Способ перекристаллизации ортофосфата алюминия
1. СПОСОБ ПЕРЕКРИСТАЛЛИЗАЦИИ ОРТОФОСФАТА АЛЮМИНИЯ в водном растворе минеральной кислоты при повышенных температуре и давлении, отличающийся тем, что, с целью снижения энергозатрат и повышения выхода кристаллического ортофосфата алюминия, перекристаллизацию ведут в водном растворе серной кислоты. 2.Способ по п. 1, о т J и ч а ю щ и и с я тем, что перекристаллизацию ведут при концентрации водно-. го раствора серной кислоты 7-12 мас.% температуре 120-140 С, температурном градиенте 0,6-0,9 град/см и давлении 20-50 атм. 3.Способ по п. 1, отличающийся тем, что исходный ортофосфат алюминия используют в виде алюмофосфатного стекла.
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИН
ПЮ ИФ) 3(Я) С 01 В 25 36
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ .М АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ГО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3476938/23-26
:(22) 23. 07. 82 (46) 07.01.84. Бюп. М 1 (72) В.И.Пополитов, A.ß.Øàïèðî, A.A.Штернберг и И.M.Ярославский (71) Ордена Трудового Красного Знамени институт кристаллографии им. A.Â.Øóáíèêîâà (53) 661.862 ° 455 (088.8) (56) 1. Stanley I..И. Theokritoff S.
Am. Hiner., v, 4l, р ° 527, 1956
2. Colb Е.О. J . .Cryst. Growth, v ° 43 р 313, l978. (54) (57) 1. СПОСОБ ПЕРЕКРИСТАЛЛИЗАUHH ОРТОФОСФАТА АЛЮМИНИЯ в водном растворе минеральной кислоты при повышенных температуре и давлении, отличающийся тем,что, с целью снижения энергозатрат и повышения выхода кристаллического ортофосфата алюминия, перекристаллизацию ведут в водном растворе серной кислоты
2 ° Способ по п. 1, о т z и ч аю шийся тем, что, перекристаллиэацию ведут при концентрации водного раствора серной кислоты 7-12 мас%> температуре 120-140 С, температурном градиенте 0,6-0,9 град/см и давлении 20-50 атм.
3. Способ по и. 1, о т л и ч аю шийся тем, что исходный ортофосфат алюминия используют в виде алюмофосфатного стекла. Ж
1065337
Изобретение относится к гидротермальному способу перекристаллиза ции ортофосфата алюминия (А1Р04) и. может быть использовано в различных областях неорганической химии, например, как исходное сырье для создания композиционных материалов, в состав которых входил бы А)Р04 в
;пьеэотехнике, в частности в резонаторах и фильтрах различного назначения. о
Известен способ выращивания монокристаллов AIPOq на затравку гид« ротермальным методом иэ водных растворов Фосфорной кислоты при 300450 С. Согласно этому способу крис- 15 талды выращивают»а участке "обратной растворимости" вследствие отрицательного температурного коэффициента растворимости А)Р04, либо повышением температуры раствора, 20 либо созданием обратного обычному перепада температур (1), Недостатками этого способа являются требование применения высоких температур и давлений, а также 25 невозможность получить кристаллический ортофосфат алюминия с кристах лами практически одинакового размера.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достига" емому результату является способ получения А1Р04 в автоклаве путем спонтанной кристаллизации иэ зодного раствора фосфорной кислоты, насыщенного фосфатом алюминия, при 150—
325 С и при обратном пс. епаде. При этом скорость поднятия температуры от 150 до 325ОC составляет 10ОС в день, а давление изменяется от
10 до 13000 атм (2).
Недостаткаьм способа являются 40 высокие температуры и давление процесса и малый выход спонтанных монокристаллов (,50% от веса загрузки).
Цель изобретения — снижение энергозатрат и повышение выхода кристал- 45 лического ортофосфата алюминия.
Поставленная цель достигается те, что согласно способу перекристаллиэации ортофосфата алюминия, заключающемуся в том, что перекристал- 5п лизацию ведут в водном растворе минеральной кислоты при повышенных температуре и давлении, причем в
;качестве минеральной кислоты используют серную кислоту.
Причем, перекристаллизацию ведут при концентрации водного раствора серной:кислоты 7-12 мас.Ъ, при температуре 120-140ОС, температурном градиенте 0,6-0,9 град/см, давлении 20-50 атм.
При этом в качестве исходного ортофосфата алюминия используют алюмофосфатное стекло.
Сущность способа заключается в следующем. 65
Вследствие достаточной абсолютной величины растворимости алкиофосфатного стекла в водном растворе серной кислоты, применение последней позволяет использовать метод прямого температурного градиента, создавая его равным 0,6-0,9 град/см, и проводить процесс перекристаллизации ортофосфата алюминия нри. 120140 С. Для осуществления перекристаллиэации AIPOq при такой температуре необходима концентрация водного раствора серной кислоты, равная
7-12 мас.Ъ. При более низкой концентрации кислоты уменьшается растворимость AIPOq а при более высокой— увеличивается вязкость раствора, что приводит к снижению выхода кристаллического продукта. Давление среды при 120-140 С составляет 20
50 атм.
Технология способа состоит в следующем.
В стандартный автоклав периодического действия, футерованный фторопластом, загружают в виде пластины алюмофосфатное стекло с составом, отвечающим А IPOq, сумма примесей в котором не превышает 10 S -10 6 заливают водным раствором H@S04 с таким расчетом, чтобы отношение твердой и жидкой Фаз было постоянным, затем автоклав герметизируют и помещают в печь сопротивления с двумя нагревателями, с помощью которых его нагревают до заданной температуры с температурным градиентом, необходимым для создания перенасыщения в зоне кристаллизации.
Пример 1. В стандартный автоклав, футерованный Фторопластом, емкостью 200 мл загружают 44 г алюмофосфатного стекла в виде пластин, затем заливают водный раствор серной кислоты концентрацией 7 мас.%, при этом соотношение твердой и жидкой фаэ составляет 1:4,5. Автоклав герметически закрывают и помещают в печь сопротивлени г с двумя нагревателями, с помощью которых нагревают до 1200СУ вследствие чего в ием создается давление порядка
-20 атм. Температурный градиент поддерживают равным 0,6 град/см, время выдержки в стандартном режиме 6 сут.
Исходное стекло равномерно растворяется с поверхности и переходит в раствор с последующей кристаллизацией ортофосфата алюминия в зоне пересыщения. При этом вследствие растворения алюмофосфатного стекла с поверхности обеспечивается равномерность процесса, поэтому пересыщение в каждой точке объема раствора постоянно, что и обеспечивает получение мелкокристаллического ортофосфата алюминия с зернами одинако1065337 ной кислоты 12 мас.%, соотношение твердой и жидкой фаз 1,4:5,5. Время выдержки в режиме 5 сут. В оезультате описанного технологического процесса происходит образование кристаллического А1РО4. Выход кристаллов ортофосфата алюминия от всей исходной шихты практически 100В.
Чистота кристаллов А1РО4 аналогична той, что в примере 1. Размер зерен
10 0,4 мм.
В таблице представлены основные технологические параметры получения кристаллического ортофосфата алю15 миния.
Выход крис= таллического А1Р04 от всей загрузки, Ъ
Соотношение твердой и жидкой фаз
Температура процесса, ОС
Концентрация водно го раство-, ра Ну 504 мас. Ъ
Температурный градиент, град/см
Давление, атм
120
46
0,6
1:4,5
1,4:5,5
140
0,9
99,6
120
0,7
9"
1:4,5
1:4,5
1:4,5
0,6
1 30
98,6
98,6
0,6
130
10
1,4:5,5
140
0,6
0,7
140
1,4!5,5
1:4,5
10
140
0,9
140
99,2
1:4,5
0,9
140
0,9
1,4:5,5
99,4
Использование предлагаемого способа получения кристаллического ор-. 45 тофосфата алюминия обеспечивает повы. шение выхода продукта с 50 до прак-. тически 100%, простоту и эффективность процесса эа счет использования прямого температурного градиента и легко растворимого алюмофосфатного стекла в качестве исходной шихты, низкие температуры и давленкя процесса кристаллизации ортофосфата алюминия, что важно для техники безопасности использования. 55 .автоклавов, длительности их эксплуатации и снижения энергозатрат, дешевизну и чистоту. ведения процесса получения кристаллического
А1РО», так как в разработанном спо- . 6О
ВИИИПИ Заказ 10984/24 Тираж 470 Подписное
« »
Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,4 вого размера. Выход кристаллического ортофосфата алюминия 43,1 r, что составляет 98% от веса исходной загрузки. Спектральный анализ показйвает, что сумма примесей в полученных кристаллах составляет 10 -10 8, что свидетельствует о их хорошей чистоте. Размер кристаллов находится в пределах 0,3-0,4 мм.
Пример 2. Процесс получения кристаллического ортофосфата алюминия осуществляют аналогично примеру 1. Рабочие параметры кристаллизации: температура 140 С, температурный градиент 0,9 град/см, концентрация -водного раствора серсобе в качестве футеровочного мате-риала используется недорогой и коррозийно-устойчивый к водному раствору серной кислоты фторопласт, например, в отличие от таких дорогостоящих и не стойких футеровок в серной кислоте, как платина и золото, высокую чистоту полученного кристаллического А1Р04, которая определяется не только футеровочным материалом, но и чистотой используемого в качестве шихты алюмофосфатного стекла.
Реализация предлагаемого способа позволит получить экономический эффект за счет значительного повышения выхода ортофосфата алюминия и снижения энергозатрат.
