энергосберегающий метод получения гидрофосфата магния

УДК 536.7 + 546.273 + 631.8
ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЙ МЕТОД ПОЛУЧЕНИЯ ГИДРОФОСФАТА МАГНИЯ
ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ КОСМЕТИЧЕСКИХ ПРЕПАРАТОВ И УДОБРЕНИЙ

Б.Х. Хазиханова, кандидат химических наук, профессор
Атырауский институт нефти и газа, Казахстан
Аннотация. В данной работе рассмотрен ускоренный и энергосберегающий метод получения гидрофосфата магния для приготовления косметических препаратов и удобрений.
Ключевые слова: энергосберегающий, гидрофосфат магния, косметический препарат, удобрения.
Фосфаты магния, в том числе гидрофосфат магния широко используются для приготовления косметических материалов и удобрений.
Известны различные методы получения гидрофосфата магния, которые требуют затрат электроэнергии
и времени. По известным методам получения гидрофосфата магния применены неорганические соединения
гидроксид магния, оксид магния, хлорид магния и фосфорная кислота [1-5].
В настоящей работе для получения гидрофосфата магния применены ацетат магния (магний уксуснокислый), синтезированный из компонентов, составляющие продукты окисления нефтяного парафина с числом
атомов углерода С1-С2 и фосфорная кислота.
Синтетические жирные кислоты (СЖК) – техническое название смеси насыщенных карбоновых кислот, получаемых окислением нефтяного парафина, содержит, главным образом, монокарбоновые кислоты нормального и изостроения с четным числом атомов углерода, а также дикарбоновые, окси-, кетонкарбоновые кислоты и другие соединения [6].
Известно получение тригидрата гидрофосфата магния MgHPO4·3Н2О и дигидрата дигидрофосфата магния
Mg(H2PO4)2·2Н2О в системе MgO-Р2О5-Н2О при 80º, 130º (I) [3, 4], в системе MgO-Р2О5-NH4NO3-Н2О при 45º, 60º,
75º, 90º (II) [1], в системе К2О- MgO-Р2О5-Н2О при 80º (III) [2]. Дигидрофосфат с другой гидратной формой
Mg(H2PO4)2·4Н2О получен в системе MgO-Р2О5-Н2О [3] и в системе К2О- MgО- Р2О5-Н2О при 25º [2] через 3-4 суток.
Время образования гидрофосфата магния-MgHPO4·3Н2О в исследованной нами системе Н3РО4Mg(СН3СОО)2-Н2О при 20º, 40ºС, по сравнению с системой I [3, 4], II [1], III [2, 5], в 14-32 раза меньше, так как
растворимость (при 20º) Mg (СН3СОО)2 в воде (38,56 %), по сравнению с растворимостью Mg(OH)2 (0,00098 %)
и MgO (0,00062 %) в 39347,0-62193,0 раза больше. Поэтому взаимодействие идет за счет высокой растворимости Mg (СН3СОО)2 и вытеснения аниона слабой уксусной кислоты (К1=1,76·10-5, 25º) из его состава фосфорной
кислотой (К1=7·10-3, 25º) за короткое время от 5ч (20º) до 3ч (40º).
Для синтеза тригидрата гидрофосфата магния установлено мольное соотношение ацетата магния к
фосфорной кислоте (1,19-2,45):1
Методы синтеза тригидрата гидрофосфата магния приведены ниже.
1. 70 г (0,49 моль) ацетата магния обрабатывают 100 мл 30 % (0,31моля) фосфорной кислоты при перемешивании и температуре 20 оС в течение 5 ч, при рН=2,65, после чего полученный раствор с выпавшим осадком отфильтровывают, промывают водой и высушивают при комнатной температуре. Выход тригидрата гидрофосфата магния – 54,10 г (95,05%).
Найдено, %: MgO 23,45; P2O5 40,12; H2O 36,43.
Для MgHPO4·3H2O вычислено, %: MgО 23,13; Р2О5 40,73; Н2О 36,14.
Из вышеперечисленных приведённых методов синтеза следует, что максимальный выход тригидрата гидрофосфата магния при температурах 10, 20 и 40 оС составляет 95,0 5%, 95,75 %. При этом уменьшается время синтеза от 6 ч до 3 ч. Малая растворимость MgHPO4·3H2O в воде (при 20оС) 1,23 % способствует выделению гидрофосфата магния с максимальными выходами (95,05 %, 95,75 %). Содержание основного продукта составляет 100 %.
Для получения 1 кг тригидрата гидрофосфата магния по предлагаемому способу требуется 1,4 кВт
электроэнергии.
По известному способу [2, 5] на получение 1 кг тригидрата гидрофосфата магния требуется 4,15 кВт
электроэнергии. Разработан способ получения гидрофосфата магния (при температурах 20-40ºС) на основе ацетата магния и фосфорной кислоты при их мольном соотношении (1,19-2,45):1. Сравнение с известными способами получения фосфатов магния на основе взаимодействия хлорида магния и фосфорной кислоты при их
мольном соотношении 0,97-1,86:1 в присутствии гидроксида натрия [5] показало упрощение процесса получения продукта – гидрофосфата магния - MgHPO4·3H2O, ускорение время синтеза в 1,6-5,7 раз (до 3-5 ч против 817 ч), повышение беспримесного выхода в 1,1-1,5 раза (до 92,36-95,75 % против 65-85 %, содержащего 1-2,5 %
примеси хлора), уменьшение температуры процесса в 2-8 раза (до 10-40о против 20-80º), уменьшение расхода
фосфорной кислоты в 1,25-4 раза (до 20-40 % против 50-80 %), а также позволяет снизить стоимость целевого
продукта в 1,8 раза и сэкономить электроэнергии в 3 раза.
Идентификация полученных рентгенографических данных (рис. 1) по табличным данным американского общества [7] показала, что твердая фаза соответствует составу MgHPO4·3Н2О. Приведена схема получения
тригидрата гидрофосфата магния из ацетата магния и фосфорной кислоты ускоренным ацетатным способом
© Хазиханова Б.Х. / Khazikhanova B.Kh., 2015
(рис. 2). Материальный баланс на получение 1кг MgHPO4·3H2O приведен в таблице.
Из полученных данных следует, что химизм взаимодействия ацетата магния и фосфорной кислоты идёт
по следующей реакции:
Н3РО4 + Mg(СН3СОО)2 + 3Н2О = MgHPO4·3Н2О↓ + 2СН3СООН
(1)
Для реакции (1) найдены стабильные и нестабильные пары.
ПР1 = [Н3РО4]·[Mg(СН3СОО)2] = [8,64]·[2,71] = 23,41
ПР2 = [MgHPO4]·[СН3СООН]2 = [0,102]·[16,30]2 = 3,33
ПР1>ПР2; 23,41>3,33
Из расчёта произведения растворимости по реакции (1) следует, что стабильными являются правая пара веществ.
При этом в твердой фазе образуется гидрофосфат магния – MgHPO4·3Н2О, в жидкой фазе остается уксусная кислота.
Рисунок 1. Рентгенограммы: а- Mg(СН3СОО)2·4Н2О; б- MgHPO4·3Н2О
Рисунок 2. Схема получения гидрофосфата магния из ацетата магния и ортофосфорной кислоты
Таблица
Материальный баланс (по операциям) получения 1кг тетрагидрата гидрофосфата магния из ацетата
магния и фосфорной кислоты (тетрагидрат ацетата магния, мас. %: Mg-11,34; 2СН3СОО-55,06;
Н2О- 33,60; фосфорная кислота, мас. %: Р-31,61; Н2О- 27,58). Выход – MgНРО4 3Н2О – 95,05%
№ операции
1
2
3
Статьи прихода и расхода
Приход
Тетрагидрат ацетата магния-1294г
Фосфорная кислота – 554 г
Вода – 1294г
Итого
Расход
Перемешивание при 20С
Фильтрование MgНРО43H2O
Фильтрат – 1830 г
Потеря раствора – 18 г
Итого
Mg
Содержание, г
Р
2СН3СОО-
147
147
178
178
712
712
139
7,9
0,1
117,4
0,59
0,01
705
7
147
178
712
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ирецкая, С. Н. Растворимость в системе MgО-Р2О5-NH3-NH4NO3-H2O / С. Н. Ирецкая, Е. В. Ярош,
Б. А. Дмитриевский //Тез.VII Всесоюзн. совещ. по физ. хим.анализу. – Фрунзе, 1988. – С. 324–325.
2. Кармышев, В. Ф. Растворимость в системе H2O – MgО - Р2О5 - H2O / В. Ф. Кармышев, М. Ниязбердыева,
Е. Л. Яхонтова и др. //Журн. прикл. химии, 1980. –Т.53. – №6. – С. 1422–1424.
3. Кочетков, В. Н. Фосфорсодержащие удобрения. Справочник / В.Н. Кочетков; под ред. А. А. Соколовского. – М.
: Химия, 1982. – 400 с.
4. Набиев, М. Н. Система MgО-Р2О5–N2O5-H2O (растворимость нитрата магния в фосфорной кислоте при 25 0С) /
М. Н. Набиев, А. А. Вишнякова, И. Рахимджанова // Узб. хим. журн., 1961. – №5. – С. 3–8.
5. Силантьева, Н. И. А.С.771023(СССР). Способ получения однозамещенного фосфата магния. //
Н. И. Силантьева, М. Е. Соколова, Е. А. Фомина и др. – Опубл. в Б.И., 1980. – № 38.
6. Химический энциклопедический словарь / Гл. ред. Кнунянц И. Л. – М. : Советская энциклопедия. – 1983. – 792
с.
7. ASTM. Powder Difraction Tile Search Manual (Fink method). JCPDS. – USA, 1977.
Материал поступил в редакцию 18.05.15.
ENERGY SAVING METHOD OF MAGNESIUM HYDROGEN
PHOSPHATE PREPARATION FOR COSMETICS AND FERTILIZERS MAKING
B.Kh. Khazikhanova, Candidate of Chemical sciences, Professor
Atyrau Oil and Gas Institute, Kazakhstan
Abstract. In this research work the accelerated and energy saving method of receiving magnesium hydrogen
phosphate for preparation of cosmetics and fertilizers is considered.
Keywords: energy saving, magnesium hydrogen phosphate, cosmetic preparations, fertilizers.