Технологический расчет получения гидроксохромата висмута

4  Технологический расчет получения гидроксохромата висмута

Соединения висмута получают из металла марки Ви1 (не менее 98% Bi) путем растворения его гранул в азотной кислоте с концентрацией 7-9моль/л. При этом порядка 50% кислоты выделяется в газовую фазу в виде токсичных оксидов азота, а процесс растворения может быть описан уравнением:

Bi + 6НNО_з = Вi(NО_з)_з+ 3NO₂↑ + ЗН₂O                              (4.1)

Однако целесообразнее проводить предварительное окисление металлического висмута до оксида кислородом воздуха и введением в его расплав 20-30% оксида висмута при (350±50)⁰С, при перемешивании удается осуществлять диспергирование металла и получать агломераты размером не более 3 мм. В результате операции диспергирования реакционная поверхность металлического висмута увеличивается и соответственно повышается его способность к окислению:

4Bi + 3О₂ = 2ВiО₃                                                                 (4.2)   

При получении соединений висмута из металла предварительный перевод его в оксид позволяет получать концентрированные растворы различных солей висмута. При использовании азотной кислоты удается, по сравнению с реакцией (1), сократить ее расход, устранить выделение в атмосферу токсичных оксидов азота и получать концентрированный раствор нитрата висмута, процесс растворения протекает по уравнению:

Вi₂О₃ + 6HNO₃ = 2Bi(NO₃)₃ + ЗН₂О.                                  (4.3)

Очистку висмута от примесных металлов осуществляют обычно на стадии гидролиза при добавлении к раствору нитрата висмута раствора щелочного реагента. При осаждении висмута из нитратных растворов добавлением щелочных реагентов  (водного раствора аммиака, едкого натра, карбонатов натрия или аммония) степень извлечения висмута в осадок существенно зависит от рН среды. Увеличение рН раствора до 0,8-1,0 позволяет достичь практически полного осаждения висмута (остаточная концентрация Bi в растворе 5-2 г^.л^-1). Гидролиз раствора нитрата висмута проходит по реакции:

6Bi(NO₃)₃ + HNO₃ +14NaOH = [Bi₆O₅(OH)₃](NO₃)₅^.3H₂O↓                 (4.4)

+ 14NaNO₃ + 3 H₂O

Получение гидроксохромата висмута производится взаимодействием тригидрата нитрата оксогидроксовисмута (III) состава [Bi₆O₅(OH)₃](NO₃)₅^.3H₂O (содержание висмута 72,28 % и нитрат-ионов 17,38 %) и  водного раствора дихромата калия, проведенного при температуре (23±1) ⁰С и при начальной концентрации азотной кислоты в растворе, равной 0,85 моль/л, по реакции:

[Bi₆O₅(OH)₃](NO₃)₅^.3H₂O +3 K₂Cr₂O₇ + HNO₃ = 6BiOHCrO₄↓             (4.5)

+ 6KNO₃ + 2H₂O

В целом процесс получения гидроксохромата висмута протекает по следующей принципиальной функциональной схеме (рис. 4.1):

Рисунок 4.1 – Функциональная схема получения гидроксохромата висмута

Технологическая схема (рис. 4.2) включает следующие стадии: получение оксида висмута окислением кислородом воздуха, растворение полученного оксида в азотной кислоте, гидролитическую очистку висмута от сопутствующих металлов при его осаждении в виде тригидрата нитрата оксогидроксовисмута (III), фильтрацию и сушку продукта. В работе используется металлический висмут марки Ви 1, содержащий (в  мас.%): висмута – 98,3; свинца – 1,43; серебра – 5,6×10^-2; меди – 9,5×10^-3; железа – 6,2×10^-3; цинка –  6,4×10^-4; олова – 1,0×10^-3; сурьмы