Способ получения раствора бромида цинка

 

Изобретение относится к технологии получения неорганических соединений, в частности раствора бромида цинка, и может быть использовано в йодобромной промышленности для получения основного компонента тяжелой буровой жидкости с удельным весом не менее 2,0 кг/дм³. Раствор бромида цинка получают абсорбцией брома непосредственно из бромовоздушной смеси абсорбентом, содержащим гидрооксид цинка в количестве 0,005 0,1 мас. бромид цинка и карбамид. Степень абсорбции брома 99,85% 4 табл.

Изобретение относится к технологии получения неорганических соединений и может быть использовано в иодобромной промышленности для получения основного компонента тяжелой буровой жидкости с удельным весом не менее 2,0 кг/дм³.

Имеется ряд работ по получению растворов бромидов металлов (в частности, кальция) абсорбцией брома из бромовоздушной смеси (БВС) путем взаимодействия с раствором гидроксида кальция в присутствии восстановителя карбамида, аммиака и пр. [1,2] Процесс ведут в абсорбционной колонне при температуре окружающей среды до концентрации бромида кальция в циркулирующем растворе 25 мас. степень извлечения брома из БВС достигает 99,5-99,9% Известен способ получения бромистого цинка путем обработки металлического цинка жидким бромом в водном растворе [3] Суспензию порошка металлического цинка в воде обрабатывают бромом при температуре 30-110^оС, поддерживая соотношение брома и воды равным 1-5 по массе, скорость подачи брома 0,5-6,0 кг/ч на 1 кг исходного цинка. Паровую фазу охлаждают и конденсат возвращают на стадию обработки бромом. После обработки реакционную массу выдерживают при 60-150^оС в течение 1-3 ч и удаляют непрореагирующий бром из раствора десорбцией. Путем упаривания раствора и охлаждения пульпы получают кристаллический продукт ZnBr₂.

Недостатками прототипа являются: многостадийность процесса, а именно необходимость получения жидкого брома в качестве полупродукта; проведение процесса получения ZnBr₂ в среде с высокой агрессивностью и при повышенной температуре, что требует сложного аппаратурного оформления; потери брома.

Цель изобретения упростить технологический процесс получения бромида цинка (уменьшить число стадий технологического процесса) и увеличить степень извлечения брома из бромовоздушной смеси.

Способ осуществляется следующим образом: поглощение брома из БВС проводят абсорбентом, содержащим гидроксид цинка и карбамид (в качестве восстановителя) по реакции: 3Br₂+3Zn(OH)₂+(NH₂)₂CO __ 3ZnBr₂+CO₂+N₂+5H₂O Гидроксид цинка добавляют в циркулирующий раствор в виде 40%-ной суспензии, поддерживая его концентрацию в интервале 0,002-0,1 мас. Из-за низкой растворимости гидроксида цинка рН циркулирующего раствора изменяется в узком интервале 6,5-7,3. Такие условия ведения процесса исключают образование нерастворимого осадка оксибромида цинка.

По достижении концентрации бромида цинка 20,0 0,5 мас. избыток гидроксида цинка отделяют фильтрацией и возвращают на стадию абсорбции. Для получения раствора, удовлетворяющего требованиям к компонентам тяжелых буровых жидкостей, отфильтрованный раствор упаривают до концентрации ZnBr₂ около 50 мас.

П р и м е р 1. В емкости готовят 2,18% карбамида и 0,005%-ный раствор Zn(OH)₂ (растворяют в 0,02 м³ воды, 0,446 кг карбамида и 0,0026 кг 40%-ной суспензии Zn(OH)₂, рН раствора 7,26. Полученный раствор циркулирует через абсорбционную колонну с площадью поперечного сечения 0,00442 м², поступая сверху, плотность орошения колонны 16,7 м³/м³ч. Снизу поступает бромовоздушная смесь с содержанием брома 2,815 г/м³ со скоростью 0,15 м/с. Раствор поступает самотеком в емкость, куда непрерывно в течение всего процесса подают 40% -ную суспензию Zn(OH)₂ в количестве 0,0113 кг/ч, поддерживая концентрацию его в растворе 0,003-0,005% Процесс продолжается до достижения концентрации бромида цинка в растворе около 18 мас.

Выход продукта 29,0 кг. Продукт содержит, мас. ZnBr₂ 16,51, Zn(OH)₂ 0,003, (NH₂)₂CO 0,072, H₂O 83,41, рН раствора 7,20.

Материальный баланс процесса по примеру 1 приведен в табл. 1. Указанные условия процесса являются оптимальными, достигается 99,75% степень абсорбции брома.

П р и м е р 2. В емкости готовят раствор с содержанием карбамида 2,51 мас. и гидроксида цинка 0,1 мас. (растворяют в 0,02 м³ воды 0,514 кг (NH₂)₂CO и 0,041 кг 40%-ной суспензии Zn(OH)₂), рН раствора 7,16. Полученный раствор циркулирует через абсорбционную колонну с площадью поперечного сечения 0,0442 м², поступая сверху, плотность орошения колонны 17,4 м³/м²ч. Снизу поступает БВС с содержанием брома 3,6 г/м³ со скоростью 0,3 м/с. Раствор поступает самотеком в емкость, куда непрерывно в течение всего процесса подают 40% -ную суспензию Zn(OH)₂ в количестве 0,0264 кг/ч, поддерживая концентрацию его 0,08-0,1% Процесс продолжают до достижения концентрации бромида цинка в растворе около 20 мас.

Выход продукта 31,37 кг. Продукт содержит, мас. ZnBr₂ 17,58; Zn(OH)₂ 0,084; (NH₂)₂CO 0,077; H₂O 82,26; рН раствора 7,08.

Материальный баланс процесса представлен в табл. 2. Указанные условия процесса также являются оптимальными, степень абсорбции брома составляет 99,85% П р и м е р 3. В емкости готовят раствор с содержанием карбамида 2,84% и гидроксида цинк 0,003% (растворяют в 0,020 м³ 0,585 кг (NH₂)₂CO и 0,0016 кг 40% суспензии Zn(OH)₂), рН растворa 6,86. Полученный раствор циркулирует через абсорбционную колонну с площадью поперечного сечения 0,00442 м², поступая сверху, плотность орошения колонны 20,6 м³/м²ч. Снизу поступает бромовоздушная смесь с содержанием бромa 2,816 г/м³ со скоростью 0,25 м/с. Раствор поступает самотеком в емкость, куда непрерывно подается 40%-ная суспензия гидроксида цинка со скоростью 0,0154 кг/ч, при этом содержание гидроксида цинка варьирует от 0,003% до полного его отсутствия.

Процесс продолжают до достижения концентрации ZnBr₂ в растворе около 20 мас.

Выход продукта 31,9 кг. Продукт содержит, мас. ZnBr₂ 19,66; (NH₂)₂CO 0,17; Zn(OH)₂ отсутствует, Н₂О 80,17% рН раствора 3,68.

Материальный баланс процесса представлен в табл. 3.

Указанные условия процесса не являются оптимальными, так как наблюдаются потери брома из-за недостатка гидроксида цинка в абсорбенте, степень извлечения брома составляет 92,53% П р и м е р 4. В емкости готовят раствор с содержанием карбамида 2,33% и гидроксида цинка 0,12% (растворяют в 0,02 м³ воды 0,500 кг карбамида и 0,615 кг 40% суспензии Zn(OH)₂), рН раствора 7,63. Полученный раствор циркулирует через абсорбционную колонну с площадью поперечного сечения 0,00442 м², поступая сверху, плотность орошения колонны 17,1 м³/м²ч. Снизу поступает бромовоздушная смесь с содержанием брома 3,260 г/м³ со скоростью 0,3 м/с. Раствор поступает самотеком в емкость, куда непрерывно подается 40%-ная суспензия гидроксида цинка со скоростью 0,0204 кг/ч, при этом концентрация гидроксида цинка в растворе достигает 0,12-0,14 мас.

Процесс продолжают до достижения концентрации бромида цинка в растворе около 18 мас.

Выход продукта 29,4 кг. Продукт содержит, мас. ZnBr₂ 18,20; (NH₂)₂CO 0,080; Zn(OH)₂ 0,081; H₂O 81,64, рН раствора 7,33.

Материальный баланс процесса представлен в табл. 4.

Указанные условия процесса не являются оптимальными, так как наблюдаются потери гидроксида цинка в виде осадка на дне емкости с абсорбентом из-за образования неустойчивой суспензии. Потерь брома при этом практически не наблюдается, степень извлечения брома из БВС составляет 99,44%

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РАСТВОРА БРОМИДА ЦИНКА, отличающийся тем, что процесс осуществляют абсорбцией брома непосредственно из бромовоздушной смеси раствором, содержащим гидроксид цинка, в количестве 0,005 0,100 мас. бромид цинка и карбамид.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2