Способ соосаждения гидроксидов металлов для получения пьезокерамических материалов на основе цирконата-титаната свинца

 

Изобретение относится к химической технологии и может быть использовано при получении пьезокерамических материалов на основе цирконата-титаната свинца (ЦТС) и изделий из них. Сущность изобретения заключается в двухстадийном взаимодействии раствора, содержащего исходные компоненты для производства ЦТС, с раствором гидроксидного осадителя концентрацией 4 6% Взаимодействие ведут на первой стадии при pH 2,8 3,8, на второй при pH 7 9. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к химической технологии и может быть использовано при получении материалов на основе цирконата-титаната свинца (ЦТС) в производстве пьезокерамических материалов (ПКМ) и изделий из них.

Известен способ соосаждения гидроксидов металлов для получения ПКМ путем гидролиза органического раствора алкоголятов металлов [1] Способ достаточно сложен и малопригоден для организации крупнотоннажного производства ПКМ из-за технических и экономических трудностей.

Известен способ соосаждения гидроксидов металлов для получения ПКМ на основе ЦТС, заключающийся во взаимодействии раствора, содержащего исходные компоненты, с раствором гидроксидного осадителя (NH₄OH или (NH₄)₂CO₃) при рН > 8 и отделении осадка гидроксидов металлов из образовавшейся пульпы с помощью фильтрации [2] Осадок гидроксидов после фильтрации подвергают длительной сушке, измельчению, а затем термообработке с целью синтеза ПКМ.

Недостатками способа являются низкая удельная нагрузка при сгущении пульпы гидроксидов, низкие фильтрующие свойства осадков, их высокая влажность, что ведет к увеличению объема фильтрационного и отстойного оборудования. Сушка высоковлажных пастообразных осадков представляет в крупнотоннажном производстве сложную техническую задачу, требует большого расхода энергии. Осадки при сушке комкуются, сильно затвердевают, из-за чего необходим интенсивный помол высушенного продукта, что приводит к неконтролируемому загрязнению гидроксидов.

Задача изобретения повышение удельной нагрузки при сгущении пульпы гидроксидов металлов, улучшение фильтрующих свойств осадков гидроксидов, снижение их влажности.

Это достигается тем, что взаимодействие с гидроксидным осадителем проводится в две стадии: на первой стадии при рН 2,8-3,8, на второй при рН 7-9, причем концентрация гидроксидного осадителя составляет 4-6% Предлагаемый способ позволяет повысить удельную нагрузку при сгущении пульпы гидроксидов в 4 раза, снизить влажность на 29% При снижении значения рН первой стадии ниже 2,8 и увеличении выше 3,8 снижается удельная нагрузка при сгущении пульпы гидроксидов, уменьшается производительность фильтрации осадков гидроксидов, увеличивается их влажность. При уменьшении значения рН второй стадии ниже 7 не обеспечивается полнота осаждения исходных компонентов, что ведет к неконтролируемому изменению состава ПКМ, получаемых из гидроксидов. При увеличении значения рН второй стадии выше 9 ухудшаются указанные выше показатели сгущения, фильтрации и влажности. Кроме того, это приводит к неоправданному расходу гидроксидного осадителя.

Снижение концентрации гидроксидного осадителя ниже 4% приводит к возрастанию объемов маточных растворов, подлежащих очистке. При концентрации выше 6% ухудшаются указанные выше показатели сгущения, фильтрации и влажности осадков.

П р и м е р. Исходный раствор для получения ПКМ (PbО 70 г/л, ZrO₂ 20,8 г/л, TiO₂ 12 г/л, Nb₂O₅ 1,1 г/л, SrO 1,6 г/л) поступал в лабораторный каскад, состоящий из трех аппаратов объемом 1,5 л каждый. Одновременно в эти аппараты вводили гидроксидный осадитель раствор гидроокиси аммония. В зависимости от назначения эксперимента концентрацию его изменяли в пределах 4, 5, 6, 8, 10, 25% причем в некоторых опытах аммиак вводили в первый аппарат, а во второй и третьем аппаратах осуществляли перемешивание пульпы. При этом рН поддерживали равным 7-9. В других опытах аммиак вводили как в первый, так и во второй аппараты каскада, причем рН по первой стадии исследовали в пределах 2,0-2,5; 2,8-3,8; 4,0-4,5; 6,4-7,1, а на второй стадии рН составлял 7-9. Процесс проводили при температуре 60-65^оС. Продукционная пульпа поступала на сгущение, а сгущенная пульпа на фильтрацию и отмывку осадка от маточного раствора. Определяли удельную нагрузку при сгущении пульпы, производительность фильтрации гидроксидов и их влажность. Результаты представлены в таблице.

Дополнительно проводили исследования по влиянию рН меньше 7 на второй стадии на осаждение всех компонентов. При соблюдении всех параметров процесса рН второй стадии составлял 5,8-6,5. При этом содержание РbО в фильтрате составило в среднем 1,2 г/л, что недопустимо, так как приводит к изменению стандартного состава ПКМ и, как следствие, к ухудшению электрофизических свойств продукта.

Формула изобретения

1. СПОСОБ СООСАЖДЕНИЯ ГИДРОКСИДОВ МЕТАЛЛОВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПЬЕЗОКЕРАМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ЦИРКОНАТА-ТИТАНАТА СВИНЦА, включающий взаимодействие раствора, содержащего исходные компоненты, с раствором гидроксидного осадителя и отделение осадка гидроксидов металлов из образовавшейся пульпы, отличающийся тем, что взаимодействие ведут в две стадии: на первой при рН 2,8 3,8, на второй при рН 7 9.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что концентрация гидроксидного осадителя составляет 4 6%

РИСУНКИ

Рисунок 1