СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАРБОНАТА ДВУХВАЛЕНТНОГО КОБАЛЬТА

Название	СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАРБОНАТА ДВУХВАЛЕНТНОГО КОБАЛЬТА
Разработчик (Авторы)	Касиков А.Г., Анхимов А.А., Демидов К.А., Кшуманева Е.С., Романова Л.М., Спиридонов В.Р., Субач Г.И., Хомченко О.А.
Вид объекта патентного права	Изобретение
Регистрационный номер	2240287
Дата регистрации	20.11.2004
Правообладатель	Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева Кольского научного центра Российской академии наук, ОАО "Кольская горно-металлургическая компания"
Медаль имени А.Нобеля

Описание изобретения

Изобретение относится к области получения карбонатов металлов, в частности карбоната двухвалентного кобальта.

Существует ряд способов получения карбоната кобальта, основанных на предварительном растворении металлического кобальта в карбонатном растворе. В случае получения карбоната кобальта из его хлорида необходимо вначале предусмотреть стадию получения металлического кобальта, например, методом электроэкстракции. Все это существенно повышает затраты на получение карбоната кобальта и делает данные способы малопригодными для практической реализации. Наиболее простым способом получения карбоната кобальта из раствора его хлорида является прямое смешение кобальтового раствора с раствором осадителя, в качестве которого может быть использован карбонат и/или бикарбонат натрия. Получение чистого карбоната кобальта из его хлорида требует применения, соответственно, и чистых растворов исходных реагентов. Однако при получении карбоната кобальта из его хлорида в реакционном объеме раствора постоянно присутствуют значительные количества анионов хлора и катионов осадителя, которые загрязняют получаемый карбонат кобальта.

Известен способ получения карбоната двухвалентного кобальта (см. заявку Германии №19619235, МПК⁶ С 01 G 51/00, C 01 G 51/06, 1996) путем смешения раствора хлорида кобальта с раствором карбоната или гидрокарбоната натрия, или их смесью с последующим осаждением и отделением карбоната кобальта. Способ обеспечивает получение сферических агломератов основного карбоната кобальта, не содержащих серы.

Получаемые в соответствии с данным способом осадки карбоната кобальта имеют, однако, высокую остаточную концентрацию хлора и натрия.

Известен способ получения карбоната двухвалентного кобальта (см. Патент РФ №2154029, МПК⁷ C 01 G 51/06, 2000 г.), согласно которому раствор хлорида кобальта приливают тонкой струей к раствору осадителя в виде гидрокарбоната щелочного металла (натрия, калия) или аммония при температуре 55-65° С и перемешивании до окончания реакции осаждения. Полученный осадок фильтруют и подвергают 10-кратной репульпации в дистиллированной воде при Т:Ж=1:15, а затем сушат при 60° С. После промывки получают осадки, содержащие менее 0,01% Сl.

Недостатком способа является то, что осадок карбоната кобальта после промывки и сушки имеет при избытке бикарбоната высокое остаточное содержание катиона осадителя по причине образования труднорастворимых двойных кобальтсодержащих солей, например Nа₂[Со(СО₃)₂]. К недостаткам способа следует отнести и повышенный расход осадителя, что видно из приведенных ниже уравнений реакций:

CoCl₂+2NаНСО₃=2NaCl+СоСО₃+СО₃+Н₂О;

CoCl₂+Nа₂СО₃=2NaCl+СоСО₃.

Применение в качестве осадителя гидрокарбонатов щелочных металлов или аммония приводит к вспениванию раствора, что увеличивает продолжительность синтеза карбоната кобальта и требует в этой связи использования оборудования больших габаритов. Недостатком способа является также невозможность контроля завершения процесса, который рекомендуется проводить до окончания реакции осаждения. Кроме того, в момент завершения процесса в растворе начинает накапливаться хлорид кобальта, что ведет к неполноте осаждения кобальта и потерям его с фильтратом.

Известен также способ получения карбоната двухвалентного кобальта (см. Карякин Ю.В., Ангелов Н.И. Чистые вещества. М.: Химия. 1973, с. 213), в соответствии с которым к нагретому до 40-50° С раствору хлорида кобальта добавляют тонкой струей при непрерывном перемешивании горячий раствор соды. Осадок отмывают большим количеством воды и высушивают при 50-60° С. Способ позволяет получать осадки карбоната кобальта, содержащие менее 0,1% Na.

Основным недостатком данного способа является невозможность получения карбоната кобальта, содержащего менее 0,5% хлора, даже после многократных промывок. Существенным недостатком способа является неполнота осаждения кобальта, которая не превышает 95%. К недостаткам способа следует также отнести и получение очень густой пульпы, затрудняющей ее перемешивание.

Настоящее изобретение направлено на снижение содержания примесей хлора в получаемом карбонате двухвалентного кобальта при обеспечении пониженного содержания натрия, а также на повышение степени осаждения кобальта из хлоридного раствора.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе получения карбоната двухвалентного кобальта, включающем взаимодействие в реакционном объеме растворов карбоната натрия и хлорида кобальта при нагревании и перемешивании с получением осадка, содержащего карбонат кобальта, отделение осадка от маточного раствора и промывку его водой, согласно изобретению раствор хлорида кобальта вводят в раствор карбоната натрия, а осаждение карбоната кобальта ведут при постоянном избытке карбоната натрия, обеспечивающем его остаточную концентрацию после взаимодействия не менее 15 г/л.

На решение задачи направлено также то, что взаимодействие растворов хлорида кобальта и карбоната натрия ведут при температуре 65-90° С.

Решению данной задачи способствует то, что остаточная концентрация карбоната натрия составляет 15-80 г/л.

Решению данной задачи способствует также то, что растворы хлорида кобальта и карбоната натрия подают в реакционный объем в виде струй.

Решение поставленной задачи достигается тем, что промывку осадка карбоната кобальта ведут путем 2-5 водных репульпаций при Т:Ж=1:10-50 и температуре 65-95° С.

Решение поставленной задачи достигается и тем, что промывные воды от последней промывки используют для проведения первой репульпации или для приготовления раствора карбоната натрия.

Сущность настоящего изобретения состоит в том, что осаждение карбоната двухвалентного кобальта из раствора хлорида кобальта с использованием раствора карбоната натрия ведут при обязательном присутствии во всем реакционном объеме избытка осадителя по отношению к количеству хлорида кобальта. Это связано с тем, что в условиях, когда в системе находится стехиометрическое количество СоСl₂ или его избыток, могут образовываться осадки, содержащие после отмывки до 8% хлора, который входит в структуру карбоната кобальта, образуя мостиковые связи между отдельными слоями карбоната кобальта. Структурный хлор при водной отмывке не извлекается из полученных осадков и поэтому даже при проведении десяти репульпаций при Т:Ж=1:20 не удается снизить его остаточное содержание в отмытых и высушенных осадках менее 0,5%. Условием того, что избыток карбоната натрия в растворе будет присутствовать в течение всего взаимодействия, является подача раствора хлорида кобальта в раствор карбоната натрия, взятого в количестве, обеспечивающем после протекания реакции остаточную концентрацию карбоната натрия не менее 15 г/л, преимущественно 15-80 г/л.

Снижение остаточной концентрации карбоната кобальта менее 15 г/л ведет к неполноте осаждения кобальта и получению осадков, содержащих после отмывки более 0,05% хлора. Поддержание при осаждении остаточной концентрации карбоната натрия более 80 г/л ведет к тому, что существенно увеличивается расход карбоната натрия при некотором снижении степени осаждения кобальта.

Проведение операции осаждения при температуре 65-90° С обусловлено тем, что в этих условиях получаются хорошо фильтрующиеся, компактные осадки карбоната кобальта и достигается высокая степень осаждения кобальта из раствора. При температуре менее 65° С образуются более влажные осадки карбоната кобальта и снижается степень осаждения кобальта. Повышение температуры процесса выше 90° С сопровождается вспениванием раствора по причине начинающегося разложения соды согласно реакции

Na₂CO₃+Н₂О↔ NaHCO₃+NaOH;

2NaHCO₃→Na₂CO₃+СО₂+H₂O.

Кроме того, это ведет к увеличению энергозатрат без улучшения качества карбоната кобальта.

Проведение операции смешения раствора хлорида кобальта с раствором карбоната натрия в ограниченном объеме в виде струй путем подачи струи хлорида кобальта в струю карбоната натрия обеспечивает интенсивное перемешивание двух растворов и поддержание во всем реакционном объеме равномерного избытка осадителя.

Проведение операции промывки осадка карбоната кобальта водой является необходимым условием, обеспечивающим удаление из него остаточного маточного раствора, содержащего ионы Na и Сl.

Использование на операции отмывки карбоната кобальта предварительно нагретой воды способствует более эффективному удалению из осадков примесей натрия и хлора, а также ведет к снижению в осадках доли кристаллизационной воды. Использование для промывки воды с температурой менее 65° С нежелательно из-за необходимости увеличения ее расхода и снижения скорости фильтрации осадка карбоната кобальта. Использование воды с температурой более 95° С не обеспечивает дальнейшего улучшения показателей промывки при росте энергозартат. Кроме того, повышается вероятность окисления кобальта до 3-валентного состояния, что снижает качество продукта.

Проведение промывки осадка путем репульпации обеспечивает наиболее эффективную отмывку карбоната двухвалентного кобальта от примесей. Выбор для промывки 2-5 репульпации при Т:Ж=1:10-50 обеспечивает достаточную отмывку карбоната кобальта от примесей для получения качественного продукта при умеренном избытке воды по отношению к карбонату кобальта.

Использование фильтрата от последней промывки, содержащего минимальное количество ионов Сl и Na, на стадии первой промывки, а также для приготовления раствора карбоната натрия, обеспечивает дополнительное уменьшение расхода воды при обеспечении требуемого качества карбоната кобальта.

Из анализа Примеров и данных Таблицы видно, что заявленный способ получения карбоната двухвалентного кобальта позволяет, по сравнению с прототипом, уменьшить содержание примесей хлора не менее чем в 10 раз при обеспечении низкого остаточного содержания натрия в получаемом карбонате кобальта. Кроме того, способ обеспечивает повышение степени осаждения кобальта не менее чем на 5% и позволяет снизить расход воды на его получение.

Формула изобретения

1. Способ получения карбоната двухвалентного кобальта, включающий взаимодействие в реакционном объеме растворов карбоната натрия и хлорида кобальта при нагревании и перемешивании с получением осадка, содержащего карбонат кобальта, отделение осадка от маточного раствора и промывку его водой, отличающийся тем, что раствор хлорида кобальта вводят в раствор карбоната натрия, а осаждение карбоната кобальта ведут при постоянном избытке карбоната натрия, обеспечивающем его концентрацию после взаимодействия не менее 15 г/л.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что взаимодействие растворов хлорида кобальта и карбоната натрия ведут при температуре 65-90°С.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что остаточная концентрация карбоната натрия составляет 15-80 г/л.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что растворы хлорида кобальта и карбоната натрия подают в реакционный объем в виде струй.

5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что промывку осадка водой ведут путем 2-5 репульпаций при Т:Ж=1:10-50 и температуре 65-95°С.

6. Способ по п.1 или 5, отличающийся тем, что промывные воды от последней промывки используют для проведения первой репульпации или для приготовления раствора карбоната натрия.

Изобретение "СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАРБОНАТА ДВУХВАЛЕНТНОГО КОБАЛЬТА" (Касиков А.Г., Анхимов А.А., Демидов К.А., Кшуманева Е.С., Романова Л.М., Спиридонов В.Р., Субач Г.И., Хомченко О.А.) отмечено юбилейной наградой (25 лет Российской Академии Естествознания)
Медаль Альфреда Нобеля

Оформление наградных документов и заказ каталога