Способ получения порошка оксида висмута (iii)


 


Владельцы патента RU 2478080:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт неорганической химии им. А.В. Николаева Сибирского отделения Российской академии наук (ИНХ СО РАН) (RU)

Изобретение может быть использовано в химической технологии. Способ получения порошка оксида висмута (III) включает окисление висмута кислородом во вращающемся реакторе с контролируемой атмосферой. Расплав висмута окисляют кислородом до получения оксидной смеси с содержанием висмута не более 93 мас.%. Затем оксидную смесь доокисляют в неподвижном слое при температуре, не превышающей 700°С. Изобретение позволяет получить за более короткое время мелкодисперсный высокочистый порошок стехиометричного оксида висмута (III) и повысить производительность вращающегося реактора. 1 пр.

 

Изобретение относится к области синтеза неорганических соединений, а именно к способу синтеза соединений висмута, и, в частности, к способу синтеза оксида висмута.

Известны способы синтеза порошка оксида висмута при окислении кислородом металлического висмута, в частности, при термической обработке на воздухе предварительно приготовленного металлооксидного порошка. Данный порошок получают введением при 350°С и перемешиванием в расплав висмута 20-30 мас.% порошка оксида висмута. (Юхин Ю.М., Михайлов Ю.И. Химия висмутовых соединений и материалов. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2001, с.43).

Основным недостатком данного способа, как отмечается авторами, является то, что получаемый оксид может быть загрязнен как материалом реактора, так и тонкодисперсным металлическим висмутом. К недостатку относится и необходимость проведения предварительной операции приготовления металооксидного порошка при добавлении в ограниченный реакционный объем 20-30% оборотного оксида, что соответственно на 20-30% снижает производительность используемого оборудования.

Наиболее близким, принятым за прототип, является способ синтеза порошка оксида висмута, при окислении висмута кислородом во вращающемся реакторе с контролируемой атмосферой после предварительного удаления в восстановительной атмосфере оксидной пленки с поверхности расплава висмута (Способ получения порошка оксида висмута (III). Патент РФ №2385294).

Существенным недостатком данного способа является необходимость длительной выдержки металлооксидного порошка при повышенной температуре во вращающемся реакторе.

Задачей изобретения является разработка способа, позволяющего сократить время синтеза порошка оксида висмута (III) и повысить производительность вращающегося реактора.

Техническим результатом изобретения является повышение производительности вращающегося реактора при получении мелкодисперсного высокочистого порошка стехиометричного оксида висмута.

Технический результат достигается тем, что в способе получения порошка оксида висмута (III) путем окисления висмута кислородом во вращающемся реакторе с контролируемой атмосферой расплав висмута окисляют кислородом до получения оксидной смеси с содержанием висмута не более 93 мас.%, после чего оксидную смесь доокисляют в неподвижном слое при температуре, не превышающей 700°С.

Отличительными признаками способа являются: расплав висмута окисляют кислородом до получения оксидной смеси с содержанием висмута не более 93 мас.%, последующее доокисление оксидной смеси проводят в неподвижном слое при температуре, не превышающей 700°С.

При синтезе порошка оксида висмута во вращающемся кварцевом реакторе повышение температуры выше 500°С не безопасно, т.к. при такой температуре порошок висмута начинает слипаться, залипает на стенках реактора, перестает пересыпаться и образует комки весом до нескольких килограммов, которые из-за ударов о стенку при вращении приводят к разрушению ректора. Вместе с тем повышение температуры значительно повышает скорость окисления. Так, полное окисление 20 кг висмута во вращающемся реакторе из кварцевого стекла диаметром 200 мм и объемом 15 л при повышении температуры от 350°С, после образования оксидной смеси с содержанием висмута не более 93 мас.%, до 500°С происходит за 350 часов. Полное окисление 20 кг висмута, включающее получение порошка оксидной смеси с содержанием висмута не более 93 мас.% при окислении в аналогичном вращающемся реакторе, с доокислением в неподвижном слое при 700°С, происходит за 168 часов. Окисление 20 кг висмута во вращающемся реакторе до получения порошка оксидной смеси с содержанием висмута не более 93 мас.%, при оптимальной скорости подачи кислорода 30 л/ч, в обоих случаях происходит за 72 часа и включено в общее время синтеза соответственно. Таким образом, использование повышенной температуры при окислении в неподвижном слое позволяет сократить время синтеза порошка оксида висмута в 2 раза. При этом обработка в установке с вращающимся реактором занимает 72 часа, обработка в неподвижном слое не требует использования установок с вращающимся реактором и может быть проведена в более простых, менее дорогих и более компактных печах. Доокисление в неподвижном слое возможно проводить в этом же вращающемся реакторе, при температуре до 700°С, путем остановки вращения, что также позволяет сократить время синтеза порошка оксида висмута (III) и повысить производительность способа получения.

Проведение доокисления в неподвижном слое подразумевает подбор условий, исключающих образование спеков и взаимодействие со стенками реактора за счет выделения теплоты реакции окисления металла. Отведение теплоты реакции окисления при проведении процесса в неподвижном слое зависит от геометрии реактора, величины его загрузки, скорости подачи кислорода. В общем случае использование вращающегося реактора необходимо только для превращения расплава металла в порошок оксидной смеси с содержанием висмута не более 96 мас.% (с большим содержанием металла порошок оксидной смеси не образуется), однако большое содержание металла в порошке оксидной смеси, для исключения образования спеков, требует более точного контроля за локальным перегревом реакционной смеси и доступом кислорода в реакционную зону. При проведении серии экспериментов по доокислению в неподвижном слое было установлено, что содержание висмута в порошке оксидной смеси не более 93% позволяет проводить доокисление без специальных мер контроля за локальным перегревом реакционной смеси. Экспериментально установлено, что при данной геометрии реактора и загрузке висмута 10 - 35 кг при поступлении в реакционную зону стехиометрического количества кислорода, рассчитанного по уравнению реакции 4Bi+3O2=2Bi2O3, образуется порошок оксидной смеси с содержанием металла не более 93%.

Типичный пример

В трубчатый кварцевый реактор с рабочим объемом ~15 л загружают 20 кг висмута, включают нагрев и вращение реактора. Синтез порошка оксидных соединений ведут при 350°С и скорости подачи кислорода 30 л/ч в течение 72 часов. Полученный порошок оксидных соединений засыпают в кварцевые стаканы и помещают в печь. В стаканы подается кислород. Температура в печи не должна превышать 700°С. После охлаждения полученный порошок просевают через сито с ячеей 500 мкм.

Выход порошка оксида висмута с размером зерна не более 500 мкм составляет 90-95%. Основная масса порошка (80-90%) имеет размер зерна не более 150 мкм.

Для установления степени загрязнения полученного предложенным способом порошка оксида висмута определялось содержание кремния. Кремний - единственно возможная примесь, поступающая из материала используемой аппаратуры - реактора из высокочистого кварцевого стекла. Содержание кремния определялось с помощью лазерной масс-спектрометрии.

Для уточнения соответствия стехиометричности полученного оксида проводился гравиметрический анализ на содержание висмута в целевом продукте. Методика анализа основана на реакции восстановления оксида висмута водородом.

По данным анализов, содержание висмута в полученном порошке оксида висмута соответствует стехиометрическому (89,68%), а содержание кремния не более 1·10-3 мас.%. Погрешность используемой гравиметрической методики определения висмута в высокочистом оксиде висмута составляет 0,02% мас.%. Погрешность используемой лазерной масс-спектрометрической методики не превышает 0,25·10-3 мас.%.

Способ получения порошка оксида висмута (III) путем окисления висмута кислородом во вращающемся реакторе с контролируемой атмосферой, отличающийся тем, что расплав висмута окисляют кислородом до получения оксидной смеси с содержанием висмута не более 93 мас.%, после чего оксидную смесь доокисляют в неподвижном слое при температуре, не превышающей 700°С.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области синтеза неорганических соединений, а именно к способу синтеза соединений висмута и, в частности, к способу синтеза оксида висмута. .

Изобретение относится к способу получения висмута цитрата. .
Изобретение относится к области неорганических соединений, а именно к способам получения порошков оксидных соединений и, в частности, к способу получения порошка смеси особо чистых оксидных соединений висмута и германия с повышенной насыпной плотностью.
Изобретение относится к области синтеза неорганических соединений, а именно к способу синтеза соединений висмута и, в частности, к способу синтеза оксида висмута. .

Изобретение относится к гидрометаллургии редких металлов, а конкретно - к способу переработки висмутсодержащих материалов с получением соединений висмута. .
Изобретение относится к гидрометаллургии редких металлов, а конкретно к способу переработки висмутсодержащих материалов с получением соединений висмута. .
Изобретение относится к экспериментальной медицине и может быть использовано в лабораторной диагностике. .

Изобретение относится к гидрометаллургии редких металлов, а конкретно - к способам переработки висмутсодержащих материалов с получением соединений висмута. .
Изобретение относится к гидрометаллургии редких металлов, а конкретно - к способам переработки висмутсодержащих материалов с получением соединений висмута. .

Изобретение относится к способам получения солей висмута. .
Изобретение относится к области синтеза неорганических соединений, а именно к способу синтеза соединений висмута и, в частности, к способу синтеза оксида висмута

Изобретение относится к металлорганическим латентным каталитическим соединениям, которые являются подходящими в качестве катализаторов в реакциях полиприсоединения или поликонденсации, которые катализируются катализатором типа кислоты Льюиса, в частности, для сшивки блокированного или не блокированного изоцианата или изотиоцианатного компонента с полиолом или политиолом с формированием полиуретана (ПУ)

Изобретение относится к способу получения висмут калий цитрата. Получение висмут калий цитрата проводят путем обработки висмут цитрата водным раствором калия гидроокиси. Способ осуществляют при молярном отношении калия гидроокиси к висмут цитрату, равном 1,0-1,05, и при весовом отношении раствора калия гидроокиси к висмут цитрату, равном 0,5-2,0. При этом продукт получают в виде пасты. Техническим результатом является упрощение процесса и сокращение расхода используемых реагентов. 1 табл., 3 пр.

Изобретение может быть использовано в области нанотехнологий и химической промышленности. Способ получения наночастиц висмута включает концентрирование методами экстракции прекурсоров полупроводников из водных растворов с последующим их восстановлением. В качестве экстрагентов используют s-алкилизотиуроний галогениды. Раствор s-алкилизотиуроний галогенида перемешивают с целью экстракции прекурсора висмута с раствором выщелачивания огарков окислительного обжига висмутсодержащих промышленных продуктов, содержащим 0,001 Μ водного раствора [BiCl4]-. Полученный раствор прекурсора иона висмута с ионом ПАВ в толуоле отделяют на делительной воронке, отгоняют толуол под вакуумом. Полученный раствор прекурсора разлагают при его соотношении к гидроксиду натрия 1:2 и рН=11. Полученный осадок отделяют центрифугированием и сушат на воздухе, затем осадок помещают в автоклав или ампулу, подсоединяют к вакууму, нагревают до температуры 140-180°C. Продукты термолиза охлаждают и растворяют в хлороформе. Полученную дисперсию частиц висмута центрифугируют для отделения порошка висмута от раствора хлороформа. Изобретение позволяет получить наночастицы висмута. 1 з.п. ф-лы, 1 пр.

Изобретение относится к способу получения висмут аммоний цитрата. Получение висмут аммоний цитрата проводят путем обработки цитрата висмута водным раствором гидроокиси аммония. Способ осуществляют при молярном отношении гидроокиси аммония к цитрату висмута, равном 1,0-1,5, и при весовом отношении раствора гидроокиси аммония к цитрату висмута, равном 0,96-2,5. При этом продукт получают в виде пасты, которую сушат при температуре 60-120°С. Техническим результатом является упрощение процесса и сокращение расхода используемых реагентов. 1 табл., 2 пр.
Наверх