Свойства кобальта и его комплексных соединений

Размещено на http://www.allbest.ru

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Теоретическая часть

1.1 Общая характеристика кобальта

1.2 Физические и термодинамические свойства кобальта

1.3 Общая характеристика комплексов кобальта

1.4 Химические свойства комплексов кобальта

1.5 Способы получения кобальта и его комплексных соединений

1.6 Строение кристаллической решетки

1.7 Методы качественного анализа определения ионов , ,

1.8 Применение

2. Практическая часть

2.1 Выбор метода синтеза

2.2 Методика синтеза и его проведение

2.3 Техника безопасности

2.4 Расчет практического выхода вещества

3. Методы подготовки сырья

Заключение

Библиографический список



ВВЕДЕНИЕ

Соединения кобальта представляют особый интерес, так как из трех основных ферромагнитных металлов - железа, никеля и кобальта - последний обладает наиболее высокой точкой Кюри, т. е. той температурой, при которой металл утрачивает свойство быть магнитом. Если для никеля точка Кюри составляет всего 358°С, для железа 770°С, то для кобальта она достигает 1130°С. И так как магнитам приходится трудиться в самых разнообразных условиях, в том числе и при весьма высоких температурах, кобальту суждено было стать важнейшим компонентом магнитных сталей. Кобальт входит в состав витамина В12, в котором содержится 4,5 % кобальта. Это единственный витамин, в состав которого входит металл. Биологическая роль этого витамина очень велика. При отсутствии в организме витамина В12 развивается злокачественное малокровие. Витамин В12 потребляется и микробами, в том числе теми, которые живут в кишечнике человека [1]. кобальт кристаллический ион соединение

Целью данной курсовой работы является изучение свойств кобальта и его комплексных соединений, области применения и получение непосредственно комплексного соединения кобальта на примере синтеза [Co].



1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Общая характеристика кобальта

Кобальт - элемент побочной подгруппы восьмой группы четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, атомный номер 27. Обозначается символом Co (лат. Cobaltum)[2].

Содержание кобальта в литосфере 1,8·10-3% по массе. В земной коре он мигрирует в магмах, горячих и холодных водах. При магматической дифференциации кобальт накапливается главным образом в верхней мантии: его среднее содержание в ультраосновных породах 2·10^-2 % . С магматическими процессами связано образование так называемых ликвационных месторождений кобальтовых руд. Концентрируясь из горячих подземных вод, кобальт образует гидротермальные месторождения; в них Со связан с Ni, As, S, Cu. Известно около 30 минералов кобальта. В биосфере кобальт преимущественно рассеивается, однако на участках, где есть растения - концентраторы кобальта, образуются кобальтовые месторождения. В верхней части земной коры наблюдается резкая дифференциация кобальта - в глинах и сланцах в среднем содержится 2·10^-3 % Кобальта, в песчаниках 3·10^-5 , в известняках 1·10^-5 . Наиболее бедны кобальтом песчаные почвы лесных районов. В поверхностных водах кобальта мало, в Мировом океане его лишь 5·10^-8 % . Будучи слабым водным мигрантом, кобальт легко переходит в осадки, адсорбируясь гидрооксидами марганца, глинами и других высокодисперсными минералами. Кобальт входит в состав минералов: каролит CuCo₂S₄, линнеит Co₃S₄, кобальтин CoAsS, сферокобальтит CoCO₃, смальтин CoAs₂, скуттерудит (Co, Ni)As₃ и других. Всего известно около 30 кобальтосодержащих минералов. Кобальту сопутствуют железо, никель, марганец и медь. Содержание в морской воде приблизительно (1,7)·10^-10 %. В природе кобальт всегда встречается вместе с никелем, главным образом в виде соединений с мышьяком. Важнейшими из минералов кобальта являются кобальтовый шпейс (смальтит) CoAs₂ и кобальтовый блеск (кобальтит) CoAsS. Ничтожные количества кобальта имеются в морской воде (10^-7 %) и в воде минеральных источников. Кобальт входит в состав более 30 минералов. К ним относятся каролит CuCo₂SO₄, линнеит Co₃S₄, кобальтин CoAsS, сферокобальтит CoCO₃, смальтит СоAs₂ и другие. Как правило, кобальту в природе сопутствуют его соседи по 4-му периоду - никель, железо, медь и марганец[3].

1.2 Физические и термодинамические свойства кобальта

Кобальт -- твердый, блестящий металл, похожий на железо, существующий в двух модификациях [1]. При температурах от комнатной до 427°C устойчива альфа-модификация (кристаллическая решетка гексагональная с параметрами а=0,2505 нм и с=0,4089 нм). Плотность 8,90 кг/дм³. При температурах от 427°C до температуры плавления (1494°C) устойчива бета-модификация кобальта (решетка кубическая гранецентрированная). Температура кипения кобальта около 2960°C. Кобальт -- ферромагнетик и сохраняет ферромагнетизм от низких температур до точки Кюри 1121°C. Стандартный электродный потенциал Со⁰/Со²⁺ -0,29 B. Удельный вес 8,8. Кобальт очень тягуч. Он обладает большой твердостью и прочностью, чем сталь. Желтоватый оттенок ему придает тонкий слой оксидов. Атомный радиус 1,25Е, ионные радиусы Со²⁺ 0,78Е и Со³⁺ 0,64Е. Теплоемкость 0,44 кДж/(кг·К), или 0,1056 кал/(г·°С); теплопроводность 69,08 вт/(м·К), или 165 кал/(см·сек·°С) при 0-100 °С. Механические свойства Кобальта зависят от способа механической и термической обработки. Предел прочности при растяжении 500 Мн/ для кованого и отожженного Кобальта; 242-260 Мн/ для литого; 700 Мн/ для проволоки. Твердость по Бринеллю 2,8 Гн/ для наклепанного металла, 3,0 Гн/ для осажденного электролизом; 1,2-1,3 Гн/ для отожженного.[2][3]



1.3 Общая характеристика комплексов кобальта

Для кобальта характерно образование комплексных соединений. Так, в качестве лигандов при образовании комплексов с кобальтом часто выступают молекулы аммиака NH₃. При действии аммиака на растворы солей кобальта (II) возникают амминные комплексы кобальта красного или розового цвета, содержащие катионы состава [Co(NH₃)_6-n(H₂O)_n]²⁺. Эти комплексы довольно неустойчивы и легко разлагаются даже водой.[5]

Значительно стабильнее амминные комплексы трехвалентного кобальта, которые можно получить действием аммиака на растворы солей кобальта в присутствии окислителей. Подразделяют несколько групп аммиакатов:

Гексааммиакаты (лутеосоли) - желтые или коричневые кристаллы, устойчивы в концентрированной серной кислоте. Например, .

Пентааммиакаты

, (X= Г-, , и др.) малиново-красного цвета

При X= существуют 2 изомера:

нитро => Солевая изомерия

нитрито => Солевая изомерия

кирпично-красные кристаллы

красного цвета => Ионизационная изомерия

красно-фиолетового цвета => Ионизационная изомерия

Тетрааммиакаты

, 2 изомера: цис- и транс-.

и => Ионизационная и гидратная изомерия

и = > Ионизационная и гидратная изомерия

Триаммиакаты

, X= ,

, X=

Число соединений значительно больше, если учесть изомерные формы. Для кобальта (особенно для Co(III)) известны различные аммиакосодержащие комплексные соединения. Получены гекса-, пента-, тетра-, три- и диамины Co(III).

Аммонолиз аммиакатов Co(III).

В жидком аммиаке возможен аммонолиз аммиакатов Co(III) с образованием комплексов с амидными группами NH₂

Аминаты.

Для Co(III) очень характерны разнообразные комплексы с аминами: с этилендиамином, гидроксиламином, пиридином, этиламином и многими другими аминами.

1.4 Химические свойства комплексов кобальта

Аммиакаты на примере хлорида гексаамминкобальта (III)

1) Разлагаются при нагревании:

2) Разлагаются с горячей водой:



3) Реагируют с разбавленными кислотами:

4) Реагируют со щелочами:

Аммиакаты на примере хлорида гексаамминкобальта (II)

1) Разлагаются при нагревании:

2) Реагируют с кислотами:

3) Реагируют со щелочами:

4) Во влажном состоянии медленно окисляются кислородом воздуха:

5) Окисляются перекисью водорода:



1.5 Способы получения кобальта и его комплексных соединений

Способ получения кобальта и его соединений включает перевод кобальта из кобальтсодержащего сырья в раствор, осаждение гидроокиси кобальта(III) с применением окислителя и нейтрализатора, растворение гидроокиси кобальта(III) с переводом кобальта(III) в кобальт(II). Затем ведут очистку полученного раствора от примесей и получение металлического кобальта или его соединений. Растворение гидроокиси кобальта(III) ведут с участием регенерируемых восстановленных форм солей железа и/или меди в диапазоне окислительно-восстановительного потенциала 300-700 мВ относительно хлорсеребряного электрода сравнения и рН 1-3, регулируя температуру процесса с помощью испарительного охлаждения. Регенерацию восстановленных форм железа и/или меди осуществляют в отдельном аппарате с использованием восстановителя. При недостатке содержания меди и железа в поступающем в процесс сырье осуществляют очистку раствора выщелачивания от меди цементацией и рециркуляцию продукта очистки на стадию регенерации восстановленных форм железа и/или меди. Техническим результатом изобретения является повышение интенсивности вскрытия исходного сырья и упрощение процесса. (рис. 1)[8].

рис.1

Все известные способы получения кобальта, включающие переработку гидроокиси кобальта(III), предусматривают кислотную обработку этого материала с использованием восстановителей, обеспечивающих перевод практически нерастворимых оксидов кобальта степени окисления выше(II) в водорастворимые соли кобальта степени окисления(II), то есть сводятся к кислотному растворению гидроокиси кобальта(III) с участием восстановителя. В качестве восстановителей используются различные минеральные или органические соединения, которые вводятся в кислую пульпу гидроокиси кобальта(III). Так, в частности, согласно патенту РФ № 2138446 и патенту РФ № 2106417 в качестве восстановителей используются соединения гидроксиламина, согласно патенту РФ № 2094551 - гидразина, а по патенту РФ № 2141452 в качестве восстановителя используется пероксид водорода.

Получение фосфат акваамминкобальт (II)

Изобретение относится к новым химическим веществам координационного строения, а именно к аквааммиакатам кобальта (II) в твердом состоянии общей формулы Co₃(PO₄)₂ • xNH₃ • yH₂O, где х 5-12; y 8-11, и к способу их получения. Сущность изобретения заключается в достижении поставленной цели путем синтеза твердого фосфата акваамминкобальта (II) насыщением среднего гидратированного фосфата кобальта (II) газообразным аммиаком при заданной температуре и продолжительности реакции. Вещество указанного состава получают следующим образом: в качестве исходного реагента используют твердый порошкообразный трехзамещенный фосфат кобальта (II) октагидрат; синтез проводят в следующем порядке. Навеску Co₃(PO₄)₂ • 8H₂O помещают на подложку слоем толщиной 2 - 3 мм и вносят в герметично закрывающуюся камеру, заполненную газообразным аммиаком. Навеску Co₃(PO₄)₂ • 8H₂O выдерживают в течение необходимого времени в атмосфере аммиака, затем извлекают из камеры и выдерживают на воздухе до постоянной массы.

Известен ряд аммиакатов кобальта, содержащих в качестве иона-комплексообразователя Со (III). В частности, есть сведения о существовании и способах получения фосфатов амминокобальта (III):

1)[Co(NH₃)₅PO₄] • 3H₂O. Метод получения данного соединения основан на реакции сольволиза, а именно на взаимодействии твердой соли состава [CoY(NH₃)₅]^Z+ (где Y анион кислоты, которая легко может быть замещена) и кислоты НХ, безводной или содержащей минимальное количество воды во избежание акватации. Применительно к данному соединению в качестве исходных реагентов использован Н₃РО₄ 85 мас. и твердую соль [CoCO₃(NH₃)₅]NO₃, смесь которых нагревали при 80-90^оС в течение 7 ч. Затем реакционную массу охлаждали, обрабатывали избытком метанола до образования осадка красного цвета, выдерживали 2 сут. на холоду и определяли осадок. Твердую фазу растворяли в минимальном количестве воды, раствор пропускали через ионообменную колонку со слабоосновным анионитом в ОН^- форме, а затем обрабатывали концентрированным водным аммиаком и этанолом до образования осадка розового цвета, который отделяли и промывали этанолом и эфиром. Выход целевого продукта 65% от теоретического.

2) [Co(NH₃)₄PO₄] • 2H₂O. Метод получения этого соединения основан на взаимодействии комплексной аммиачной соли Со (III) с гидрофосфатом аммония. В качестве исходного вещества использовали нитрат карбонатотетраамминокобальта (III) [CoCO₃(NH₃)₄] NO₃, раствор которого смешивали с раствором (NH₄)₂HPO₄ и смесь выдерживали при 0^оС в течение двух дней. Выход целевого продукта 48,3 от теоретического.

Известны методики получения [Co(NH₃)₄PO₄] • 2H₂O:

а) путем обработки раствора [Co(NH₃)₄(H₂O)₃] Cl₃ избытком раствора (NH₄)₂HPO₄ при нагревании и добавлении 85%-ного этанола, выход целевого продукта 80% от теоретического;

б) путем обработки раствора комплексной соли [Co(NH₃)₃H₂OCl₂]Cl раствором (NH₄)₂HPO₄ и концентрированным водным аммиаком при нагревании. Выход 46 от теоретического[9].



1.6 Строение кристаллической решетки

Вещество [Co]

лиганды и

комплексообразователь

координационное число 6

Для комплексов с координационным числом 6 характерно октаэдрическое расположение лигандов (рис. 2), что отвечает sp3d2- или d2sp3- гибридизации атомных орбиталей комплексообразователя. Октаэдрическое строение комплексов с координационным числом 6 является наиболее энергетически выгодным.

рис. 2

У атома кобальта валентные электроны заполняют орбитали следующим образом:

Co

Во внутренней сфере между комплексообразователем и лигандами формируются полярные ковалентные связи. Частицы внешней сферы удерживаются около комплекса за счет электростатического ионного взаимодействия, т.е. характер связи - преимущественно ионный. Для объяснения химической связи в комплексных соединениях используют метод валентных связей (ВС),теорию кристаллического поля.

рис.3 схематичное строение комплексов кобальта на плоскости

Таким образом, комплекс [Co] диамагнитный, октаэдрический.

1.7 Методы качественного анализа определения ионов , ,

Для начала разрушим комплекс:

1) при помощи щелочи

Обнаружение

После распада комплекса ионы аммиака можно легко обнаружить, добавив реактив Несслера



образуется красно-бурый осадок.

Также можно добавить щелочь и нагреть раствор, при этом держа над пробиркой влажную лакмусовую бумажку ( при выделении газообразного аммиака индикатор приобретает синий цвет). Еще один метод - смочить кончик стеклянной палочки в соляной кислоте и в парах аммиака будет наблюдаться белый дым

Обнаружение

· Реакция с 1-нитрозо-2-нафтолом - реактив Ильинского (рис.3). Его можно представить в двух таутамерных формах

рис. 4

образуется пурпурно-красный осадок

· Реакция с нитрозо-R-солью. Нитрозо-R-соль, так же как и реактив Ильинского, можно представить в двух таутомерных формах (рис. 4)

рис. 5

Реакцию проводят в кислой среде при нагревании, в результате чего выпадает красный осадок внутрикомплексного соединения :

Обнаружение

· Реакция с дифениламином

Нитрат-ион при реакции с дифениламином в среде концентрированной серной кислоты переводит данный органический реагент в продукт его окисления - синий дифенилдифенохинондиимин ("голохиноид"). Происходит в 2 фазы: необратимое (рис. 6) и обратимое (рис. 7) окисление

рис. 6

рис. 7

Реакция с металлической медью

Проводится в среде концентрированной серной кислоты с металлической медью при нагревании с образованием буро-желтых паров



· Реакция с сульфатом железа (II) и концентрированной серной кислотой

Реакция идет при нагревании, образуя соединение состава бурого цвета:

· Реакция с антипирином

Образует с антипирином в кислой среде нитроантипирин ярко-красного цвета (рис. 8)[10].

рис. 8

1.8 Применение кобальта и его комплексных соединений

Кобальт в виде порошка используют в основном в качестве добавки к сталям. При этом повышается жаропрочность стали, улучшаются ее механические свойства (твердость и износоустойчивость при повышенных температурах). Кобальт входит в состав твердых сплавов, из которых изготовляется быстрорежущий инструмент. Один из основных компонентов твердого сплава - карбид вольфрама или титана - спекается в смеси с порошком металлического кобальта. Именно кобальт улучшает вязкость сплава и уменьшает его чувствительность к толчкам и ударам. Так, например, резец из суперкобальтовой стали (18% кобальт) оказался самым износоустойчивым и с лучшими режущими свойствами по сравнению с резцами из ванадиевой стали (0% кобальт) и кобальтовой стали (6% кобальт). Также кобальтовый сплав может использоваться для защиты от износа поверхностей деталей, подверженных большим нагрузкам. Твердый сплав способен увеличить срок службы стальной детали в 4-8 раз.

Также стоит отметить магнитные свойства кобальта. Данный металл способен сохранять данные свойства после однократного намагничивания.

Магниты должы иметь высокое сопротивление к размагничиванию, быть устойчивыми по отношению к температуре и вибрациям, легко поддаваться механической обработке. Добавление кобальта в стали позволяет им сохранять магнитные свойства при высоких температурах и вибрациях, а также увеличивает сопротивление размагничиванию. Так, например, японская сталь, содержащая до 60% кобальта, имеет большую коэрцитивную силу (сопротивление размагничиванию) и всего лишь на 2-3,5% теряет магнитные свойства при вибрациях. Магнитные сплавы на основе кобальта применяют при производстве сердечников электромоторов, трансформаторов и в других электротехнических устройствах.

Стоит отметить, что кобальт также нашел применение в авиационной и космической промышленности. Кобальтовые сплавы постепенно начинают конкурировать с никелевыми, которые хорошо зарекомендовали себя и давно используются в данной отрасли промышленности. Сплавы, содержащие кобальт, используются в двигателях, где достигается достаточно высокая температура, в конструкциях авиационных турбин. Никелевые сплавы при высоких температурах теряют свою прочность (при температурах от 1038°С) и тем самым проигрывают кобальтовым.

В последнее время кобальт и его сплавы стали применяться при изготовлении ферритов, в производстве «печатных схем» в радиотехнической промышленности, при изготовлении квантовых генераторов и усилителей. Кобальтат лития применяется в качестве высокоэффективного положительного электрода для производства литиевых аккумуляторов. Силицид кобальта отличный термоэлектрический материал и позволяет производить термоэлектрогенераторы с высоким КПД. Соединения кобальта, введенные в стекла при их варке, обеспечивают красивый синий (кобальтовый) цвет стеклянных изделий[11]. Фосфаты акваамминкобальта (II) могут использоваться как биологически активные соединения, содержащие одновременно в составе молекулы макроэлементы фосфор и азот, а также микроэлемент кобальт. Указанные вещества ускоряют развитие и рост растений в сельском хозяйстве. Они также могут найти применение в органическом синтезе в качестве катализаторов[9]. - пигмент для художественных красок и росписи на стекле и фарфоре. Используют комплексные соединения для осаждения малорастворимых осадков. Например, многие катионы тяжелых металлов образуют с гексацианокобальтом (III) ярко - окрашенные, малорастворимые соли, - зеленый, - желтый. Большинство комплексных соединений имеет характерную окраску, поэтому их применяют в качественном и количественном анализе. Ряд катионов обнаруживают путем образования комплексных соединений. Так открывают ионы: - желтый осадок), - синий осадок), - синий и - красный) и другие[12].



2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Выбор метода получения

1 способ

Готовят отдельно два раствора: 9 г хлорида кобальта (II) в 25 мл воды (раствор 1) , 10 г хлорида аммония и 14 г нитрата натрия в 75 мл воды (раствор 2). Эти растворы смешивают на холоде и к смеси приливают 50 мл 20%-ного водного раствора аммиака. Затем через смесь просасывают в течение 2 ч сильный ток воздуха:

Темно-коричневый раствор разливают в фарфоровые чашки и оставляют на несколько дней в эксикаторе или под тягой до испарения половины жидкости. Выпавшие желто-бурые кристаллы отсасывают, промывают холодной водой до полного удаления хлоридов и высушивают на воздухе[13].

2 способ

Идентичен 1 способу в приготовлении растворов и смешивании их.

Отличается способ промывания и фильтрации препарата:

Для полной очистки сырой продукт делят на 4-5 частей и каждую часть отдельно промывают на фильтре горячей водой, подкисленной уксусной кислотой; при этом тринитротриамминкобальт переходит в раствор. Через некоторое время из фильтрата выпадают желто-бурые мелкие кристаллики. Их отсасывают, промывают спиртом, высушивают[14].

2.2 Методика синтеза и его проведение

Реактивы: хлорид кобальта (II) - 9 г, нитрат натрия - 14 г, хлорид аммония - 10 г, раствор аммиака (w () = 20%), перекись водорода концентрированная.

Посуда и оборудование: химические стаканы, вместимостью 250 мл (2 шт), емкость со льдом, мерный цилиндр, вместимостью 100 мл , стеклянная палочка, весы, фильтровальная бумага, воронка Бюхнера.

Проведение синтеза:

1) Готовим 1 раствор:

2) Готовим 2 раствор:

3) Охлаждаем 2 раствора и сливаем в один стакан

4) Окисляем перекисью водорода

5) Разливаем по чашам и ставим сушиться

6) Промываем образовавшиеся кристаллы

2.3 Техника безопасности

В данном синтезе идет работа с аммиаком, поэтому реакции нужно проводить в вытяжном шкафу. Ни в коем случае не нужно вдыхать при близком расстоянии пары аммиака - это может повредить слизистую носа, зрение и вызвать отравление, сильный кашель, удушье. При контакте с кожей - жгучая боль, отек, ожег с пузырями. При отравлении аммиаком необходимо оказать первую медицинскую помощь: промыть глаза и лицо водой, надеть противогаз или ватно-марлевую повязку, смоченную 5% раствором лимонной кислоты, открытые участки кожи обильно промыть водой, немедленно покинуть очаг заражения. После завершения работы тщательно помыть руки с мылом[15].

2.4 Расчет практического выхода вещества

По уравнению реакции

рассчитаем теоретическую массу вещества

n(==0,038 моль;

n== 0,165 моль;

n== 0,186 моль;

n= = 0,401 моль;

по пропорции найдем n()= 0,038 моль.

()= 0,038 моль • 296 г/моль = 11, 25 г.

Мы взвесили получившееся вещество и получили =8,47 г

Рассчитываем выход по формуле: ?

? •100% = 75, 3 %



3. МЕТОДЫ ПОДГОТОВКИ СЫРЬЯ

В настоящее время известно много способов по переработке и обогащения сырья.

Кобальт

1) Кобальт - относительно редкий металл, и богатые им месторождения в настоящее время практически исчерпаны. Поэтому кобальтсодержащее сырье (часто это никелевые руды, содержащие кобальт как примесь) сначала обогащают, получают из него концентрат. Далее для извлечения кобальта концентрат или обрабатывают растворами серной кислоты или аммиака, или методами пирометаллургии перерабатывают в сульфидный или металлический сплав. Этот сплав затем выщелачивают серной кислотой.

Иногда для извлечения кобальта проводят сернокислотное «кучное» выщелачивание исходной руды (измельченную руду размещают в высоких кучах на специальных бетонных площадках и сверху поливают эти кучи выщелачивающим раствором). Для очистки кобальта от сопутствующих примесей все более широко применяют экстракцию.

Наиболее сложная задача при очистке кобальта от примесей - это отделение кобальта от наиболее близкого к нему по химическим свойствам никеля. Раствор, содержащий катионы двух этих металлов, часто обрабатывают сильными окислителями - хлором или гипохлоритом натрия NaClO.

Чёрный осадок прокаливают для удаления воды, а полученный оксид восстанавливают водородом или углеродом. Металлический кобальт, содержащий до 2-3% примесей (никель, железо, медь), может быть очищен электролизом.

2) Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к технологии производства огневого кобальта в электродуговых печах постоянного тока. Способ включает плавку шихты из оксидов кобальта и углеродистого восстановителя, восстановление и обезуглероживание кобальта после полного расплавления. При этом плавку ведут при содержании углеродистого восстановителя в шихте 16-21 мас.%. Обезуглероживание проводят при силе тока в дуге, составляющей 90-95% от его максимального значения. При достижении концентрации углерода в кобальте 0,3% силу тока устанавливают максимальной и равной 6,3 кА. Техническим результатом является увеличение удельной производительности процесса и сокращение удельного расхода электроэнергии. Прототипом изобретения является способ получения кобальта восстановительной плавкой оксидов кобальта, когда операции плавки и обезуглероживания металлического кобальта осуществляют при напряжении 300 В и силе тока в дуге 5,5 кА.

При этом общая производительность процесса по металлическому кобальту составляет 0,260-0,285 т Со/ч, удельная производительность по шихте (смесь оксидов кобальта и восстановителя) 0,37-0,42 т/ч, удельный расход электроэнергии 1627-2311 кВт-ч/т. Содержание восстановителя в шихте плавки составляло 13-14% [16].

Получение хлорида кобальта:

Действием хлора на нагретый до 550--600 °C порошкообразный кобальт Растворением окислов или карбоната кобальта в НСl с последующей дегидратацией в вакууме при 150 °C или обработкой SOCl₂

Получение нитрата натрия

1) Изобретение относится к способу получения нитрата натрия. Способ включает обработку нитрит-нитратного щелока отходящими газами аффинажного производства, содержащими оксиды азота, до стабилизации величины pH 2,0-0,5 в течение 15-20 мин. Способ получения нитрата натрия из нитрит-нитратного щелока обработкой его при температуре 80-90^оС и перемешивании раствором азотной кислоты

3NaNO₂ + 2HNO₃ = 3NaNO₃ + H₂O + 2NO

Сущность способа заключается в том, что в водной пульпе происходит инверсия нитрита натрия в нитрат натрия за счет взаимодействия с оксидами азота

NaNO₂ +NO₂ =NaNO₃ +NO(2)

При этом щелочная среда исходного раствора, содержащего NaNO₂, NaNO₃, NaOH (рН 12-9), превращается в нейтральную по реакции (2) (водный раствор NaNO₃) и при дальнейшем барботаже через раствор оксидов азота среда становится кислой за счет реакций

2NO₂ +H₂O=HNO₂ +HNO₃ (3)

NO₂ + NO + H₂O = 2HNO₂ (4)

3HNO₂ =HNO₃ +2NO+H₂O(5)

3NO₂ +H₂O=2HNO₃ +NO(6)

Такое изменение кислотности реакционных растворов позволяет легко контролировать окончание процесса инверсии нитрита натрия в нитрат натрия по величине рН раствора.

Стабилизация рН в выбранном интервале (2,0-0,5) в течение 15-20 мин при 70-90^оС обеспечивает завершенность процесса превращения нитрита в нитрат натрия в оптимальных условиях.

Увеличение рН выше 2 приводит к неполноте превращения NaNO₂ в NaNO₃, а уменьшение рН ниже 0,5 приводит к повышенной концентрации в растворе азотной кислоты, полученной по реакциям (3), (5), (6), и повышенному расходу реагентов на ее нейтрализацию при последующем выделении из раствора кристаллического нитрата натрия.

Время стабилизации рН выбрано из условия достижения равновесия при 70-90^оС. При стабилизации рН в течение менее 15 мин наблюдается неполнота инверсии; при времени более 20 мин затрачивается лишняя энергия на поддержание заданной температуры раствора [17].

2) Изобретение относится к способам получения нитрита натрия и абсорбционным аппаратам для проведения процесса и может быть использовано в химической промышленности и других отраслях хозяйства. Сущность изобретения заключается в том, что абсорбцию горячей газовой смеси, получаемой в результате окисления аммиака и содержащей водяные пары, кислород и окислы азота, водным раствором гидроокиси натрия, ведут в заполненном гидроокисью натрия вертикальном цилиндрическом аппарате, при этом газ и исходный раствор гидроокиси натрия подают в нижнюю секцию абсорбционной зоны и выводят из верхней секции абсорбционной зоны. Процесс ведут в абсорбционном аппарате, который выполнен многосекционным, внутреннее пространство корпуса разделено на верхний и нижний отсеки перегородкой, на которой установлен барботер, а корпус снабжен штуцерами подачи циркуляционного раствора, выхода продукционного раствора и отвода выхлопных газов, верхний отсек разделен ситчатыми тарелками на секции, на высоте 2/3 верхнего отсека установлены,

по меньшей мере, две сепарационные тарелки с переливными патрубками, одна из тарелок сообщается с нижним отсеком аппарата, другая - с нижней частью верхнего отсека, барботер выполнен в виде цилиндра, верхний торец которого снабжен перфорированной отверстиями перегородкой (рис. 10). Изобретение позволяет увеличить выход готового продукта за счет повышения отношения нитрита натрия к нитрату натрия, улучшить качество продукта, так как в отдельных случаях получают нитрит натрия без примеси нитрата натрия, с низким содержанием гидроокиси натрия [18].



рис.10

Получение аммиака

1) Способ получения аммиака из углеводородного сырья, водяных паров, воздуха, включает компримирование и очистку сырья от соединений серы, паровую и паровоздушную каталитическую конверсию метана, конверсию оксида углерода, очистку полученной азотоводородной смеси от кислородсодержащих соединений, компримирование, синтез аммиака в замкнутом цикле, использование неочищенного от соединений серы сырья в качестве топлива, утилизацию тепла дымовых газов и выделение их в

окружающую среду и отличается тем, что часть сырья, равную 0,001-0,048 от количества углеводородного сырья, прошедшего очистку от соединений серы, сжигают в смеси с компримированным воздухом, а полученные дымовые газы в количестве 0,0146-1,685 от количества воздуха, направляемого на паровоздушную каталитическую конверсию метана, подают на паровоздушную каталитическую конверсию метана. Технический результат состоит в уменьшении расхода углеводородного сырья, снижении выбросов в атмосферу и утилизации тепла отходящих дымовых газов [19].

2) Изобретение относится к способу получения аммиака из азота и водорода и может быть использовано в химической промышленности. Аммиак 3 получают из состоящей по существу из азота и водорода газовой смеси 4, полученной из природного газа 5 следующим образом. Из природного газа 5 путем частичного окисления газом 6, обогащенным кислородом, в присутствии водяного пара получают содержащий водород и моноксид углерода неочищенный синтез-газ 7, из которого во время по меньшей мере одной стадии каталитической реакции (сдвига) и превращения части моноксида углерода в диоксид углерода получают конвертированный содержащий водород, диоксид углерода и моноксид углерода синтез-газ 8. Из полученного синтез-газа 8 на по меньшей мере одной стадии декарбонизации по меньшей мере частично удаляют диоксид углерода 20а, а на по меньшей мере одной стадии очистки по меньшей мере частично удаляют моноксид углерода 22а. По меньшей мере на одной стадии очистки конвертированного синтез-газа используют по меньшей мере одно молекулярное сито. Обогащенный кислородом газ содержит по меньшей мере 50% кислорода, а давление, при котором осуществляется частичное окисление, составляет от 40 до 150 бар (рис. 9). Способ позволяет повысить эффективность, снизив при этом расход энергии и эксплуатационные затраты за счет снижения количества исходного углеводородного сырья [20].

рис. 9

Получение хлорида аммония

1) Изобретение относится к химической промышленности, а именно к способам получения зернистого хлорида аммония. Сущность способа получения зернистого хлорида аммония заключается во взаимодействии газообразных аммиака и хлористого водорода в присутствии псевдоожижаемого компонента, в качестве которого используют гранулы инертного материала, а взаимодействие газообразных аммиака и хлористого водорода осуществляют, подавая их раздельно в контактный аппарат для создания псевдоожиженного слоя гранул инертного материала, орошаемого водой или раствором хлорида аммония. Заявляемый способ позволяет увеличить выход целевого продукта до 95-97 мас.% и увеличить удельную производительность по готовому продукту за счет увеличения суммарной концентрации исходных реагентов в эквимолекулярном соотношении.

Поставленная задача достигается тем, что в способе получения зернистого хлорида аммония путем взаимодействия газообразных аммиака и хлористого водорода в присутствии псевдоожижаемого компонента, в качестве псевдоожижаемого компонента используют гранулы инертного материала, а взаимодействие осуществляют, подавая газообразные аммиак и хлористый водород раздельно в контактный аппарат, содержащий псевдоожиженный слой гранул инертного материала, орошаемый водой или раствором хлорида аммония [21].



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведен литературный обзор. Изучены физические и химические свойства кобальта и его комплексных соединений. Исследованы способы получения кобальта и его некоторых комплексных соединений, такие как получение кобальта и его соединений из кобольтсодержащего сырья, реакцией сольволиза и др. Изучено строение кристаллической решетки - октаэдрическое. Рассмотрено применение комплексных соединений кобальта в качестве добавки к сплавам, пигментов, биологически активных соединений. Осуществлен качественный анализ на ионы комплексного соединения тринитротриамминкобальт (III) и способ разрыва сферы щелочью. Проанализированны методы синтеза вещества и получено комплексное соединение тринитротриамминкобальт (III). Изучены способы переработки сырья - получение аммиака, нитрата натрия, хлорида натрия новыми изобретениями.



БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Сибиркин, А.А. Триада железа. Конспект по курсу неорганической химии [Текст]/А.А. Сибиркин - Нижний Новгород: Нижегородский госуниверситет, 2012. - 25 с.

2. Электронный ресурс: http://chem100.ru/elem.php?n=27

3. Электронный ресурс: http://www.xumuk.ru/bse/1301.html

4. Электронный ресурс:

http://ido.tsu.ru/schools/chem/data/res/neorg/uchpos/text/g4_12_4.html

5. Электронный ресурс:

http://www.internetoff.com/n-nauka-i-tehnologii/page/34.html

6. Электронный ресурс:

https://ru.wikipedia.org/wiki/хлорид гексаамминкобальта (III)

7. Электронный ресурс:

https://ru.wikipedia.org/wiki/хлорид гексаамминкобальта (II)

8. Пат. 2444574 РФ, МПК C22B23/00 Получение никеля или кобальта, C22B3/06 в неорганических кислых растворах. Способ получения кобальта и его соединений [Текст]/ Дубровский В. Л., Хомченко О. А., Плешков М. А., Цапах С. Л., Затицкий Б. Э., - № 2010135102/02; заявл. 20.08.2010; опубл. 10.03.12; Бюл № 7; с. 4

9. Пат. 2032615 Украина, МПК C01B25/45 содержащие несколько металлов или металл и аммоний. Кристаллический фосфат акваамминкобальта (II) и способы его получения [Текст]/ Копилевич В. А., Войтенко Л. В., Щегров Л. Н. - № 4937668/26; заявл. 22.05.1991; опубл. 10.04.1995; с. 3?

10. Харитонов, Ю. А. Аналитическая химия (аналитика) [Текст] : Учеб. для вузов в 2-х т./Ю. А. Харитонов - 2-е изд., испр. - Москва :Высшая школа, 2003.- 615 с., ил.

Т.1: Аналитическая химия (аналитика). Общие теоретические основы. Качественный анализ - 615 с.

11. Электронный ресурс: http://www.metotech.ru/kobalt-opisanie.htm

12.Лидин, Р.А. Химические свойства неорганических веществ [Текст] : Учебник для вузов / Р.А. Лидин, В.А. Молочко, Л.Л. Андреева - Москва: Колос, 2006.-

13. Ключников, Н. Г. Неорганический синтез [Текст] : Учеб. пособие для студентов пед. ин-тов по хим. и биол. спец/ Н.Г. Ключников - 2-е изд., перераб. -Москва :Просвещение, 1988. - 240 с.: ил.

14. Карякин, Ю.В. Чистые химические вещества [Текст]/Ю. В. Карякин, И.И. Ангелов - изд. 4, пер. и доп. - Москва: Химия, 1974. - 408 с., 66 рис.

15. Электронный ресурс: http://ria.ru/spravka/20070503/64821244.html

16. Пат. 2476614 РФ, МПК C22B23/02 сухими способами, C22B4/04 тяжелые металлы. Способы получения кобальта восстановительной плавкой оксидов кобальта [Текст]/ Книсс В. А., Жуков В. П., Авдеев А. С., Казаков П. В., Набойченко С. С., - № 2011120569/02; заявл. 20.05.11; опуб. 27.02.13; Бюл № 6; с.2

17. Пат. 2027668 РФ, МПК C01D9/06?получение с помощью паров азотной кислоты или оксидов азота. Способ получения нитрата натрия [Текст]/ Голубова Е.А., Волкова Г.В., Золотов А.Ф. - № 4828912/26; заявл. 22.05.1990; опубл. 27.01.1995; с. 3

18. Пат. 2174096 Украина, МПК C01B21/50 азотистая кислота; ее соли, B01D53/18 абсорберы; жидкостные распределители для них. Способ получения нитрата натрия и абсорбционный аппарат для проведения процесса [Текст]/ Янковский Н. А. , Перепадья Н. П. , Туголуков А. В., Степанов В. А., Кулацкий Н. С., Родионов Ю. М., Кравченко Б. В., Королева Р. С., Хайло Т. Г., Киселев В. К. - № 2000124179/12; заявл. 22.09.2000; опубл. 27.09.2001; с. 2

19. Пат. 2196733 РФ, МПК C01C1/04синтез аммиака,?C01B3/24углеводородов. Способ получения аммиака [Текст]/ Чехов О.С., Семагин А.Н. - № 2001113712/12; заявл. 23.05.2001; опубл. 20.01.2003; с. 3

20. Пат.2404123 РФ, МПК C01C1/04 синтез аммиака,?C01B3/02 получение водорода или газовых смесей, содержащих водород. Способ получения аммиака из полученной из природного газа смеси азота и водорода [Текст]/ ФИЛИППИ Эрманно - №2007101656/05; заявл. 10.06.2005; опубл. 20.11.10; Бюл. № 32; с. 4

21. Пат. 2257345 РФ, Способ получения зернистого хлорида аммония [Текст]/ Сороко В.Е. , Радин М.А - №2004106889/15 ; заявл. 19.02.2004; опубл. 27.07.20015; с. 3

Размещено на Allbest.ru