СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВИСМУТ ЛАКТАТА

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

Известен способ получения висмут лактата BiC₆H₉O₆ кипячением молочной кислоты с углем, добавлением к раствору порциями свежеприготовленного висмут оксида при молярном отношении молочной кислоты к висмуту, равном 6,1, и при температуре 45°С с получением висмутсодержащего раствора, его последующей фильтрацией и кристаллизацией при охлаждении раствора, промывкой продукта водой, спиртом, эфиром и сушкой в вакууме при 70-80°С (1. Кирхгоф Г.А., Спектор М.О. Молочнокислый висмут // Химико-фармацевтическая промышленность. 1933. №4. С. 122).

Недостатком способа является большой расход молочной кислоты, а также сложность процесса, связанная с загрязнением продукта непрореагировавшей молочной кислотой и необходимостью проведения ряда промывок от нее различными растворителями.

Известен способ получения висмут лактата BiC₆H₉O₆ путем добавления к свежеосажденному (при температуре ниже 5°С) висмут гидроксиду воды, молочной кислоты при молярном отношении молочной кислоты к висмуту, равном 3,87, и пятикратного объема спирта, фильтрации продукта, промывки его спиртом и высушивания на воздухе (2. Яворский Н.П., Туркевич Н.М. Растворимые соединения висмута // Украинский химический журнал. 1951. №4. С. 371-375).

Недостатком способа является сложность процесса, связанная с необходимостью предварительного получения свежеосажденного гидроксида висмута при температуре ниже 5°С, в результате чего продукт загрязняется нитрат-ионами, а также затрат большого количества этилового спирта, необходимого как на стадии осаждения продукта, так и для удаления непрореагировавшей молочной кислоты.

Наиболее близким по сущности и достигаемому эффекту к предполагаемому изобретению является способ получения висмут лактата BiC₆H₉O₆ путем добавления висмут оксида Bi₂O₃ в раствор молочной кислоты при ее небольшом избытке и кипячении с обратным холодильником в течение 4,5 ч с последующей фильтрацией раствора, его кристаллизацией упариванием при 100°С, охлаждением полученного раствора, отделением выпавших кристаллов продукта фильтрацией, промывкой продукта ацетоном и эфиром с последующей сушкой продукта на воздухе (3. М. Devillers, F. De Smet, О. Tirions Bismuth and mixed bismuth-lanthanide carboxylates as precursors for pure and Ln-promoted bismuth molybdate catalysts // Thermochimica Acta. 1995. №260. P. 165-185).

Недостатком способа является сложность процесса, связанная с необходимостью получения висмутсодержащего раствора в результате кипячения с обратным холодильником раствора молочной кислоты с висмут оксидом в течение 4,5 ч, концентрирования полученного раствора упариванием при температуре 100°С с последующим охлаждением, а также низкий выход висмута в конечный продукт в связи с его потерями как с маточным раствором на стадии фильтрации продукта, так и с раствором после кристаллизации.

Задача, решаемая заявляемым техническим решением, заключается в упрощении процесса и повышении степени извлечения висмута в конечный продукт.

Поставленная задача достигается тем, что в способе получения висмут лактата, включающем взаимодействие оксида висмута с раствором молочной кислоты с последующей промывкой продукта органическими растворителями и его сушкой, получение висмут лактата проводят в результате обработки висмут оксида водным раствором молочной кислоты при температуре 50-70°С при молярном отношении молочной кислоты к висмуту, равном 2,1-3,5 и при весовом отношении раствора молочной кислоты (Ж) к твердому (Т) висмут оксиду, равном 2,1-4,0, с получением пасты, ее последующей промывкой ацетоном, этиловым или изопропиловым спиртом и сушкой продукта при 60-100°С.

Новым является получение висмут лактата состава BiC₆H₉O₆⋅5Н₂O в результате обработки висмут оксида водным раствором молочной кислоты при температуре 50-70°С при молярном отношении молочной кислоты к висмуту, равном 2,1-3,5 и при весовом отношении жидкого к твердому, равном 2,1-4,0 с последующей сушкой продукта.

Из данных таблицы видно, что синтез висмут лактата целесообразно проводить при молярном отношении молочной кислоты к висмуту, равном 2,1-3,5. При молярном отношении молочной кислоты к висмуту менее 2,1 реакция протекает не полностью и продукт загрязнен примесью висмут оксокарбоната, а при данном отношении более 3,5 имеет место повышенный расход молочной кислоты и, как следствие, повышенный расход растворителя для ее удаления.

Обработку висмут оксида водным раствором молочной кислоты следует проводить при весовом отношении водный раствор молочной кислоты к висмут оксиду, равном 2,1-4,0. При данном отношении менее 2,1 продукт содержит примеси висмут оксида и оксокарбоната, а при данном отношении более 4,0 большой объем получаемого раствора требует повышенных энергозатрат при его переработке кристаллизацией.

Процесс синтеза висмут лактата следует проводить при температуре 50-70°С. При температуре процесса ниже 50°С продукт загрязнен примесью висмут оксокарбоната, а повышение температуры выше 70°С, не давая дополнительных преимуществ, приводит к повышенному расходу электроэнергии.

Сушку продукта следует проводить в диапазоне температур 60-100°С. При температуре менее 60°С процесс сушки продолжителен по времени, а при температуре выше 100°С имеет место удаление воды из соединения с изменением его состава.

Промывку продукта можно проводить ацетоном, этиловым или изопропиловым спиртом при массовом отношении спирта к висмут лактату, равном 2:1. Промывка продукта дистиллированной водой способствует переводу части висмута в раствор (концентрация висмута в растворе после промывки составляет 40,8 г/л), что снижает выход продукта до 91%. Промывки продукта ацетоном или этиловым спиртом (концентрация висмута в растворе после промывки составляет 0,105 и 0,225 г/л соответственно) также показали меньшую эффективность по сравнению с обезвоженным этиловым или изопропиловым спиртом (концентрация висмута в растворе после промывки составляет менее 0,03 г/л)

Получение висмут лактата по предлагаемому способу позволяет упростить процесс, а также повысить степень извлечения висмута в конечный продукт до 99,7%.

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 висмут оксида квалификации «хч», содержащего 99,7% висмут оксида, обрабатывают при перемешивании 2,60 л раствора молочной кислоты с концентрацией 5,0 моль/л при температуре (55±5)°С в течение 3 ч, молярное отношение молочной кислоты к висмуту 3,03, весовое отношение жидкого к твердому 2,86. Продукт промывают 2,60 л этилового спирта, сушат при 100°С в течение 3 ч и получают 2,04 кг висмут лактата. Прямое извлечение висмута в продукт из висмут оксида составляет 99,7%.

Пример 2. (условия прототипа для сравнения) 1,0 кг висмут оксида обрабатывают при перемешивании 9,44 л раствора молочной кислоты с концентрацией 0,5 моль/л, молярное отношение молочной кислоты к висмуту 1,1, весовое отношение жидкого к твердому 10,1, и кипятят с обратным холодильником в течение 4,5 ч. Раствор фильтруют (выход по висмуту при этом составляет 80%) и концентрируют при 100°С, охлаждают, фильтруют, продукт промывают ацетоном, сушат на воздухе в течение 1 часа и получают 734 г висмут лактата. Прямое извлечение висмута в продукт из висмут оксида составляет 55%.

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 оксида висмута в висмут лактат с 55 до 99,7%.