Способ получения особочистого карбоната стронция

Изобретение относится к области гидрометаллургии щелочно-земельных элементов, а именно к способам очистки соединений стронция от примесей, в частности к очистке от примеси бария, путем перекристаллизации из водных растворов соединений стронция.

Основными способами очистки, используемыми в гидрометаллургии стронция, является химическое осаждение, соосаждение на коллектор, высаливание, и перекристаллизация. Имеются сведения о получении особочистого карбоната стронция, при осаждении из водных растворов нитрата стронция примеси бария в виде хромовокислого или сернокислого бария (Ю.В. Карякин, И.И. Ангелов. «Чистые химические вещества». Москва. «Химия». 1974. С. 341) или переводом примеси бария в водный раствор при обработке карбоната стронция гидрооксидом стронция (Коленкова М.А., Пазухин В.А., Мотина А.Г. ЖНХ, 1966, т. 39 №8 С. 1681). Недостатком этих способов является высокое содержание бария в конечном продукте (не менее 0.01%). При получении высокочистого стронция и его соединений барий является наиболее трудноудаляемой примесью. Например, при получении высокочистого стронция на заключительной стадии очистки используют дистилляцию, направленную кристаллизацию и зонную плавку, достигнутый уровень чистоты 99,9% (проконтролировано содержание 69 примесей). Основной примесью является барий. (Г.Г. Девятых, Ю.А. Карпов, Л.И. Осипова, «Выставка-коллекция веществ особой чистоты». Москва. «Наука 2003». С. 52). Сложность удаления примеси бария из соединений стронция обусловлена близким химическим родством этих элементов.

Известен способ получения особочистого карбоната стронция при многостадийной последовательной очистке, включающей: осаждение примесей из солянокислых растворов обработкой раствором серной кислоты, обработкой раствором аммиака, осаждение карбоната стронция, прокаливание, растворение в азотной кислоте, перекристаллизацию из азотнокислых растворов, осаждение карбоната стронция, прокаливание (RU №2254296 С1, 20.06.2005). Основными недостатками данного способа является многостадийность и достаточно высокое содержание Ва в очищенном продукте (~6⋅10^-4%). Известен способ получения карбоната стронция высокой чистоты, сочетающий очистку раствора нитрата стронция соосаждением примесей на образующемся осадке гидратированного оксида алюминия и осаждение карбоната стронция газообразными аммиаком и углекислым газом (RU 2412116 С1, 20.02.2011). Основными недостатками данного способа является многостадийность и загрязнение получаемого карбоната соединениями алюминия.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является способ, основанный на очистке из водных растворов хлорида стронция, включающий перекристаллизацию и высаливание при насыщении газообразным хлористым водородом. Из растворов хлорида стронция при обработке щелочью и углекислым газом с последующим прокаливанием при 200-300°C выделяют карбонат стронция (Ю.В. Карякин, И.И. Ангелов. «Чистые химические вещества». Москва. «Химия». 1974. С. 340-344). Данный способ выбран за прототип. Недостатками прототипа является многостадийность, необходимость тщательной отмывки полученного карбоната от хлорсодержащих соединений и использование опасного реагента - газообразного хлористого водорода.

Задачей изобретения является упрощение процесса получения особочистого карбоната стронция с пониженным содержанием бария и исключение использования опасных реагентов.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения особочистого карбоната стронция, включающем перекристаллизацию и прокаливание стронцийсодержащего соединения, проводят по меньшей мере одну перекристаллизацию из водных растворов формиата стронция.

Отличительным признаком способа является перекристаллизация из водного раствора формиата стронция.

При получении особочистых веществ перекристаллизация из водных растворов является одним из наиболее технологичных способов получения и очистки. Эффективность получения и очистки связана с тем, какое именно химическое соединение элемента используется при перекристаллизации. Например, установлено, что при перекристаллизации хлорида стронция (Ю.В. Карякин, И.И. Ангелов. Чистые химические реактивы. Государственное научно-техническое издательство химической литературы. Москва. 1955. С. 508) или нитрата стронция (RU №2254296 С1, 20.06.2005) практически не происходит очистки от примеси бария.

При перекристаллизации из водных растворов формиата стронция концентрация бария может быть снижена ~ в 10 раз. Муравьиная кислота, необходимая для получения формиата, - недорогой и нетоксичный (используется в пищевой промышленности) реагент. Формиат стронция получают при растворении гидрооксида стронция в водном растворе муравьиной кислоты. Для получения более чистого продукта перекристаллизацию из водного раствора формиата стронция проводят дважды.

Типичный пример:

В качестве исходных используют: Sr(ОН)₂⋅8H₂O⋅ (квалификации: pure Merck kGa); муравьиную кислоту (квалификации: ГОСТ 5858-73 (изм. 1-3)), дополнительно очищенную суббойлерной перегонкой; воду дионизованную (удельное сопротивление 20 мОм).

Для получения раствора формиата стронция берут 10% (мас.) избыток муравьиной кислоты. В пластиковом стакане объемом 5 л смешивают 1500 г октакидрата гидроксида стронция, 580 г муравьиной кислоты и 300 мл деионизованной воды.

Смесь нагревают на водяной бане в течение 3 часов, затем охлаждают до комнатной температуры. Образовавшиеся кристаллы дигидрата формиата стронция отделяют фильтрованием на лавсановую фильтроткань, промывают минимумом (10-20 мл) ледяной воды и высушивают в токе очищенного воздуха. Получают 845 г дигидрата формиата стронция. Для получения карбоната стронция дигидрат формиата стронция прокаливают в течение 1 часа при температуре 600°C в атмосфере азота. Выход 580 г (70%) карбоната стронция.

Для получения более чистого продукта выделенный дигидрат формиата стронция подвергают повторной перекристаллизации: в пластиковый стакан объемом 5 литров загружают 845 г дигидрата формиата стронция и 920 мл деионизованной воды, нагревают на водяной бане в течение 3 часов, затем охлаждают до комнатной температуры. Образовавшиеся кристаллы дигидрата формиата стронция отделяют фильтрованием, промывают минимумом ледяной воды и высушивают. Для получения карбоната стронция дигидрат формиата стронция прокаливают в течение 1 часа при температуре 600°C в атмосфере азота. Выход 406 г карбоната стронция (см таблицу).