Способ получения высокочистого калия дигидрофосфата

Изобретение относится к очистке дигидрофосфата калия, который в виде крупногабаритных монокристаллов используется в лазерных установках высокой пиковой мощности. Способ получения высокочистого калия дигидрофосфата включает растворение исходного калия дигидрофосфата в дистиллированной воде при нагревании. Добавляют к полученному раствору щелочной агент. В качестве щелочного агента используют гидроксид кальция в виде водной суспензии, которую добавляют при перемешивании к нагретому до 85-95°С раствору калия дигидрофосфата в количестве, соответствующем весовому соотношению гидроксида кальция к калию дигидрофосфату, равному 1:(13-20). Фильтрацией отделяют от раствора выпавший осадок гидрофосфата кальция CaHPO4. Раствор охлаждают до комнатной температуры при постоянном перемешивании. Фильтрацией выделяют кристаллы конечного продукта и промывают их дистиллированной водой. Изобретение позволяет получить высокочистый дигидрофосфат калия, содержащий примеси алюминия, железа, хрома и титана на уровне меньше или равно 5⋅10-6 % масс. 3 пр.

 

Изобретение относится к кристаллизационным методам очистки солей ортофосфорной кислоты от примесей металлов и непосредственно касается дигидрофосфата калия, который в виде крупногабаритных монокристаллов используется в лазерных установках высокой пиковой мощности.

Известно, что примеси алюминия, железа, хрома и титана наиболее пагубно влияют на скорость роста монокристаллов и физико-оптические свойства кристаллов, в том числе кристаллов дигидрофосфата калия.

В основе предлагаемого изобретения лежит кристаллизационный метод очистки неорганических солей, который при его классическом исполнении (перекристаллизации) эффективен для очистки хорошо растворимых неорганических солей. Однако простая перекристаллизация неэффективна для очистки дигидрофосфата калия от примесей алюминия, железа, хрома и титана, так как эти примеси сокристаллизуются с основным компонентом - дигидрофосфатом калия.

В научно-технической литературе и в патентах описаны различные варианты осуществления метода получения дигидрофосфата калия, которые в общем виде представляют собой процесс нейтрализации ортофосфорной кислоты калийсодержащим компонентом, например, карбонатом калия, хлоридом калия или гидроксидом калия) [CN 102303854, С01В 25/30, 2012; CN 102101661, А61Р 3/02, С01В 25/30, 2011; CN 103172040, С01В 25/30, 2013]. Для повышения эффективности метода [CN 103172040] и получения чистого продукта предлагается простую нейтрализацию ортофосфорной кислоты раствором гидроксида калия проводить до значения кислотности среды рН=4,4. В ряде случаев кроме кристаллизационной очистки вводятся и дополнительные стадии очистки. Это либо предварительная очистка исходных продуктов, например, очистка исходной ортофосфорной кислоты, осуществляемая на мезопористых молекулярных ситах марки SBA-15 на основе диоксида кремния [CN 102303854], либо очистка раствора, полученного после окончания процесса нейтрализации, например, обработка активированным углем [CN 102101661]. Однако во всех цитированных выше способах реакция нейтрализации осуществляется в условиях, близких к стехиометрическим - в интервале рН от 4,0 до 5,0. Такие значения рН (от 4,0 до 5,0) способствуют сокристаллизации примесей поливалентных металлов (железа, титана, хрома) и алюминия и, следовательно, их концентрированию в кристаллическом продукте, что нежелательно [Демирская О.В., Кисломед А.Н., Велихов Ю.Н. Высокочистые вещества. №1. 1989. С. 14-16], [Efremova Е.Р.; Sukhanovskaya А.I.; Kuznetsov V.A. Inorganic Materials. Vol. 40. №6. pp. 636-640]. Кроме этого эффективность рассмотренных способов очистки чрезвычайно зависима от чистоты исходного сырья. Как известно, реакция нейтрализации протекает с выделением большого количества тепла и, соответственно, требует контроля температурного режима в аппаратах и применения охлаждающих устройств.

Для очистки калия дигидрофосфата также применяется метод перекристаллизации [CN 105565290, С01В 25/30; С05В 7/00, 2016], [CN 106167253, С01В 25/30, 2016], [CN 202829585, С01В 25/30, 2013]. Так в способе, описанном в цитированном патенте [CN 105565290], перекристаллизацию дигидрофосфата калия осуществляют при последовательном добавлении в раствор при определенном температурном режиме различных реактивов - оксалата кальция, нитратов натрия и калия, а также этанола. Главным недостатком этого способа является внесение в кристаллизующийся раствор большого количества (~1% масс.) посторонних примесей катионов кальция и натрия, примесей нитрат-ионов а также органического вещества - этанола. Все это существенно влияет на чистоту получаемого продукта. В другом известном способе [CN 106167253] предлагается проводить процесс микрофильтрации пересыщенного раствора калия дигидрофосфата и его кристаллизацию проводить в присутствии хелатного агента, который являясь органическим соединением, вносит в очищаемый продукт дополнительные органические примеси, что снижает лазерную прочность монокристаллов. Также использование стадии микрофильтрации предполагает контакт раствора с материалом фильтра, который, в свою очередь, может являться потенциальным источником загрязнений примесями ионного типа.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности является известный способ получения калия дигидрофосфата, реакцией нейтрализации раствора гидроксида калия ортофосфорной кислотой и выделенного кристаллизацией из насыщенного раствора при 80-85°C при рН 5,8-6,0 (SU 1782935, С01В 25/30, С01В 25/28, 1990). Твердый продукт растворяют в горячей дистиллированной воде и упаривают до появления кристаллической пленки на поверхности.

Кристаллизация происходит при 80-85°C. Продукт отделяют от маточного раствора и высушивают. Таким способом получают продукт с концентрацией примесей Fe<1⋅10-3 и 7,5⋅10-4 % масс.

Основным недостатком известного способа является недостаточно высокая степень чистоты получаемого продукта, не удовлетворяющая современным требованиям к сырью, применяемому для выращивания крупногабаритных монокристаллов.

Для разработки технологичного процесса получения высокочистого калия дигидрофосфата, по своему качеству удовлетворяющему требованиям, предъявляемым к сырью, применяемому для выращивания крупногабаритных монокристаллов предлагается Способ получения высокочистого калия дигидрофосфата, который осуществляется растворением исходного калия дигидрофосфата в дистиллированной воде, нагретой до 85-95°C, добавлением к раствору водной суспензии гидроксида кальция в количестве, соответствующем весовому соотношению гидроксида кальция к калию дигидрофосфату, равному 1:(13-20), отделением фильтрацией выпавшего осадка гидрофосфата кальция (СаНРО4), охлаждением раствора до комнатной температуры при постоянном перемешивании, отделением кристаллов целевого продукта и промыванием их дистиллированной водой.

Основное отличие предлагаемого способа от прототипа заключается в применении в качестве регулятора рН суспензии гидроксида кальция, вводимого в определенных количествах, что способствует образованию осадка гидрофосфата кальция (СаНРО4), который является соосадителем примесей алюминия, железа, хрома и титана. Коэффициент распределения примеси кальция <1 и снижается при смещении рН в сторону щелочной области, поэтому после отделения осадка гидрофосфата кальция и последующей кристаллизации дигидрофсофата калия, сокристаллизации, и, следовательно, загрязнения целевого продукта примесью кальция не происходит. В способе-прототипе твердый продукт растворяют в горячей дистиллированной воде и упаривают до появления кристаллической пленки на поверхности. Кристаллизация происходит при 80-85°C. Продукт отделяют от маточного раствора и высушивают. Таким способом получают продукт с концентрацией примесей Fe<1⋅10-3 и 7,5⋅10-4 % масс.

Отличие предлагаемого способа от прототипа заключается и в применении иного температурного интервала, а именно для проведения процесса кристаллизации предлагается температура проведения процесса, равная 85-95°C, а не 80-85°C, как в прототипе. Выбор такой температуры является оптимальным, поскольку растворимость гидрофосфата кальция уменьшается с увеличением температуры, поэтому при этих условиях его концентрация в растворе минимальна.

При соблюдении всех существенных признаков, предлагаемый способ позволяет проводить эффективную очистку дигидрофосфата калия от примесей алюминия, железа, хрома и титана до уровня ≤5⋅10-6 % масс. в целевом продукте.

Преимуществом нового способа перед аналогами является возможность осуществления глубокой очистки калия дигидрофосфата от примесей алюминия, железа, хрома и титана до уровня ≤5⋅10-6 % масс., а также снижение зависимости получаемого продукта от чистоты исходного сырья. Это связано с тем, что очистка калия дигидрофосфата в данном способе происходит и за счет захвата примесей осадком гидрофосфата кальция и за счет кристаллизации самого дигидрофосфата калия в условиях, исключающих сокристаллизацию примесей алюминия и железа.

Ниже предлагаемый способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1:

В насыщенный в интервале температур 85-95°C раствор калия дигидрофосфата квалификации х.ч. вносят гидроксид кальция в виде водной суспензии в весовом отношении к массе калия дигидрофосфата равному 1:13 на навеску сухих веществ. Образующийся осадок гидрофосфата кальция, который является соосадителем примесей алюминия, железа, хрома и титана отфильтровывают и охлаждают раствор до комнатной температуры при постоянном перемешивании. Выпавшие кристаллы высокочистого калия дигидрофосфата отделяют от маточного раствора и промывают дистиллированной водой. Получают дигидрофосфат калия с концентрацией примесей Al, Fe, Cr, Ti≤5⋅10-6 % масс.

Пример 2:

Проводится аналогично примеру 1 с тем различием, что весовое соотношение гидроксида кальция и калия дигидрофосфата составляет 1:15. Получают дигидрофосфат калия с концентрацией примесей Al - 5⋅10-6, Cr - 4⋅10-6, Fe - 4⋅10-6, Ti - 5⋅10-6 % масс.

Пример 3:

Проводится аналогично примеру 1 с тем различием, что весовое соотношение гидроксида кальция и калия дигидрофосфата составляет 1:20. Получают дигидрофосфат калия с концентрацией примесей Al - 5⋅10-6, Cr - 5⋅10-6, Fe - 5⋅10-6, Ti - 5⋅10-6 % масс.

Способ получения высокочистого калия дигидрофосфата, включающий растворение исходного калия дигидрофосфата в дистиллированной воде при нагревании, добавление к полученному раствору щелочного агента и дальнейшую обработку очищаемого раствора, включающую кристаллизацию дигидрофосфата калия и выделение кристаллического конечного продукта, отличающийся тем, что в качестве щелочного агента используют гидроксид кальция в виде водной суспензии, которую добавляют при перемешивании к нагретому до 85-95°С раствору калия дигидрофосфата в количестве, соответствующем весовому соотношению гидроксида кальция к калию дигидрофосфату, равному 1:(13-20), после чего фильтрацией отделяют от раствора выпавший осадок гидрофосфата кальция, а раствор охлаждают до комнатной температуры при постоянном перемешивании, фильтрацией выделяют кристаллы конечного продукта и промывают их дистиллированной водой.



 

Похожие патенты:

Изобретение может быть использовано при создании протонообменных мембран, применяемых в топливных элементах на основе водорода. Композитный протонопроводящий материал имеет состав xCs4(HSO4)3(H2PO4)-(1-х)AlPO4, где х=0,5-0,9.

Изобретение относится к медицине. Описан способ получения биоактивного покрытия на основе кремнийзамещенного гидроксиапатита, включающий воздушно-абразивную обработку с использованием порошка электрокорунда дисперсностью 250-300 мкм в течение 4-6 мин, затем для формирования покрытия проводят электроплазменное напыление подслоя из порошка титана с дисперсностью 100-150 мкм в течение 5-10 с при токе дуги 300 А с дистанции напыления 150-200 мм и расходе плазмообразующего газа 20 л/мин, после чего проводят электроплазменное напыление кремнийзамещенного гидроксиапатита с дисперсностью до 90 мкм в течение 12-15 с при токе дуги 350 А с дистанции напыления 50-100 мм и расходе плазмообразующего газа 20 л/мин.

Изобретение относится к неорганической химии, в частности к синтезу сложного гидросульфатфосфата цезия состава Cs6(H2SO4)3(H2PO4)4, который может быть использован в качестве среднетемпературного твердого протонпроводящего материала.

Изобретение относится к медицине. Описан способ получения кремнийзамещенного гидроксиапатита, включающий синтез кремнийзамещенного гидроксиапатита методом осаждения из водного раствора реагентов, содержащих ортофосфорную кислоту, гидроксид кальция и тетраэтилортосиликат, отстаивание, выделение осадка, высушивание и термообработку осадка, отличающийся тем, что термообработку осадка ведут при температуре 200-250°С в течение 2-3 часов, затем его охлаждают в течение 1-2 часов, размалывают в течение 15 мин и производят фракционирование до 90 мкм.

Изобретение относится к технологии получения кристаллического кремний-замещенного гидроксилапатита (Si-ГА), который может быть использован в ортопедии и стоматологии.

Изобретение относится к технологии выращивания водорастворимых оптических монокристаллов группы дигидрофосфата калия (KDP), которые могут быть использованы, например, при изготовлении активных элементов параметрических преобразователей лазерного излучения для квантовой оптики.

Изобретение относится к технологии выращивания кристаллов, предназначенных для использования в оптико-электронных устройствах. Способ выращивания кристаллов из пересыщенного раствора включает испарение растворителя с поверхности пересыщенного раствора, находящегося внутри кристаллизационного сосуда, конденсацию паров растворителя в верхней части сосуда, перетекание образовавшегося конденсата в нижнюю зону сосуда, при этом конденсат растворителя, собранный в верхней части кристаллизационного сосуда, основным насосом подают в расположенный вне сосуда контейнер, заполненный кристаллическим материалом, что обеспечивает постепенное контролируемое растворение материала, образовавшийся раствор из контейнера подают в зону кристаллизационного сосуда, заполненную пересыщенным раствором, часть раствора дополнительным насосом из верхней части контейнера по байпасной линии вновь направляют в нижнюю часть контейнера, в процессе выращивания кристалла обеспечивают контроль за изменением массы кристаллического вещества, которое находится внутри контейнера, причем по мере израсходования кристаллического вещества в контейнере в результате его растворения производят повторную загрузку контейнера кристаллическим материалом, не прерывая процесс выращивания кристалла.

Изобретение относится к технологии получения неорганических материалов, которые могут быть использованы для производства медицинских материалов, стимулирующих восстановление дефектов костной ткани, в том числе в стоматологии.

Изобретение относится к области химии, а именно к механохимическим способам получения нанокристаллического кремний-замещенного гидроксилапатита, являющегося биологически активным материалом, который может быть использован для покрытия металлических и керамических имплантатов, в качестве наполнителя для восстановления дефектов костной ткани при изготовлении медицинской керамики и композитов для стоматологии и челюстно-лицевой хирургии, а также лечебных паст.

Изобретение относится к неорганической химии, в частности к синтезу гидросульфатфосфата цезия состава Cs5(HSO 4)2(H2PO4)3 , который может быть использован в качестве твердого протонпроводящего материала.

Изобретение может быть использовано при создании биоразлагаемых материалов. Способ получения органомодифицированного гидроксиапатита путем прививки молочной кислоты включает модификацию гидроксиапатита в растворе этилового спирта и молочной кислоты с использованием ультразвуковой диспергации.

Изобретение относится к получению стеарата кальция и может быть использовано в производстве получения композитов поливинилхлорида (ПВХ), синтетических каучуков, нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей области, в производстве искусственных кож и линолеума, лекарственных препаратов и парфюмерно-косметической отрасли.

Изобретение может быть использовано в космической технике, в оптическом приборостроении, в строительной индустрии. Пигмент для покрытий класса «солнечные оптические отражатели» приготовлен из порошка сульфата бария, который модифицирован наночастицами оксида алюминия в количестве 5 мас.%.

Изобретение относится к способу получения покрытых цитратом и легированных фторидом наночастиц аморфного фосфата кальция для применения в биомедицине в связи с его биоразлагаемостью и биологической активностью; он также стимулирует неспецифическую адгезию клеток и остеогенерацию.

Изобретение относится к терморегулирующим покрытиям, в том числе к терморегулирующим покрытиям космических аппаратов, и может быть использовано в космической технике, а также в строительной индустрии и в широких отраслях промышленности для термостатирования устройств или технологических объектов.

Изобретение может быть использовано при изготовлении бумаги, меловании бумаги, в производстве пластмасс, адгезивов, герметиков и красок. Для приготовления водной суспензии, содержащей осажденный карбонат кальция, осуществляют карбонизацию по меньшей мере одного источника кальция, являющегося по существу нерастворимым в воде, по меньшей мере одним источником карбоната в присутствии по меньшей мере одного водорастворимого источника марганца.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности при обезвреживании пульпы гипохлорита кальция, образующейся в процессе очистки хлорсодержащих газов от хлора известковым молоком.
Изобретение относится к неорганической химии и может быть использовано в химической промышленности. Для получения кальцинированной соды в полученную при производстве соды по аммиачному способу отфильтрованную дистиллерную жидкость, содержащую хлорид натрия, вводят карбонат кальция в количестве 50-100 кг на одну тонну соды и серную кислоту до достижения полученной смеси рН 6-7.

Изобретение может быть использовано в производстве ворсовых материалов, бумаги. Способ получения флоккулированных частиц наполнителя включает обеспечение по меньшей мере двух водных суспензий, каждая из которых содержит по меньшей мере один материал-наполнитель.

Изобретение может быть использовано в производстве бумаги, красок, полимерных композиций. Способ изготовления водной суспензии осажденного карбоната кальция включает обеспечение содержащего оксид кальция материала и по меньшей мере одной деполимеризованной карбоксилированной целлюлозы, имеющей молекулярную массу Mw в интервале от 10000 до 40000 г/моль.
Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ получения цианидов щелочных металлов в твердой форме включает абсорбцию цианистого водорода из реакционного газа водным раствором гидроксида щелочного металла при температуре 35-75°С непосредственно после места подачи реакционного газа при давлении 1120-1600 мбар с получением водного раствора цианида щелочного металла.

Изобретение относится к очистке дигидрофосфата калия, который в виде крупногабаритных монокристаллов используется в лазерных установках высокой пиковой мощности. Способ получения высокочистого калия дигидрофосфата включает растворение исходного калия дигидрофосфата в дистиллированной воде при нагревании. Добавляют к полученному раствору щелочной агент. В качестве щелочного агента используют гидроксид кальция в виде водной суспензии, которую добавляют при перемешивании к нагретому до 85-95°С раствору калия дигидрофосфата в количестве, соответствующем весовому соотношению гидроксида кальция к калию дигидрофосфату, равному 1:. Фильтрацией отделяют от раствора выпавший осадок гидрофосфата кальция CaHPO4. Раствор охлаждают до комнатной температуры при постоянном перемешивании. Фильтрацией выделяют кристаллы конечного продукта и промывают их дистиллированной водой. Изобретение позволяет получить высокочистый дигидрофосфат калия, содержащий примеси алюминия, железа, хрома и титана на уровне меньше или равно 5⋅10-6 масс. 3 пр.

Наверх