Патент на изобретение №2305069

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТИТАНАТА БАРИЯ

(57) Реферат:

Изобретение может быть использовано для производства высокочастотных керамических конденсаторов и терморезисторов в электронной промышленности. Способ включает приготовление раствора титанилщавелевой кислоты путем взаимодействия тетрахлорида титана и щавелевой кислоты, смешивание раствора титанилщавелевой кислоты с хлоридом бария с получением титанилоксалата бария, отделение его от фильтрата с последующей промывкой и прокаливанием и получением титаната бария. Перед приготовлением раствора титанилщавелевой кислоты первоначально готовят смесь очищенного тетрахлорида титана и кристаллической щавелевой кислоты, смесь перемешивают и добавляют при перемешивании холодную воду при объемном соотношении тетрахлорида титана к воде, равном 1:(20-40), затем добавляют раствор хлорида бария. Изобретение позволяет повысить производительность процесса получения титаната бария за счет уменьшения времени приготовления исходных растворов тетрахлорида титана и щавелевой кислоты. 7 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к неорганической химии, в частности к получению соединений титана – титанатов щелочноземельных металлов, которые могут быть использованы при изготовлении высокочастотных керамических конденсаторов и терморезисторов в электронной промышленности.

Известен способ получения титаната бария (пат. РФ №2060946, опубл. 27.05.96 г., Бюл.15), включающий приготовление растворов тетрахлорида титана, хлорида бария и щавелевой кислоты заданных концентраций, смешивание полученных растворов с получением титанилоксалата бария, отделение его от маточного раствора с последующей промывкой осадка и прокаливанием. Маточный раствор после отделения титанилоксалата бария обрабатывают карбонатом бария, отделяют твердый осадок, полученный раствор хлорида бария разделяют на два потока, причем первый возвращают на стадию смешения исходных растворов, а вторую часть выпаривают с получением товарного продукта.

Недостатком данного способа является многостадийность процесса, сложность приготовления растворов тетрахлорида титана и щавелевой кислоты. При растворении тетрахлорида титана в воде наблюдается помутнение и повышение температуры раствора вследствие образования гидроксохлоридов Ti(OH)_mCl_4-m×H₂O. Поэтому тетрахлорид титана подается в воду очень медленно, чтобы температура раствора не превышала 30°С. Кроме того, приготовление раствора щавелевой кислоты также происходит с выделением тепла, а для этого требуется значительное количество времени для охлаждения емкости, так как необходимо поддерживать низкую температуру процесса растворения. В промышленных условиях процессы растворения тетрахлорида титана и щавелевой кислоты приводят к быстрому зарастанию аппаратуры из-за выпадения окислов в осадок, это приводит к потерям сырья, снижению интенсивности процесса.

Известен способ получения титаната бария (Пат. РФ №2253617, опубл. 10.06.2005 г.), по количеству общих признаков принятый за ближайший аналог-прототип и включающий приготовление исходных растворов тетрахлорида титана, хлорида бария и щавелевой кислоты с последующим их смешением, фильтрованием суспензии, отделением маточных растворов и промвод, при этом раствор тетрахлорида титана готовят путем приливания исходного тетрахлорида титана в раствор щавелевой кислоты с концентрацией 0,4-1,0 моль/дм³ при температуре 10-30°С, при непрерывном перемешивании до достижения мольного соотношения в смешанном растворе TiCl₄:Н₂С₂O₄=1:(2,2-2,4), после чего раствор титанилщавелевой кислоты выдерживают в течение 4-6 часов и смешивают с раствором хлорида бария с исходной концентрацией 0,4-1,0 моль/дм³, смешение ведут при 10-30°С и конечном мольном соотношении TiCl₄:BaCl₂=1:(1,02-1,08), суспензию выдерживают в течение 2-4 часов, отстаивают, осветленный раствор сливают и направляют на обезвреживание и утилизацию, сгущенную часть репульпируют при перемешивании, отстаивают, после чего отделяют от промывной воды декантацией и фильтрованием.

Недостатком данного способа получения титаната бария является сложность приготовления раствора титанилщавелевой кислоты из-за высокой склонности тетрахлорида титана к гидролизу. При растворении тетрахлорида титана в воде наблюдается помутнение и повышение температуры раствора вследствие образования гидроксохлоридов Ti(OH)_mCl_4-m×H₂O. Поэтому тетрахлорид титана подается очень медленно, чтобы температура раствора не превышала 30°С. Все это замедляет скорость проведения процесса получения титаната бария и тем самым снижает его производительность. Кроме того, на приготовление раствора щавелевой кислоты требуется также значительное количество времени, так как щавелевая кислота в нормальных условиях находится в твердом виде и при растворении также необходимо охлаждать емкость для повышения скорости растворения. В промышленных условиях процессы растворения тетрахлорида титана и щавелевой кислоты приводят к быстрому зарастанию аппаратуры из-за выпадения в осадок окислов, это приводит к потерям сырья, снижению интенсивности процесса.

Технический результат направлен на устранение недостатков прототипа и позволяет за счет уменьшения времени приготовления исходных растворов тетрахлорида титана и щавелевой кислоты оптимизировать процесс получения титаната бария и тем самым повысить производительность процесса.

Технический результат достигается тем, что предложен способ получения титаната бария, включающий приготовление исходного раствора титанилщавелевой кислоты путем взаимодействия тетрахлорида титана и щавелевой кислоты, смешивание раствора титанилщавелевой кислоты с хлоридом бария с получением титанилоксалата бария, отделение его от фильтрата с последующей промывкой и прокаливанием и получением титаната бария, новым является то, что перед приготовлением раствора титанилщавелевой кислоты первоначально готовят смесь очищенного тетрахлорида титана и кристаллической щавелевой кислоты, смесь перемешивают и добавляют при перемешивании холодную воду при объемном соотношении тетрахлорида титана к воде равном 1:(20-40), затем добавляют раствор хлорида бария.

Кроме того, для приготовления смеси очищенный тетрахлорид титана загружают в кристаллическую щавелевую кислоту.

Кроме того, для приготовления смеси кристаллическую щавелевую кислоту засыпают в очищенный тетрахлорид титана.

Кроме того, раствор титанилщавелевой кислоты приливают к раствору хлорида бария.

Кроме того, хлорид бария приливают к раствору титанилщавелевой кислоты.

Кроме того, температуру воды поддерживают до 20°С.

Кроме того, для разбавления смеси используют обессоленную воду.

Кроме того, раствор хлорида бария и раствор титанилщавелевой кислоты смешивают при температуре до 20°С со скоростью 60-300 об/мин.

Приготовление смеси очищенного тетрахлорида титана с кристаллической щавелевой кислотой перед стадией получения раствора титанилщавелевой кислоты позволяет исключить стадии приготовления исходных растворов тетрахлорида титана и щавелевой кислоты, уменьшить потери реагентов и снизить температуру процесса. Это приводит к оптимизации и увеличению производительности процесса получения титаната бария.

Проведение процесса получения титаната бария в определенной совокупности операций и действий позволяет оптимизировать процесс и тем самым повысить производительность способа получения титаната бария.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными (идентичными) всем существенным признакам изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном способе получения титаната бария.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию “новизна”

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию “изобретательский уровень” заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного устройства. Заявленные признаки являются новыми и не вытекают явным образом для специалиста, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований для достижения технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию “изобретательский уровень».

Примеры осуществления способа

Пример 1

Для получения 1 кг титаната бария вначале готовят смесь тетрахлорида титана (тетрахлорид титана очищенный марки ОТТ-0) и кристаллической щавелевой кислоты (щавелевая кислота техническая ТУ 2431-001-55-98-0238-02), обеспечивая мольное соотношение TiCl₄: Н₂С₂O₄=1:2,3. Для этого 0,86 кг очищенного тетрахлорида титана (99,99%) вливают в 0,81 кг кристаллической щавелевой кислоты, перемешивают до получения однородной массы, затем добавляют в смесь при перемешивании 12,7 л холодной до 20°С обессоленной воды, получая раствор титанилщавелевой кислоты. Затем в раствор титанилщавелевой кислоты вливают 3,1 кг раствор хлорида бария (хлорид бария ГОСТ 742-78) со скоростью 150-500 л/ч при температуре не более 20°С, что обеспечивает мольное соотношение TiCl₄: BaCl₂, равное 1:1,1. Образующуюся суспензию перемешивают в течение 1 часа со скоростью мешалки 60-300 об/мин, после окончания смешивания раствор выдерживают в течение 2-4 часов. Затем отделяют осадок (титанилоксалата бария) и промывают водой до отсутствия хлор-иона. Полученную пасту титанилоксалата бария прокаливают при температуре (1000+50)°С в течение 3х часов. Получают 1 кг титаната бария с мольным соотношением BaO:TiO₂=1,0. Выход готового продукта составил 95%.

Пример 2

Для получения 1 кг титаната бария вначале готовят смесь тетрахлорида титана (тетрахлорид титана очищенный марки ОТТ-0) и кристаллической щавелевой кислоты (щавелевая кислота техническая ТУ 2431-001-55-98-0238-02), обеспечивая мольное соотношение TiCl₄:Н₂С₂O₄=1:2,3. Для этого 0,81 кг кристаллической щавелевой кислоты засыпают в 0,86 кг очищенного тетрахлорида титана (99,99%), перемешивают до получения однородной массы, затем добавляют в смесь при перемешивании 12,7 л холодной до 20°С обессоленной воды, получая раствор титанилщавелевой кислоты. Затем в раствор титанилщавелевой кислоты вливают 3,1 кг раствор хлорида бария (хлорид бария ГОСТ 742-78) со скоростью 150-500 л/ч при температуре не более 20°С, что обеспечивает мольное соотношение TiCl₄:BaCl₂, равное 1:1,1. Образующуюся суспензию перемешивают в течение 1 часа со скоростью мешалки 60-300 об/мин, после окончания смешивания раствор выдерживают в течение 2-4 часов. Затем отделяют осадок (титанилоксалата бария) и промывают водой до отсутствия хлор-иона. Полученную пасту титанилоксалата бария прокаливают при температуре (1000+50)°С в течение 3х часов. Получают 1 кг титаната бария с мольным соотношением BaO:TiO₂=1,0. Выход готового продукта составил 95%.

Пример 3

Для получения 1 кг титаната бария вначале готовят смесь тетрахлорида титана (тетрахлорид титана очищенный марки ОТТ-0) и кристаллической щавелевой кислоты (щавелевая кислота техническая ТУ 2431-001-55-98-0238-02), обеспечивая мольное соотношение TiCl₄:Н₂С₂O₄=1:2,3. Для этого 0,86 кг очищенного тетрахлорида титана (99,99%) вливают в 0,81 кг кристаллической щавелевой кислоты, перемешивают до получения однородной массы, затем добавляют в смесь при перемешивании 12,7 л холодной до 20°С дистиллированной воды, получая раствор титанилщавелевой кислоты. Затем в раствор титанилщавелевой кислоты вливают 3,1 кг раствор хлорида бария (хлорид бария ГОСТ 742-78) со скоростью 150-500 л/ч и при температуре не более 20°С, что обеспечивает мольное соотношение TiCl₄:BaCl₂, равное 1:1,1. Образующуюся суспензию перемешивают в течение 1 часа со скоростью мешалки 60-300 об/мин, после окончания смешивания раствор выдерживают в течение 2-4 часов. Затем отделяют осадок (титанилоксалата бария) и промывают водой до отсутствия хлор-иона. Полученную пасту титанилоксалата бария прокаливают при температуре (1000+50)°С в течение 3х часов. Получают 1 кг титаната бария с мольным соотношением BaO:TiO₂=1,0. Выход готового продукта составил 95%.

Пример 4

Для получения 1 кг титаната бария вначале готовят смесь тетрахлорида титана (тетрахлорид титана очищенный марки ОТТ-0) и кристаллической щавелевой кислоты (щавелевая кислота техническая ТУ 2431-001-55-98-0238-02), обеспечивая мольное соотношение TiCl₄:Н₂С₂O₄=1:2,3. Для этого 0,86 кг очищенного тетрахлорида титана (99,99%) вливают в 0,81 кг кристаллической щавелевой кислоты, перемешивают до получения однородной массы, затем добавляют в смесь при перемешивании 12,7 л холодной до 20°С дистиллированной воды, получая раствор титанилщавелевой кислоты. Затем в количестве 3,1 кг раствор хлорида бария (хлорид бария ГОСТ 742-78) приливают в раствор титанилщавелевой кислоты со скоростью 150-500 л/ч и при температуре не более 20°С, что обеспечивает мольное соотношение TiCl₄:BaCl₂, равное 1:1,1. Образующуюся суспензию перемешивают в течение 1 часа со скоростью мешалки 60-300 об/мин, после окончания смешивания раствор выдерживают в течение 2-4 часов. Затем отделяют осадок (титанилоксалата бария) и промывают водой до отсутствия хлор-иона. Полученную пасту титанилоксалата бария прокаливают при температуре (1000+50)°С в течение 3х часов. Получают 1 кг титаната бария с мольным соотношением BaO:TiO₂=1,0. Выход готового продукта составил 95%.

Таким образом, изобретение позволяет за счет уменьшения времени приготовления исходных растворов тетрахлорида титана и щавелевой кислоты оптимизировать процесс получения титаната бария и тем самым повысить производительность процесса.

Формула изобретения

1. Способ получения титаната бария, включающий приготовление исходного раствора титанилщавелевой кислоты путем взаимодействия тетрахлорида титана и щавелевой кислоты, смешивание раствора титанилщавелевой кислоты с хлоридом бария с получением титанилоксалата бария, отделение его от фильтрата с последующей промывкой и прокаливанием и получением титаната бария, отличающийся тем, что перед приготовлением раствора титанилщавелевой кислоты первоначально готовят смесь очищенного тетрахлорида титана и кристаллической щавелевой кислоты, смесь перемешивают и добавляют при перемешивании холодную воду при объемном соотношении тетрахлорида титана к воде, равном 1:(20-40), затем добавляют раствор хлорида бария.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для приготовления смеси очищенный тетрахлорид титана загружают в кристаллическую щавелевую кислоту.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для приготовления смеси кристаллическую щавелевую кислоту засыпают в очищенный тетрахлорид титана.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что раствор титанилщавелевой кислоты приливают к раствору хлорида бария.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что хлорид бария приливают к раствору титанилщавелевой кислоты.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что температуру воды поддерживают до 20°С.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что для разбавления смеси используют обессоленную воду.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что раствор хлорида бария и раствор титанилщавелевой кислоты смешивают при температуре до 20°С со скоростью 60-300 об./мин.