Способ получения карбида молибдена

 

Изобретение относится к способам получения пироплавких неорганических соединений, в частности карбида молибдена и позволяет выделять целевой продукт в виде порошка однородного гранулометрического состава с дисперсностью частиц 1 - 3 мкм. Способ получения карбида молибдена осуществляют в режиме горения смеси, содержащей обогащенную молибденовую руду, состоящую из MoO₃ и MoO₂ в количестве 55,2 - 64,1 мас.%, магний - металл - восстановитель (23,2 - 30,3 мас.%) сажу (1,7 - 3,5 мас.%) и инертный разбавитель - оксид магния (10 - 15 мас.%), при плотности смеси 1,2-1,45г/cм³ и температуре горения 1900 - 2400°С. Выход продукта дисперсностью 1 - 3 мкм достигает 97%. 1 табл.

Изобретение относится к неорганической химии, в частности к способам получения порошкообразных тугоплавких неорганических соединений, и может быть использовано в твердосплавной промышленности для изготовления изделий твердосплавного назначения, а также для легирования инструментальных материалов и т.п. Цель изобретения - создание возможности выделения карбида молибдена в виде порошка однородного гранулометрического состава с дисперсностью частиц 1-3 мкм. Способ осуществляют в режиме горения смеси, содержащей обогащенную молибденовую руду, состоящую из MoO₃ и MoO₂, магний-металл-восстановитель оксид магния - инертный разбавитель, сажу при содержании исходных компонентов в смеси, мас.%: Обогащенная молибде- новая руда 55,2-64,1 Магний 23,2-30,03 Оксид магния 10-15 Сажа 1,7-3,5 при плотности смеси 1,2-1,45 г/см³, причем процесс горения смеси ведут при температуре 1900-2400^оС. Для достижения цели необходимо в исходную шихту ввести инертный разбавитель - оксид магния в количестве 10-15 мас.%. Присутствие в исходной шихте обогащенной молибденовой руды, содержащей MoO₃ и MoO₂, приводит к тому, что во фронте горения легколетучие микропримеси, содержащиеся в руде, испаряются и происходит газостатическое измельчение полученного карбида. Это обеспечивает однородность гранулометрического состава карбида молибдена в интервале дисперсности 1-3 мкм. При содержании обогащенной молибденовой руды в шихте менее указанного предела (55,2 мас.%) процесс протекает бурно, при этом нарушается однородность конечного продукта. Кроме того, часть углерода не вступает в реакцию и остается в продукте в виде инертного разбавителя, что нарушает однородность гранулометрического состава конечного продукта. При увеличении этого же компонента в шихте более чем 64,1 мас.% также цель не достигается, т.к. в данном случае часть восстановленного молибдена не участвуют в реакции с сажей и остается в целевом продукте в виде твердого раствора. Это также нарушает однородность гранулометрического состава целевого продукта. Этим же объясняется целесообразность придерживаться указанных границ содержания сажи в шихте 1,7-3,5 мас.%. Уменьшение сажи в шихте ниже указанной границы приводит к появлению твердого раствора молибдена в целевом продукте, т.к. для его полной карбидизации сажи недостаточно. Превышение содержания сажи выше указанной границы приводит к появлению в целевом продукте углерода в виде инертного разбавителя. В обоих случаях нарушается однородность и однофазность гранулометрического состава конечного продукта. При уменьшении содержания магния в шихте менее чем 23,3 мас.% процесс протекает с неполным восстановлением оксида молибдена, который остается в конечном продукте в виде побочной примеси, а это нарушает однородность фазового и гранулометрического состава целевого продукта. Увеличение содержания магния в шихте более чем 30,3 мас.% приводит к бурному испарению избыточного магния, что нарушает однородность гранулометрического состава целевого продукта. А эндотермический процесс испарения магния может снизить температуру горения и остановить распространение фронта горения по всему объему исходной шихты, нарушая этим однородность целевого продукта по фазовому составу. Продукт получается нечистый, с примесями недореагированной исходной шихты. При плотности исходной шихты ниже 1,2 г/см³ процесс горения из-за недостаточного контакта частиц исходных компонентов не осуществлятся. Процесс горения не осуществляется также и тогда, когда плотность исходной шихты превышает 1,45 г/см³. Из-за недостаточной пористости исходного образца распространение фронта горения по всему образцу прекращается, поскольку в этих процессах большую лимитирующую роль играет реакция, протекающая между исходными компонентами в газовой фазе. Высокая плотность смеси уменьшает фильтрацию газообразных компонентов в фронте горения. При температурах процесса ниже 1900^оС распространение фронта горения прекращается и этим нарушается однородность конечного продукта. При температурах выше 2400^оС в режиме горения происходит спекание конечного продукта и для получения фракции менее 3 мкм необходим длительный размол продукта. Однако, как известно, в процессе размола нарушается однородность порошка и невозможно достичь достаточную однородность с содержанием фракции 1-3 мкм. При разбавлении реакционной шихты инертным оксидом магния менее 10 мас. % температура горения во фронте превышает температуру плавления исходных компонентов и целевой продукт получается в литом виде и образование порошков невозможно. В лучшем случае при размоле конечного продукта выход фракции 1-3 мкм не будет превышать 10-15%. При разбавлении реакционной шихты инертным оксидом магния более 15 мас. % температура горения падает и распространение фронта горения по всему объему прекращается, этим нарушается однородность гранулометрического и фазового состава целевого продукта. Способ осуществляют следующим образом. Исходные компоненты в виде порошков дозируют согласно заданному соотношению и смешивают. Смешанные порошки при определенной плотности загружают в реактор самораспространяющего высокотемпературного синтеза (СВС). В каждой загрузке содержится от 2 до 15 кг шихты. Реактор герметизируют, заполняют инертным газом - аргоном и инициируют процесс горения локальным воспламенением при помощи электрической спирали. Образуется фронт горения в тонком слое, самораспространяющийся в реакционном объеме. После прохождения фронта горения по всему объему шихты, регистрируемому контрольной термопарой, продукт реакции охлаждают и обрабатывают раствором минеральной кислоты, например, соляной или серной. Полученный целевой продукт представляет собой мелкодисперсный однофазный порошок с размерами частиц 1-3 мкм. Исследование по гранулометрическому составу проводили на счетчике CULTER TA-2, на котором определяли распределение частиц по размерам. Рентгенофазовый анализ полученных продуктов определяют на дифрактометре. Содержание связанного неметалла в целевом продукте определяли способом химического анализа. По химическому составу полученные продукты близки к стехиометрическому. Выход целевого продукта по предлагаемому способу составляет 96-98% от содержания основного элемента в шихте. Предлагаемый способ в отличие от прототипа позволяет получить целевой продукт в виде порошка с такой однородностью и размером частиц (1-3 мкм), которые позволяют изготовить из порошка компактные изделия целевых назначений традиционными методами порошковой металлургии без предварительного размола и классификации порошков. Предлагаемый способ иллюстрируется нижеследующими примерами. Пример осуществления способа. Смешивают 5,95 кг обогащенной молибденовой руды (59,5 мас.%), 2,69 кг порошка магния марки МПФ-1 (26,9 мас.%) и 0,26 кг порошка сажи марки ПМ-15ТС (2,6 мас. % ), что составляет реакционную шихту. К исходной шихте в качестве инертного разбавителя добавляют 1,1 кг порошка оксида магния марки "Ч" (11 мас. %) и приготовленную смесь загружают в барабан из нержавеющей стали и перемешивают в течение 3 ч. После этого приготовленную шихту прессуют и при определенной плотности загружают в герметический реактор самораспространяющего высокотемпературного синтеза (СВС), после чего реактор закрывают, продувают 2-3 раза инертным газом, заполняют реактор инертным газом (аргоном) и воспламеняют шихту с помощью поджигающей спирали, подведенной к шихте. Температура горения 2150^оС. Образуется фронт горения в тонком слое, который распространяется в реакционном объеме за счет внутренней энергии исходных реакционных компонентов. После прохождения фронта горения по всему объему шихты, регистрируемому контрольной термопарой, продукт реакции охлаждают в месте с реактором в течение 1 ч. Охлажденный продукт выгружают из реактора и обрабатывают в растворе соляной кислоты. Выделенный целевой продукт представляет собой порошок карбида молибдена с однородностью 97% и размером частиц 1-3 мкм. В таблице приведены другие примеры осуществления способа с указанием условий синтеза и характеристики полученных продуктов при разных содержаниях в шихте компонентов. Из представленных данных следует, что максимальный выход порошкообразного карбида молибдена Mo₂C с однородным составом 1-3 мкм достигается при соблюдении всех заявляемых условий проведения процесса. При выходе содержания исходных компонентов за предельные значения выход целевого продукта падает, нарушается фазовый и гранулометрический состав целевого продукта, прекращается распространение фронта горения и инициирование процесса. Преимуществом предлагаемого способа является его упрощение, поскольку в условиях проведения процесса по прототипу продукт получают в литом виде и для выделения целевой фракции 1-3 мкм требуется дополнительная его обработка в шаровых мельницах. При этом выход карбида молибдена снижается до 10-15%.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАРБИДА МОЛИБДЕНА в режиме горения смеси, содержащей молибденсодержащий компонент, магний - металл - восстановитель, углерод, выделение целевого продукта, отличающийся тем, что, с целью создания возможности выделения карбида молибдена в виде порошка однородного гранулометрического состава с дисперсностью частиц 1 - 3 мкм, смесь дополнительно содержит инертный разбавитель - оксид магния, в качестве молибденсодержащего компонента она содержит обогащенную молибденовую руду, состоящую из MoO₃ и MoO₂, а в качестве углерода - сажу при следующем соотношении исходных компонентов в смеси, мас.%: Обогащенная молибденовая руда 55,2 - 64,1 Магний 23,2 - 30,3 Оксид магния 10 - 15 Сажа 1,7 - 3,5 при этом процесс горения смеси осуществляют при температуре 1900 - 2400^oС и плотности смеси 1,2 - 1,45 г/см³.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 31-2000

Извещение опубликовано: 10.11.2000        

---