованием на центрифуге является наиболее эффективным для выделения из неоднородной смеси малых кристаллических частиц.
Проведение загрузки порошка хлорида аммония при перемешивании и нагреве до температуры 50-60°С позволяет компенсировать самопроизвольное охлаждение реакционного раствора по мере загрузки.
Проведение отгонки из раствора в выпарном аппарате, содержащем гранулированный уголь марки БАУ в количестве 0,3-0,5% от объема тяжелой жидкости, является предпочтительным для очистки соли цинка.
Перекачивание раствора, перед отгонкой водного слоя раствора, из выпарного аппарата в реактор синтеза через патронный фильтр с фильтром из плотной полипропиленовой ткани позволяет повысить качество фильтрования.
Добавление аммиачной воды в раствор через донник реактора синтеза вакуумом при перемешивании позволяет повысить точность поддержания требуемого рН реакционного раствора.
Отделение от раствора кристаллов полученной двойной соли на центрифуге позволяет повысить качество фугования.
Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.
3
2
В реактор синтеза через 4 слоя вуали загружают 5,0 м жидкости (отхода), содержащей 50-60% хлорида цинка (ZnCl) и 2,1 м технической воды.
Включают мешалку и нагревают раствор (задают на котле температуру 120°С).
4
Загружают 2100 кг порошка хлорида аммония (NHCl).
Данное количество порошка хлорида аммония определено из расчета обеспечения соотношения содержания в растворе хлорида цинка к хлориду аммония, равного 67/63 - 70/61.
Раствор по мере загрузки порошка хлорида аммония будет самопроизвольно охлаждаться, поэтому продолжают подогрев раствора.
После полного растворения соли отбирают пробу на анализ процентного содержания хлорида цинка и хлорида аммония в растворе.
Перекачивают раствор из реактора синтеза в выпарной аппарат, внутрь которого предварительно опущены мешки из ткани-вуали, заполненные гранулированным углем марки БАУ в количестве 03-0,5% от объема исходной тяжелой жидкости (25 кг).
Подают воду на теплообменник выпарного аппарата, задают на котле температуру 120°С, при этом начинается отгонка органической части.
3
Отгонку ведут без вакуума при температуре раствора более 100°С, отгоняют в сборник приблизительно 2,1 м водно-органической смеси (дистиллята).
Перекачивают раствор из выпарного аппарата в реактор синтеза, создавая вакуум и фильтруя через полипропиленовую ткань.
Отбирают из реактора синтеза пробу раствора для проведения анализа процентного содержания в растворе хлорида цинка, хлорида аммония и железа.
Загружают 8 кг хлората натрия, выдерживают 4 часа при перемешивании и температуре 60-80°С.
Отбирают пробу раствора для замера рН, замеряют рН и добавляют в реактор синтеза раствор небольшими порциями 25% аммиачную воду (по 50 л), после каждой порции, через 15 минут, проводят замер рН.
При достижении рН, равного 3,5-3,8, отбирают пробу для определения процентного содержания в растворе хлорида цинка и хлорида аммония.
2
4
Соотношение ZnCl/NHCl должно быть в пределах (65-70)/(35-30) и оставаться постоянным.
Выключают мешалку, отключают нагрев и начинают отстаивание осадка железа.
Через 4 часа, начинают фильтрование отстоянной части раствора из реактора синтеза в выпарной аппарат.
Из выпарного аппарата раствор фильтруют в реактор синтеза через патронный фильтр с фильтром из плотной полипропиленовой ткани.
После фильтрации всего объема отбирают пробу, определяют процент нерастворимости, если процент нерастворимости меньше 0,005 перекачивают раствор в выпарной аппарат, включают нагрев и создают вакуум.
Отгоняют из выпарного аппарата водный слой в отдельную емкость -сборник.
2
4
В конце отгонки убеждаются, что в выпарке кристаллов нет, отбирают пробу для анализа процентного содержания ZnCl и NHCl, и для определения рН.
2
4
Отгонку ведут до содержания воды в растворе 20-25% (формула для приблизительного расчета: 100% - (%ZnCl + %NHCl)).
3
Общее количество отогнанного водного слоя должно составлять, ориентировочно 2,3-3,0 м.
Перекачивают раствор из выпарного аппарата в реактор синтеза.
При температуре 60°С доводят рН до значения 3,5-3,8 добавлением в раствор аммиачной воды.
Аммиачную воду подают через донник реактор синтеза вакуумом, с включенной мешалкой.
Через 20 минут отбирают пробу, в жидкой части проверяют рН, значение должно быть 3,5-3,8.
Кристаллизуют двойную соль хлорида цинка и хлорида аммония при включенной мешалке с охлаждением водой до температуры ниже 25°С.
После полного охлаждения осуществляют фуговку полученных кристаллов на центрифуге.
Фуговку осуществляют достаточно длительное время, для лучшего отжима.
Остаточную жидкость (маточный раствор) собирают в специальную емкость.
2
4
Определяют процентное содержание хлорида цинка и хлорида аммония в полученных кристаллах (норма ZnCl 54-58%, NHCl 42-46%), рН раствора с концентрацией 500 г/л (норма 4-4,5), и процент нерастворимости (норма <0,005%).
Выход составляет, приблизительно 2000 кг.
Предложенный способ позволяет использовать стандартное оборудование, дешевые и доступные реактивы и не требует больших капиталовложений.
Использование изобретения позволяет повысить качество получения в промышленных масштабах двойной соли хлорида цинка и хлорида аммония, что подтверждено при практическом применении.