Способ получения фосфатов элементов iii группы гидротермальным методом

 

Использование: в электронной технике, для акустооптической керамики. Сущность изобретения: ортофосфат лантана получают гидротермальным методом из раствора твердого гидроксида лантана в ортофосфорной кислоте при температуре 150-250°С и давлении жидкой фазы 0,8-1,5 МПа. Ортофосфорную кислоту берут концентрацией 50-60 мае. %, и процесс ведут при объемном соотношении жидкой и твердой фаз 4,0- 4,5:1,1-1,2. Получают однофазный кристаллический ортофосфат лантана, применяемый в акустоэлектронике. Выход продукта составляет 95,6%. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 С 30 В 7/10, 29/14

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4792699/26 (22) 20.02.90 (46) 07.11.92. Бюл. N 41 (71) МГУ им. M.Â.Ëîìîíîñîâà (72) В.И.Пополитов, И,М.Ярославский, О.В.Димитрова и Е,Е.Стрелкова (56) Заявка Японии

М 54-85187, кл. В 01 J 17/04, 1979, (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФОСФАТОВ

ЭЛЕМЕНТОВ ill ГРУППЫ ГИДРОТЕРМАЛ Ь Н ЫМ М ЕТОДОМ (57) Использование: в электронной технике, для акустооптической керамики. Сущность

Изобретение относится к способу получения кристаллической шихты ортофосфата лантана (LaPO4) и может быть использовано в электронной технике.

Известен способ получения ортофосфата алюминия из испаряющегося раствора ортофосфорной кислоты при температуре

160 — 200ОC им давлении 7-20 атм. Недостатком способа является невозможность получить кристаллический продукт с максимальной степенью превращения и определенной степенью дисперсности кристаллов.

Цель изобретения — получение кристаллического ортофосфата лантана для акустооптической керамики.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения ортофосфата лантайа из шихты, содержащей соединения лантана, процесс ведут из испаряющегося раствора ортофосфорной кислоты концентрацией 50 — 60 мас., при температуре 150250 С, Давлении жидкой фазы 0,8 — 1,5 МПа и объемном соотношении жидкой и твердой фаз 4,0 — 4,5:1,1 — 1,2, ЫУ, 1773953 А1 изобретения: ортофосфат лантана получают гидротермальным методом из раствора твердого гидроксида лэнтана в ортофосфорной кислоте при температуре 150-250 С и давлении жидкой фазы 0,8-1,5 МПа, Ортофосфорную кислоту берут концентрацией

50-60 мас. %, и процесс ведут при объемном соотношении жидкой и твердой фаз 4,0—

4,5:1,1 — 1,2. Получают однофазный кристаллический ортофосфат лантана, применяемый в акустоэлектронике, Выход продукта составляет 95,6;4. 1 табл.

Способ осуществляется следующим образом. В фторопластовый или кварцевый реактор емкостью 1 л помещают предварительно полученную из оксида лэнтана при температуре 80-90ОС гидроокись лантана.

Затем заливают водный раствор ортофосфорной кислоты заданной концентрации при строго определенном объемном соотношении жидкой и твердой фазы. Кварцевый или фторопластовый реактор помещают в специальную установку, которая герметизируется крышкой со встроенным в нее манометром и патрубком с регулировочным газовым краником. Патрубок необходим для отвода избытка паров в конденсатор, а краником задается давление жидкой фазы в системе 1 а(ОН)з-НЗРО4Н20. Процесс кристаллизации ортофосфата лантана ведут в температурном интервале

150 — 250 С. В этом интервале в состав паровой фазы над раствором ортофосфорной кислоты входит только вода, что позволяет точно, в течение всего эксперимента поддерживать постоянное объемное соотношение жидкой и твердой фазы, что необходимо для однофазового образования монокри1773953

50 сталлов ортофосфзтз лзнтана с достаточ, ым выходом.

При заданной температуре происходит растворение гидроокиси лантана и нзсыщение раствора ее формами, Регулируя за счет краника отвод паров воды в конденсатор, создают пересыщение раствора, результатом чего является образование монокри. сталлов ортофосфата лантана по всему обьему реактора. Возрастание пересыщения при фиксированных параметрах процесса регулируется скоростью роста кристаллов, причем с увеличением поверхности кристаллов возрастает интенсивность "выбирания" кристаллиэуемого вещества из маточного раствора. Процесс во времени протекает непрерывно и прекращается при практически полном испарении жидкой фазы в реакторе.

Максимальный массовый выход монокристаллов ортофосфата лзнтана достигает 92—

96,2%. Все параметры, необходимые для реализации способа, существенны с точки зрения достижения цели изобретения, При температуре ниже 150 С мала растворимость а(ОН)з и реакция ее взаимодействия с ортофосфорной кислотой протекает медленно, что влияет на интенсивность процесса образования монокристзллов ортофосфатз лзнтана. При температуре выше 250 С начинает происходить частичное испарение раствора, что нарушает процесс однофззового образования монокристаллов ортофосфата лантана. Концентрация ортофосфорной кислоты 50 — 60 мас.% в сочетании с температурой достаточна для растворения гидроокиси лантана и перехода ее в раствор. При Снэ риац "-50мас.% скорость растворения 1 з(ОН)з мала, что лимитирует образование насыщенного раствора. При

Снз pQ4>60мас,% происходитобразование побочной фзэы, что снижает выход основного продукта. Давление жидкой фазы в системе а(ОН)з — НзРО4 — НгО точно соответствует "граничному" давлению, при котором образуется только ортофосфат лантана, а не его метафосфат. При давлении ниже 0,8 МПа наряду с ортофосфатом лантана происходит кристаллизация а(ОН)э, что снижает выход основного продукта.

Превышение давления 1,5 МПа ведет к смещению реакции образования ортофосфата лантана в сторону кристаллизации метафосфата лантана. Отношение жидкой и твердой фазы необходимо для полноты протекания реакции взаимодействия гидроокиси лантана и ортофосфорной кислоты,а также для быстрого насыщения раствора. Таким обр зом, все указанные параметры, позволя

45 щие реализовать предлагаемый способ взаимосвязаны и существенны с точки зрения достижения цели изобретения.

Использование способа получения ортофосфата лантана обеспечивает по сравнению с известным способом следующие преимущества: надежность, воспроизводимость и высокий выход продукта (92 — 96,2%) с размерами монокристаллов с определенной степенью дисперсности (2 — 3 мм), Способ технологичен, так как позволяет получать монокристаллы ортофосфата лантана в количествах, определяемых только физико-химическими параметрами эксперимента и емкостью используемых реакторов, Пример 1. Во фторопластовый реактор емкостью 1 л помещают предварительно полученную из оксида лантана при температуре 80 — 90 С гидроокись лантана в количестве 300 г, Затем в реактор заливают водный раствор ортофосфорной кислоты концентрацией 60 мас.% при соотношении жидкой и твердой фазы 4:1,1. Реактор помещают в специальную установку, которая герметизируется крышкой во встроенным в нее манометром и патрубком с регулировочным газовым краником, с помощью которого можно создавать давление в системе а(ОН)з-H3P04 — H20. Реактор в установке нагревают до температуры 150 С, насыщают раствор в течение 48 ч, при этом давление жидкой фазы составляет 8 атм. Затем открывз ат краник и через патрубок отводят в конденсатор пары воды. За счет постоянного отвода части паров в конденсатор, исходный раствор пересыщается, в его объеме происходит образование зародышей и последующий их рост в виде монокристаллов ортофосфата лантана, Выход монокристаллов составляет 92% по стехиометрическому уравнению La(OH)g+HaPOp LaP04+3H20.

Размеры монокристаллов до 2 мм.

Пример 2. Методика, последовательность операций и приемов аналогична примеру 1. Физико-химические параметры эксперимента: количество La(OH)a 300 г, концентрация водного раствора 55 мас.%, отношение жидкой фазы к твердой 4;1,1, температура 200 С, давление жидкой фазы

1,2 МПа. Выход кристаллов ортофосфата лантана 93,2%, размеры до 2,3 мм.

Пример 3, Методика, последовательность операций и приемов аналогичны примерам 1 и 2. Технологические параметры ведения процесса получения ортофосфата лзнтана: количество з(ОН)з 300 г, концентрация водного раствора НэРО4 60 мас.%, отношение жидкой фазы к твердой 4:1,1, температура 250 С, давление жидкой фазы

1773953

1,5 МПа, Выход кристаллов ортофосфата лантана 92,6 (, размеры до 3 мм.

В таблице представлены основные физико-химические параметры получения монокристаллов ортофосфата лантана.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить выход однофазового продукта и упростить получение. фосфорной кислоте при повышенной температуре и давлении, отличающийся тем, что. с целью получения кристаллического ортофосфата лантана для акустооптической

5 керамики, в качестве исходной шихты используется гидроксид лантана, ортофосфорную кислоту берут концентрацией 50 — 60 мас.$ и процесс ведут при температуре

150 — 250 С, давлении жидкой фазы 0,8 — 1,5

10 МПа и объемном соотношении жидкой и твердой фаз 0,8-1,5 МПа и объемном соотношении жидкой и твердой фаз 4,0—

4,5:1,1-1,2. е

Формула изобретения

Способ получения фосфатов элементов

1И группы гидротермальным методом из раствора исходной твердой шихты в ортоСоотношение жидкой и твердой аз

Выход баРОа $

Концентрация НЗРО4, мас.

Давление, МПа

Исходная шихта

Температура, С

Размеры кристаллов

LBPO4, Мм

Составитель О. Димитрова

Техред М.Моргентал Корректор Н Гунько

Редактор

Заказ 3908 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

270

0,82

0,85

0,89

1,2

1.3

1,41

1,47

1,52

1 а(ОН)з

3 а(ОН)з

И(ОН)з а(ОН)з (а(ОН)з

Еа(ОН)з

1 а(ОН)з

1аОНз

4,5:1,5

4,0:1,1

4,5:1,2

4,0:1,1

4,5:1,2

4,0:1,1

4,5:1,2

5,0:1,0

50,2

92,3

92,8

93,0

94,1

95,1

95,6

62,3

1,6

2,1

2,2

2,3-2,4

2,4-2.5

2,3-2,5

2,6-2,7

0,9-1,1