СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВИСМУТ АММОНИЙ ЦИТРАТА

Изобретение относится к гидрометаллургии редких металлов, а конкретно - к способу переработки висмутсодержащих материалов с получением соединений висмута.

Известен способ получения висмут цитрата осаждением из висмутсодержащего азотнокислого раствора путем добавления к нему раствора лимонной кислоты при молярном отношении лимонной кислоты к висмуту, равном 0,90-0,99 (1. Ю.М. Юхин и др. Способ получения висмута цитрата. Патент РФ №2416571, М. кл. C01G 29/00, С22В 30/06, С22В 3/44. Заявл. 15.02.2010 г., опубл. 20.04.2011 г.).

Известен способ получения висмут аммоний цитрата состава BiHCit·NH₃ кипячением цитрата висмута (III) с раствором цитрата аммония (2. Туркевич Н.М. Образование основных и кислых цитратов висмута при термическом разложении цитровисмутата аммония // Журн. общей химии. - 1952. - Т. 22, вып. 11. - С. 1930-1933).

Недостатком способа является сложность процесса, связанная с необходимостью кипячения, что требует повышенных энергозатрат и охлаждения раствора, использования дорогостоящего цитрата аммония, а степень извлечения висмута в конечный продукт не превышает 50%.

Известен способ получения висмут аммоний цитрата состава NH₄BiC₆H₅O₇·2H₂O путем перекристаллизации аммиачно-цитратных растворов при температуре - 4°С (3. Herrmann W.A., Herdweck Ε., Pajdla L. The crystal and molecular structure of the ammonium bismuth citrate dihydrate [(NH₄)⁺Bi(C₆H₄O₇)^-·2H₂O // Z. Kristallogr. - 1992. - V. 198. - P. 257-264).

Недостатком способа является сложность процесса, связанная с использованием в качестве исходного соединения дорогостоящего цитрата аммония состава C₂₄H₂₀Bi₄O₂₈·6NH₃·10H₂O и проведением кристаллизации продукта при - 4°С, что требует дополнительных затрат на стадии охлаждения раствора, а степень извлечения висмута в конечный продукт не превышает 50%.

Наиболее близким по сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению является способ получения висмут аммоний цитрата состава ΝΗ₄Βi₆Η₅O₇·2Η₂O путем взаимодействия твердого цитрата висмута с растворами гидроокиси аммония с концентрацией до 2,38 моль/л при весовом отношении твердое:раствор, равном 1:10, с получением раствора и осадка (4. Найденко Е.С., Юхин Ю.М., Афонина Л.И. Взаимодействие цитрата висмута (III) с растворами гидроксида аммония / Одиннадцатая Международная научно-практическая конференция «Фундаментальные и прикладные исследования, разработка и применение высоких технологий в промышленности». - Санкт-Петербург. - 2011. - С. 156-157).

Недостатками способа являются сложность процесса, связанная с необходимостью проведения фильтрации для отделения раствора от осадка, низкая степень извлечения висмута в конечный продукт, т.к. 20-60% висмута переходит в раствор, а также загрязнение продукта непрореагировавшим исходным цитратом висмута.

Задача, решаемая заявляемым техническим решением, заключается в упрощении процесса, повышении степени извлечения висмута в конечный продукт, а также его чистоты.

Поставленная задача достигается тем, что в способе получения висмут аммоний цитрата, включающем взаимодействие цитрата висмута с раствором гидроокиси аммония, получение висмут аммоний цитрата проводят в результате обработки твердого висмут цитрата водным раствором гидроокиси аммония при молярном отношении гидроокиси аммония к висмут цитрату, равном 1,0-1,2, и при весовом отношении раствора гидроокиси аммония (Ж) к твердому (Т) висмут цитрату, равном 1,7-4,0, с получением пасты и ее последующей сушкой.

При этом висмут цитрат получают осаждением из висмутсодержащего азотнокислого раствора путем добавления к нему раствора лимонной кислоты при молярном отношении лимонной кислоты к висмуту, равном 0,90-0,99.

Новым является получение висмут аммоний цитрата состава NH₄BiC₆H₄O₇·3H₂O в результате обработки висмут цитрата водным раствором гидроокиси аммония при молярном отношении гидроокиси аммония к висмут цитрату, равном 1,0-1,5, при весовом отношении жидкого к твердому, равном 0,96-2,5, и последующей сушкой продукта при температуре 60-120°С.

Из данных таблицы видно, что синтез аммоний висмут цитрата целесообразно проводить при молярном отношении гидроокиси аммония к висмут цитрату, равном 1,0-1,2. При молярном отношении гидроокиси аммония к висмут цитрату менее 1,1 реакция протекает не полностью и продукт содержит примесь цитрата висмута, а при данном отношении более 1,2 имеет место повышенный расход гидроокиси аммония.

Обработку висмут цитрата водным раствором гидроокиси аммония следует проводить при весовом отношении водный раствор гидроокиси аммония к висмут цитрату, равном 1,7-4,0. При данном отношении менее 1,7 продукт содержит примесь дигидрата аммоний висмутового цитрата состава NH₄BiC₆H₅O₇·2H₂O, а при данном отношении более 4,0 большой объем получаемого раствора требует повышенных энергозатрат при переработке кристаллизацией.

Сушку продукта следует проводить в диапазоне температур 60-120°С. При температуре менее 60°С процесс сушки продолжителен по времени, а при температуре выше 120°С имеет место удаление воды из соединения с изменением его состава.

Получение висмут аммоний цитрата по предлагаемому способу позволяет упростить процесс, повысить степень извлечения висмута в конечный продукт и его чистоту.

Условия и результаты опытов приведены в таблице, а сравнение разработанного способа и прототипа проведено на примерах 1 и 2.

Способ осуществляется следующим образом.

Пример 1. 1,0 кг металлического висмута марки Ви 00, содержащего 99,99% висмута, обрабатывают при перемешивании 2,50 л раствора азотной кислоты с концентрацией 8,0 моль/л в течение 3 ч. Раствор фильтруют и получают 2,46 л раствора с концентрацией висмута 406 г/л. Добавляют к раствору нитрата висмута при перемешивании 25,0 л раствора, полученного в результате растворения 0,99 кг лимонной кислоты в воде (молярное отношение лимонной кислоты к висмуту равно 0,98), перемешивают смесь в течение 1 ч при температуре 60°С. Осадок висмут цитрата промывают на фильтре дистиллированной водой, нагретой до 60°С, и обрабатывают 1,86 кг полученного висмута цитрата 2,8 л водного раствора гидроокиси аммония с концентрацией 2,0 моль/л. Молярное отношение гидроокиси аммония к висмут цитрату равно 1,2, а весовое отношение раствора гидроокиси аммония к висмут цитрату равно 1,48. Пасту сушат при 80°С в течение 5 ч и получают 2,12 кг висмут аммоний цитрата. Прямое извлечение висмута в продукт из металлического висмута составляет 94,3%, а из цитрата висмута 100%.

Пример 2 (условия прототипа для сравнения). 1,87 кг висмут цитрата, полученного при условиях, указанных в примере 1, обрабатывают 19,0 л водного раствора гидроокиси аммония с концентрацией 1,5 моль/л (весовое отношение раствора гидроокиси аммония к висмут цитрату равно 10). Полученный осадок фильтруют и сушат при 80°С. Получают 1,16 кг продукта, представляющего собой смесь 52,6% висмут аммоний цитрата и 47,4% висмут цитрата. Прямое извлечение висмута в продукт 56,1%.

Из примеров 1 и 2, а также таблицы видно, что благодаря отличительным признакам достигается указанная цель. Техническим результатом является упрощение процесса, повышение степени извлечения висмута при переводе цитрата висмута в висмут аммоний цитрат с 56 до 100%, а также получение продукта, не содержащего в качестве примеси исходного цитрата висмута.