Феррат натрия свойства и противопоказания. Получение ферратов

Изобретение относится к области неорганической химии, конкретно к синтезу ферратов щелочных металлов. Смешанный феррат (VI) калия-натрия, отвечающий формуле K 3 Na(FeО 4) 2 , получен прибавлением 30-45%-ного раствора гидроксида калия к равному объему 30-45%-ного раствора гидроксида натрия, который содержит 0,1-0,3 моль/л феррат (VI) иона. Новое соединение обладает свойствами мощного и селективного окислителя и может быть использовано, например, в производстве химических источников тока, при очистке сточных вод, в органическом синтезе и других областях. 2 с.п.ф-лы.

Изобретение относится к области неорганической химии, конкретно к синтезу ферратов щелочных металлов, и может найти применение в различных отраслях промышленности, где используются мощные и селективные окислители. Общим методом синтеза ферратов (VI) щелочных металлов является окисление газообразным хлором оксопроизводных железа (III) в концентрированной щелочи или, альтернативно, окисление порошкообразных оксидов железа или металлического железа оксидами или нитратами щелочных металлов (Ф. Коттон, Дж. Уилкинсон. Основы неорганической химии. - М.: Мир, 1979, с. 473). Известен, кроме того, смешанный феррат калия-стронция, осаждающийся из раствора феррата калия при добавлении хлорида стронция (S. Ogasawara, М. Таkаnо and Y. Bando, Bull. hist. Chem. Res. Kyoto Univ. (1988), vol. 66, p. 64). В литературе, однако, отсутствует упоминание о смешанных ферратах, содержащих только катионы щелочных металлов. Задачей настоящего изобретения является расширение арсенала существующих ферратов (VI) щелочных металлов, обладающих полезными свойствами в качестве окислителей. Поставленная задача решена благодаря получению смешанного феррата (VI) калия-натрия, имеющего химическую брутто-формулу K 3 Na(FeO 4) 2 , путем прибавления 30-45%-ного раствора гидроксида калия к равному объему 30-45% раствора гидроксида натрия, содержащего 0,1-0,3 моль/л феррат (VI)-иона (FeO 4 2- -иoнa), с последующим отделением выпавшего осадка известным образом, например фильтрованием или центрифугированием, промыванием его спиртом и эфиром и высушиванием в вакууме. Приведенные выше величины концентрации и объемные соотношения не являются произвольными - их выбор продиктован тем обстоятельством, что при выходе за указанные выше пределы образуются окрашенные продукты неопределенного состава, по-видимому, относящиеся к классу бертолидов (соединений переменного состава). Напротив, смешанный феррат (VI) калия-натрия, K 3 Na(FeO 4) 2 , получаемый в виде кристаллического вещества темно-бордового цвета, является истинным дальтонидом - индивидуальным химическим соединением, а не смесью солей или двойной солью, и имеет кристаллическую решетку, построенную, согласно данным рентгеноструктурного анализа, по типу глассерита с гексагональной сингонией и параметрами элементарной ячейки а=5,827 с=7,541 Изучение вещества методом мессбауэровской спектроскопии свидетельствует о том, что железо в полученном соединении находится в степени окисления +6, поскольку его спектр при комнатной температуре представляет собой дублет с изомерным сдвигом относительно альфа-железа =-0,850,01 ммс -1 , квадрупольным расщеплением =0,210,01 ммс -1 и шириной линий поглощения на половине высоты Г=0,230,01 ммс -1 . Полученный смешанный феррат калия-натрия проявляет свойства сильного окислителя, превосходящего в этом отношении хроматы и перманганаты, и может быть использован в процессах очистки воды, в том числе сточных вод, в качестве селективного окислителя в органическом синтезе, получении химических источников тока. К достоинствам полученного вещества можно отнести его меньшую токсичность по сравнению с ферратом калия, поскольку ион Na + в 10 раз менее токсичен, чем ион К + , а в К 3 Nа(FеO 4) 2 четвертая часть всех ионов калия замещена ионами натрия (З. Франке. Химия отравляющих веществ. - М.: Химия, 1973. - Т. 1. - С. 411). Кроме того, плотность нового вещества, по меньшей мере, в 1,4 раза больше, чем у любого из известных к настоящему времени ферратов (VI) щелочных металлов, что представляет несомненное достоинство с точки зрения фасовки и транспортировки этого вещества, поскольку при этом требуется тара меньшего объема. Детально изобретение иллюстрируется следующими примерами его осуществления. Пример 1. В трехгорлую круглодонную колбу емкостью 2500 мл, снабженную мешалкой, термометром и капельной воронкой, поместили 1000 мл 40% раствора едкого натра, содержащего 150 г феррата (VI) натрия Na 2 FeO 4 , и при интенсивном перемешивании и охлаждении колбы льдом в течение 15 минут из капельной воронки прибавили 1000 мл 40% раствора едкого кали. После введения всего количества КОН перемешивание продолжили еще 30 минут, затем полученную суспензию перенесли на воронку Бюхнера, собранные на фильтре темно-бордовые кристаллы промыли спиртом и эфиром и высушили в вакууме над твердым КОН. Выход 163 г (95%). Данные элементного анализа (в скобках указаны вычисленные значения): К 30,7% (30,9%) Na 6,1% (6,1%) Fe 29,8% (29,3%) Пример 2 (использование смешанного феррата калия-натрия в качестве компонента электролита в химическом источнике тока). В пасте для формования электродов стандартной феррат-литиевой щелочной батареи обычно используемый феррат (VI) калия заменили равным весовым количеством феррата (VI) калия-натрия, полученного согласно примеру 1. Емкость батареи возросла с 18 до 24 пикофарад, т.е. на треть. Пример 3 (использование смешанного феррата калия-натрия для очистки воды). К 1 литру водного раствора, имитирующего сточные воды в процессе получения золота цианидным методом и содержавшего 0,9 ммоль/л цианид-иона, добавили 0,2 л раствора феррата калия с концентрацией 10 ммоль/л. После перемешивания раствора в течение 3 минут качественные реакции на цианид-ион дали отрицательный результат (количественное превращение высокотоксичного цианида в относительно безопасный цианат-ион OCN).

Формула изобретения

1. Смешанный феррат (VI) калия-натрия формулы K 3 Na(FeО 4) 2 .2. Способ получения смешанного феррата калия-натрия по п.1, отличающийся тем, что к 35-40%-ному водному раствору гидроксида натрия, содержащего 0,1-0,3 моль/л феррат-иона (FeО 2- 4), прибавляют равный объем водного 35-40%-ного раствора гидроксида калия, выпавшие кристаллы отделяют известным способом, последовательно промывают спиртом и эфиром и сушат.

NF4A Восстановление действия патента Российской Федерации на изобретение

Похожие патенты:

Изобретение относится к области коллоидной химии и может быть использовано для получения ферромагнитных материалов: магнитных жидкостей (МЖ), применяемых в магнитожидкостных уплотнениях, датчиках угла наклона, ускорения, в качестве магнитных смазочных материалов

Изобретение относится к химической технологии неорганических веществ, в частности к способам получения соединений железа в степенях окисления выше трех, которые могут использоваться, например, в качестве щелочных окислителей при переработке полиметаллических руд взамен щелочей, нитратов, гипохлоритов, перманганатов, пиролюзита, пероксидов, персульфатов и т.п., а также в окислительно-восстановительных процессах разной природы, например, для очистки сточных вод от мышьяка в сернокислотном производстве или от отработанных цианидов при экстракции драгоценных металлов

В связи с широкими областями применения ферратов перспективным направлением развития является создание простых, неэнергоемких и дешевых способов получения ферратов (VI) щелочных металлов.

Возможность получения в больших количествах ферратов высокой чистоты, исключающей дополнительную очистку, требует поиска новых методов синтеза. Ферраты можно получать синтезом в растворах и твердофазным синтезом.

Окисление гидроокиси железа (III) осуществляется различными окислителями (Cl 2 , Br 2 , NaOCl, NaOBr) в сильнощелочной среде.

В процессе синтеза реакционную смесь необходимо охлаждать во избежание разложения образующегося продукта. Выделение из раствора кристаллического феррата связано с большими трудностями. В зависимости от способа получения образец может быть загрязнен ионами Cl - , Br - , NO 3 - , неизбежно загрязнение Fe(OH) 3 ионами OH - . Возможно загрязнение и органическими примесями в случае использования для очистки органических растворителей. Существуют электрохимические методы получения ферратов, однако выделение и очистка кристаллического продукта связаны с определенными сложностями. Твердофазный синтез предусматривает спекание смеси Fe 2 O 3 или соединений железа различными окислителями, такими как Na 2 O 3 , KO 2 , CsO 2 , KClO 3 в токе кислорода. Однако этот способ получения имеет ограниченное применение, так как продукты реакции загрязнены, а для очистки требуется их растворение и выделение из растворов. Чаще всего используют Fe 2 O 3 , прготовленный специальнм образом, для получения наиболее реакционноспособной формы, дающей максимальный выход. Для этого осаждают Fe(OH) 3 (обычно из раствора Fe(NO 3) 3), затем отмывают, сушат и прокаливают в токе кислорода при 420 0 в течение 5 ч. Чистота готового продукта зависит в первую очередь от способа приготовления Fe 2 O 3 .(4)

Было предложено множество способов получения щелочных ферратов. Например, во французском патенте 2635318 описан способ получения ферратов щелочных или щелочно-земельных металлов из смеси соли железа (II) или (III) и гипохлорита щелочного или щелочно-земельного металла, образующего первый слой, на который накладывают второй слой, образованный гранулами гидроксида щелочного или щелочноземельного металла. Все слои в целом находятся в контейнере, подвергаемом вибрации, их нагревают до температуры, которую необходимо поддерживать ниже 40°С.

После удаления порошкообразного осадка путем просеивания и удаления избытка гидроксида путем промывания органическим раствором получают гранулы, содержащие феррат. Эти гранулы дегидратируют путем горячей сушки при температуре от 105 до 140°С в течение 8-10 ч.

Преимущество этого способа заключается в том, что он является более простым и менее длительным, чем ранее известные способы получения ферратов. Однако гранулы феррата, полученные этим способом, имеют ряд недостатков.

Например, эти гранулы нестабильны во времени и содержание феррата в них со временем уменьшается так, что они становятся непригодными к применению. Кроме того, эти гранулы являются хрупкими. Они легко распадаются и образуют порошок, применение которого неудобно для пользователя.

Такие же недостатки имеют ферраты щелочных металлов, полученных другими известными способами, и это объясняет почему, несмотря на большой потенциальный интерес к их использованию, в частности, по сравнению с хлором для обработки вод, ферраты щелочных металлов все еще мало применяют.(5)

Ниже описаны способы получения некоторых ферратов щелочных металлов.

Описанные в литературе способы получения этих веществ либо связаны с большими энергозатратами (электролиз), либо с применением опасных и ядовитых веществ, таких, как хлор или метиловый спирт.

Результаты проведенных работ подтверждают возможность синтеза феррата калия (K 2 FeO 4) методом высокотемпературного самораспространяющегося синтеза с высоким содержанием основного вещества.

Для получения целевого продукта готовят шихту, для чего в определенном соотношении смешивают исходные компоненты - оксид железа (III), технический надпероксид калия и горючее. Полученную таким образом смесь помещают в реактор и уплотняют механическим способом.

Взаимодействие исходных компонентов инициируют локальным разогревом шихты до температуры порядка 600 0 С, что может быть осуществлено за счет внешнего тепла, например, разогретой спирали, либо воздействием на шихту пиротехнического состава термитного типа (пусковая таблетка). После инициирования в начальный момент протекает эндотермическая реакция между оксидом железа (III) и надпероксидом калия, в результате которой образуется феррат калия и кислород:

2 Fe 2 O 3 + 8KO 2 > 4K 2 FeO 4 + 3O 2 ^.

Часть образующегося кислорода вступает во взаимодействие с горючим с образованием соответствующего оксида:

С + О 2 > СО 2 ^.

При этом выделяющаяся тепловая энергия способствует дальнейшему протеканию основной эндотермической реакции.

Горючее при этом сгорает полностью без образования твердого остатка. Полученный продукт охлаждают и размалывают в порошок.

Для осуществления процесса получения феррата калия разработана специальная конструкция реактора и определены оптимальные технологические параметры подготовки исходных компонентов, и дана практическая оценка особенностей протекания процесса синтеза. Для оценки качества полученного продукта разработана методика определения содержания основного вещества, основанная на взаимодействии раствора серной кислоты с ферратом калия. соединение железо феррат синтез

Исследования продукта методом РФА и методом химического анализа дали совпадающие результаты и свидетельствуют о том, что содержание основного вещества в полученных образцах достигает 80 % масс, а так же о полном переходе в условиях эксперимента Fe 3+ в Fe 6+ .

Методом фотоколориметрии исследовано влияние полученного феррата калия на растворы, содержащие соли тяжелых металлов. Установлено, что введение одного грамма K 2 FeO 4 в 100 мл раствора Ni(NO 3) 2 с концентрацией 20,3645 г/л приводит к понижению концентрации ионов Ni 2+ в растворе на 55 %. (3)

Известен, кроме того, смешанный феррат калия-стронция, осаждающийся из раствора феррата калия при добавлении хлорида стронция. В литературе, однако, отсутствует упоминание о смешанных ферратах, содержащих только катионы щелочных металлов.

Задачей исследователей являлось расширение арсенала существующих ферратов (VI) щелочных металлов, обладающих полезными свойствами в качестве окислителей.

Поставленная задача решена благодаря получению смешанного феррата (VI) калия-натрия, имеющего химическую брутто-формулу K 3 Na(FeO 4) 2 , путем прибавления 30-45%-ного раствора гидроксида калия к равному объему 30-45% раствора гидроксида натрия, содержащего 0,1-0,3 моль/л феррат (VI)-иона (FeO 4 2- -иoнa), с последующим отделением выпавшего осадка известным образом, например фильтрованием или центрифугированием, промыванием его спиртом и эфиром и высушиванием в вакууме. Новое соединение обладает свойствами мощного и селективного окислителя и может быть использовано, например, в производстве химических источников тока, при очистке сточных вод, в органическом синтезе и других областях.

Приведенные выше величины концентраций и объемные соотношения не являются произвольными - их выбор продиктован тем обстоятельством, что при выходе за указанные выше пределы образуются окрашенные продукты неопределенного состава, по-видимому, относящиеся к классу бертолидов (соединений переменного состава).

Напротив, смешанный феррат (VI) калия-натрия, K 3 Na(FeO 4) 2 , получаемый в виде кристаллического вещества темно-бордового цвета, является истинным дальтонидом - индивидуальным химическим соединением, а не смесью солей или двойной солью, и имеет кристаллическую решетку, построенную, согласно данным рентгеноструктурного анализа, по типу глассерита с гексагональной сингонией.

Изучение вещества методом мессбауэровской спектроскопии свидетельствует о том, что железо в полученном соединении находится в степени окисления +6. Полученный смешанный феррат калия-натрия проявляет свойства сильного окислителя, превосходящего в этом отношении хроматы и перманганаты, и может быть использован в процессах очистки воды, в том числе сточных вод, в качестве селективного окислителя в органическом синтезе, получении химических источников тока.

К достоинствам полученного вещества можно отнести его меньшую токсичность по сравнению с ферратом калия, поскольку ион Na + в 10 раз менее токсичен, чем ион К + , а в К 3 Nа(FеO 4) 2 четвертая часть всех ионов калия замещена ионами натрия(6). Кроме того, плотность нового вещества, по меньшей мере, в 1,4 раза больше, чем у любого из известных к настоящему времени ферратов (VI) щелочных металлов, что представляет несомненное достоинство с точки зрения фасовки и транспортировки этого вещества, поскольку при этом требуется тара меньшего объема.(7)

Ферраты также можно получить электролизом 30%-ного раствора щелочи на железном аноде:

При создании химической технологии наиболее важным является идентификация химического состава целевых продуктов синтеза и их количественная оценка.

Известные химические методы анализа ферратов (VI) щелочных металлов основаны на их окислительных свойствах (арсенитный и хромитный методы) или на неустойчивости железной кислоты H 2 FeO 4 (газометрический метод).

В основу арсенитного метода положена реакция восстановления ферратного (VI) иона в сильнощелочном растворе арсенита

2FeO 4 2- + 3AsO 3 3- +11H 2 O = 2Fe(OH) 3 (H 2 O) 3 + 3AsO 4 3- + 4OH -

Для обратного титрования избытка арсенит-аниона используют броматный (индикатор метиловый оранжевый, 70…80 °С), цератный (индикатор фенантролин, на холоду) или перманганатный (при добавлении KI) стандартные растворы.

В основу хромитного метода положено окисление хромита ферратным (VI) ионом в сильнощелочном растворе по реакции

FeO 4 2- +Cr(OH) 4 - + 3H 2 O = Fe (OH) 3 (H 2 O) 3 +CrО 4 2- + OH -

Титрование хроматного иона производится стандартным раствором Fe 2+ при использовании индикатора дифениламиносульфаната натрия. Хромитный метод особенно подходит для анализа разбавленных ферратных растворов. Он модифицирован и для нерастворимых ферратов (VI), реакция с которыми происходит только при продолжительном нагревании (95…100 °С, 1 ч).

Рассмотренные выше методы анализа ферратов (VI) щелочных металлов, основанные на их окислительных свойствах (арсенитный и хромитный методы), являются трудоемкими и недостаточно точными.

Специалисты Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ) – вуза-участника Проекта 5-100, разработали уникальное устройство комплексной очистки воды, способное заменить процесс обеззараживания хлором.

Устройство представляет собой электролизный агрегат, работающий с помощью инновационного реагента феррата натрия. Как пояснила главный научный сотрудник лаборатории « Мехатроника» СПбПУ Ани Петкова, феррат натрия способен разлагать многие токсичные химические вещества до малотоксичных продуктов, а также вызывать гибель микроорганизмов, оказывая дезинфицирующее действие. Ученые Политеха утверждают, в отличие от хлора, оставляющего после себя остаточные хлорорганические соединения, новый реагент в процессе очистки воды не образует токсичных веществ.

Исследователи полагают, что применение этого устройства позволит значительно снизить стоимость процесса очистки воды. « Для обеззараживания 1 литра питьевой воды летом необходимо лишь 0,5 г феррата натрия вместо 4,5 г хлора, а в холодное время года потребуется 0,2 г феррата вместо 2 г хлора», ‒ подсчитала Ани Петкова, добавив, что необходимая доза реагента снижается приблизительно в 10 раз.

По ее словам, разработанное устройство может быть применимо как для подготовки питьевой воды, так и для обеззараживания промышленных и бытовых стоков. Особую актуальность он приобретает для использования в местах, где основным требованием к сточным водам является отсутствие хлора. « Хлором по нормативным актам нельзя обрабатывать воды, сливаемые в естественные водоемы, так как он обладает длительным последействием и образует токсичные соединения при взаимодействии с органикой в реках и водоемах. Такой проблемы нет с ферратом, так как он быстро реагирует и разлагается до нетоксичных продуктов, что позволяет сливать обработанные им воды в естественные водоемы», ‒ отметила Ани Петкова. Испытания ученых Политеха показали также, что феррат может нейтрализовать хлор в уже очищенной воде.

Более того, специалистами Политеха была апробирована очистка раствором феррата натрия ливневых вод и вод кислых карт с полигона токсичных промышленных отходов « Красный Бор» (Тосненский район Ленинградской области). Результаты показали, что феррат натрия способен справляться с такими серьезными загрязнениями, как нефтепродукты и их производные, азот-, фосфор-, серосодержащие вещества, цианиды, аммиак, тяжелые металлы и другие загрязнители в промышленных стоках и водоемах.

Ученые считают, что устройство может оказаться полезным как для уже существующих в регионах системах водоотведения, очистных сооружений канализации (ОСК), так и регионам, нуждающимся в локальной очистке питьевой воды и хозяйственно-бытовых сточных вод и развивающим систему водоотведения и контроля качества очистки сточных вод. « Представляется, что одной из заинтересованных в этом стран может быть Китай. Китайские специалисты активно занимаются исследованием обеззараживающих свойств феррата натрия», ‒ рассказала Ани Петкова. Это связано с периодическим неприятным запахом в прибрежных районах, где активно используют соленую морскую воду для бытовых нужд, после чего она попадает в стоки и вызывает выделение серосодержащих веществ. « Борьба с этими запахами также возможна с помощью применения феррата натрия», ‒ добавила ученый. Она также отметила, что реагент может оказаться полезным при чрезвычайных ситуациях. « В таких случаях бывает, что определенные группы населения временно остаются без источника питьевой воды, а воду из природных источников зачастую следует предварительно дезинфицировать. Для таких ситуаций может быть разработана мобильная установка, производящая феррат на месте пребывания группы нуждающегося в питьевой воде населения», ‒ добавила ученый.

Политех является участником Проекта повышения конкурентоспособности ведущих российских университетов среди ведущих мировых научно-образовательных центров (Проекта 5-100). В рамках Проекта 5-100 в СПбПУ создаются, применяются и распространяются мультидисциплинарные политехнические знания, надотраслевые наукоемкие и передовые производственные технологии мирового уровня. Университетом активно развиваются концептуальные решения для организации бизнес-процессов всего цикла жизни продукта на современных производствах во всех отраслях промышленности, кардинально повышающие эффективность проектирования, подготовки производства и выпуска кастомизированной продукции. Перед Политехом поставлена задача продвижения на внешние и внутренние рынки (проекты с национальными индустриальными лидерами, активное участие в Национальной технологической инициативе, дальнейшее освоение европейского и выход на азиатский рынки).

Изобретение относится к получению феррата (VI) натрия, который может быть использован в качестве окислителя. Способ получения феррата (VI) натрия включает взаимодействие пероксида натрия и оксида железа (III), которое осуществляют в присутствии горючего, в качестве которого используют углерод, вводимый в количестве 1,5-2,5% от массы взаимодействующих компонентов. Для приготовления исходной шихты сначала смешивают оксид железа (III) и углерод, затем к полученной смеси добавляют пероксид натрия. Взаимодействие оксида железа (III), пероксида натрия и углерода инициируют локальным разогревом шихты до температуры около 500°С. Изобретение позволяет получить продукт с высоким содержанием феррата (VI) натрия.

Изобретение относится к способам получения феррата (VI) натрия (Na 4 FeO 5) и может найти применение в различных отраслях промышленности, где используются мощные и селективные окислители.

Известен способ получения ферратов щелочных металлов [патент США №4545974, НКИ 423/594.2, 1985 г.], состоящий во взаимодействии между оксидами железа (Fe 2 O 3 или Fe 3 O 4) и нитратами соответствующих щелочных металлов в атмосфере азота при температурах от 780 до 1100°С. Данный способ имеет ряд существенных недостатков. Во-первых, проведение процесса в атмосфере азота при высоких температурах сложно и связано с большими затратами энергии. Кроме того, в результате данного процесса получается скорее смесь ферратов щелочных металлов (Ме 2 FeO 3 и Ме 2 FeO 4) чем чистый Me 2 FeO 4 .

Известен способ получения ферратов (VI) щелочных и щелочно-земельных металлов [патент США №7115242, НКИ 423/594.2, 2006 г.], состоящий во взаимодействии соединений трехвалентного железа с гидроксидом металла и персульфатами калия, натрия, аммония при температуре 250-500°С в течение до 10 часов. При указанных условиях синтеза все железо переходит из степени окисления +3 в степень окисления +6. Однако данный способ также имеет ряд недостатков. Во-первых, использование в качестве окислителя персульфатов не позволяет получать чистый препарат (продукт синтеза будет существенно загрязнен сульфатами щелочных металлов) и, во-вторых, проведение процесса при высоких температурах в течение длительного времени также требует существенных энергозатрат.

Известен способ получения феррата натрия [ЖНХ, 1989 г, т.34, №9, с.2199-2202, или А.с. СССР №1318530, МКИ C01G 49/00, 1987 г.], согласно которому феррат натрия получают путем взаимодействия пероксида натрия и оксида железа (III) при мольном соотношении Na/Fe=4/1 в температурном интервале 350-370°С в токе кислорода в течение более 14 часов. Смешение исходных реагентов проводили под слоем четыреххлористого углерода, осушенного двукратной перегонкой над фосфорным ангидридом. Причем использовался двухступенчатый режим нагревания: 2 часа при 150-200°С и не менее 12 часов при 350-370°С. По данным рентгено-фазового анализа продукт синтеза содержит только железо в степени окисления +6.

Однако данный способ, хотя и обеспечивает высокое содержание основного вещества в продукте синтеза, является скорее лабораторным (получение целевого продукта в больших количествах данным способом проблематично), так как при его осуществлении требуется проведение сложных технологических операций, сопряженное с большим расходом исходных реагентов. Следует особо отметить, что использование в больших количествах четыреххлористого углерода представляет серьезную опасность для обслуживающего персонала, а необходимость его дальнейшей утилизации - для окружающей среды.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ получения ферратов щелочных металлов [патент США №4551326, НКИ 423/594.2, 1985 г.], включающий взаимодействие в температурном диапазоне от 400 до 700 перекисного соединения щелочного металла и различных соединений железа (оксиды железа) или элементарного железа в отсутствие кислорода (вакуум или атмосфера инертного газа). Основные недостатки данного способа - низкий выход основного вещества (не более 16% массовых) и необходимость проведения процесса в отсутствие кислорода при высоких температурах, что требует использования сложного технологического оборудования и сопряжено с высокими затратами электроэнергии.

Задачей изобретения является создание экономичного способа получения феррата натрия (Na 4 FeO 5), обеспечивающего получение продукта с высоким содержанием основного вещества.

Задача изобретения решается тем, что в способе получения феррата (VI) натрия путем взаимодействия перекисного соединения щелочного металла и оксида железа (Fe 2 О 3), в качестве перекисного соединения щелочного металла используют пероксид натрия (Na 2 О 2), а взаимодействие компонентов осуществляют в присутствии горючего.

Способ осуществляют следующим образом. Вначале готовят шихту, для чего смешивают исходные компоненты - оксид железа (III) и горючее. В качестве горючего могут быть использованы различные аллотропные модификации углерода. Затем добавляется пероксид натрия. Оксид железа и горючее перед синтезом сушат до остаточной влажности не более 0,5% массовых. Шихта для синтеза должна содержать оксид железа (III) и пероксид натрия при соотношении атомов Na/Fe=4/1 (возможен избыток атомов Na до 5%). При другом соотношении получается или смесь ферратов различного химического состава (соотношение атомов Na/Fe меньше 4), или продукт излишне загрязнен щелочью. Горючее добавляют в соотношении, определяемом особенностями химических взаимодействий взятой системы компонентов.

С целью избежания создания взрывоопасных мольных соотношений горючее (углерод) - пероксид натрия смешение исходных компонентов осуществляют в две стадии. На первой стадии смешивают оксид железа и горючее. На второй стадии к полученной смеси добавляют перекисное соединение.

Полученную таким образом шихту помещают в реактор. Исходная шихта может также прессоваться в таблетки, блоки любым известным способом (на гидравлическом прессе, на роторном таблеточном прессе, методом изостатического прессования и т.д.). В случае прессования исходной шихты в виде блоков они дробятся на любой дробилке, в результате чего получают продукт, имеющий полидисперсный состав. Гранулированный продукт помещают в реактор с помощью виброуплотнения.

Взаимодействие исходных компонентов инициируют локальным разогревом шихты до температуры порядка 500°С.

После инициирования в начальный момент протекает эндотермическая реакция между оксидом железа (III) и пероксидом натрия, в результате которой образуется феррат натрия и кислород:

Fe 2 O 3 +4Na 2 O 2 ->2Na4FeO 5 +0,5О 2

Выделившийся кислород вступает во взаимодействие с горючим по уравнению реакции:

При этом выделяющаяся энергия способствует дальнейшему протеканию основной эндотермической реакции. Горючее при этом сгорает полностью без образования твердого остатка. Реакции такого типа, когда энергия, необходимая для протекания основной эндотермической реакции, генерируется в процессе синтеза за счет протекания вспомогательной экзотермической реакции, называют реакциями самораспространяющегося высокотемпературного синтеза.

При наличии в исходной шихте менее 1,5% массовых углерода (горючего) процесс синтеза феррата натрия предложенным способом не происходит, а при содержании в исходной шихте углерода более 2,5% возникает возможность взрывоопасной ситуации и не исключено неполное его выгорание, что снижает содержание основного вещества в продукте синтеза.

Полученный продукт охлаждают и размалывают в порошок традиционными методами в отсутствие прямого контакта с влажным воздухом.

Полученный по описанным ниже примерам феррат натрия был подвергнут качественному рентгено-фазовому анализу, который подтвердил в целевом продукте наличие железа только в степени окисления +6.

Смешивают 1,6 кг оксида железа (III) и 0,09 кг углерода. К полученной смеси добавляют 3,15 кг пероксида натрия. Смешение производится обычным способом до получения однородного состава исходной шихты. Полученную шихту прессуют в таблетки. После этого таблетки на виброустановке загружают в реактор. Инициирование высокотемпературного самораспространяющегося синтеза осуществляют локальным нагревом шихты электрической спиралью до температуры около 500°С. Далее начинается непосредственно процесс высокотемпературного самораспространяющегося синтеза. Конечный продукт содержит 93% феррата натрия.

Смешивают 1,6 кг оксида железа (III) и 0,127 кг углерода. К полученной смеси добавляют 3,35 кг пероксида натрия. Далее, как в примере 1. Конечный продукт содержит 91% феррата натрия.

Смешивают 1,6 кг оксида железа (III) и 0,075 кг углерода. К полученной смеси добавляют 3,25 кг пероксида натрия. Далее, как в примере 1. Конечный продукт содержит 89% феррата натрия.

Как видно из приведенных в примерах данных, предложенный способ получения феррата натрия обеспечивает более высокое содержание основного вещества в продукте реакции, чем рассмотренные выше аналоги. Кроме того, предложенный способ позволяет свести к минимуму энергозатраты при синтезе феррата (VI) натрия.

Следует также отметить, что при промышленном производстве феррата (VI) натрия по предложенному способу возможно аккумулирование и дальнейшее использование выделяющейся в процессе синтеза тепловой энергии для технических целей.