Способ получения никель-хромовой тиошпинели


 

C01G1/12 - Неорганическая химия (обработка порошков неорганических соединений для производства керамики C04B 35/00; бродильные или ферментативные способы синтеза элементов или неорганических соединений, кроме диоксида углерода, C12P 3/00; получение соединений металлов из смесей, например из руд, в качестве промежуточных соединений в металлургическом процессе при получении свободных металлов C21B,C22B; производство неметаллических элементов или неорганических соединений электролитическими способами или электрофорезом C25B)

Владельцы патента RU 2555026:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный университет" (RU)

Изобретение относится к области неорганической химии, а именно к технологии самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). Никель-хромовую тиошпинель получают СВС из смеси порошкообразного сульфида никеля NiS с добавлением порошка хрома и кристаллической серы, взятых до стехиометрического состава NiCr2S4 с 5%-ным избытком серы, в атмосфере воздуха. Технический результат состоит в упрощении, обеспечении большей производительности, незначительных энергетических затратах, высокой скорости и экологической чистоте процесса. 1 ил., 2 пр.

 

Изобретение относится к области неорганической химии, а именно к технологии самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), и может быть использовано для получения никель-хромовой тиошпинели.

Известен способ получения сульфохромитов [Ф.К. Лотгеринг. О ферримагнетизме некоторых сульфидов и окислов. - Успехи физических наук, 1958, т. 66, вып.10, с.247-300] путем нагревания смеси двух металлических порошков и серы в эвакуированной кварцевой трубке при температуре 700-900°C в течение 12-50 часов. Поскольку металлические зерна обычно являются довольно грубыми, препарат после первого прокаливания не является однородным. Поэтому материал прокаливают снова почти вдвое дольше при температуре 900-1000°C, а затем он размолот и спрессован в форме шарика. Синтезированы MnCr2S4, FeCr2S4, CoCr2S4, NiCr2S4, ZnCr2S4. Тиошпипинели образуются во всех случаях, за исключением NiCr2S4.

Известен способ [R.J. Bouchard, P.A. Russo, A. Wold. Preparation and electrical properties of some thiospinels. - Inorganic Chemistry, 1965, Vol. 4, No. 5, Pp.685-688] получения тиошпинели путем высокотемпературной комбинации металлов (чистотой 99,99%) с серой проводят несколько обжигов в вакуумированной кварцевой трубке с измельчениям в атмосфере сухого азота (около 1 часа в механической ступке), между обжигами для достижения однородности. Некоторые из тиохромитов получены по реакции соответствующих оксидных шпинелей с H2S при повышенных температурах в соответствии с общей реакцией: AB2O4+4H2S→AB2S4+4H2O

Известен способ получения тиохромата кадмия [Авт. свид. СССР №432095, C01B 17/20, Способ получения халькогенидной шпинели. / Е.М. Шумилкина, Н.Н. Парфенова] синтезом из порошков исходных соединений в вакууме. Для сокращения времени синтеза и упрощения технологии получения халькогенидной шпинели предлагается синтез из сульфидов осуществлять при 600-650°C в течение 0,5-1 часа и давлении в реакционной камере 10-4-5·10-5 мм рт.ст.

Известен также способ [US, Патент США, 4041140, C01B 17/20, C04B 35/70, Method of making a sulphide ceramic body. / Tsuneharu Nitta, Shigeru Hayakawa, Yukio Kasahara, Ziro Terada. Appl. No: 489,048, 1974] получения поликристаллического сульфида сульфированием оксидного материала в атмосфере сероуглерода при температуре в диапазоне от 400-1000°C.

Недостатком известных способов является длительность и многостадийность процесса, а также значительные энергетические затраты на нагревание смесей и длительную гомогенизацию, использование токсичного газообразного сероводорода.

Наиболее близким техническим решением, прототипом является способ синтеза из смеси порошков высокой чистоты [Anthony V. Powell, Douglas С. Colgan, Clemens Ritter. A Powder Neutron Diffraction Study of Structure and Magnetism in NiCr2S4. Journal of Solid State Chemistry, 1997, Vol.134, Pp.110-119]. Смесь никеля, хрома и серы, взятых в номинальной стехиометрии NiCr2S3.93, измельчают в агатовой ступке. Полученную смесь герметично закрывают в вакуумированной кварцевой ампуле и обжигают при температуре 1223 K в течение 24 часов. После измельчения образец обжигают при 1273 K в течение двух последовательных 3-дневных периодов с одним промежуточным измельчением. После окончательного обжига продукт охлаждают до 773 K в течение нескольких часов перед удалением из печи.

Недостатками указанного способа являются трудоемкость процесса, многостадийность синтеза, значительные энергетические затраты на нагревание смесей до 1000°C и гомогенизацию продукта в течение длительного времени.

В заявляемом способе указанные недостатки устраняются тем, что синтез никель-хромовой тиошпинели проводят методом СВС, который позволяет радикально удешевить получение тугоплавких материалов. Такой процесс, основанный на использовании внутренней химической энергии системы, позволяет проводить синтез при высоких температурах, кратком времени синтеза, незначительных энергетических затратах. Простота оборудования, высокая технологическая производительность, высокая скорость и экологическая чистота процесса также указывают на целесообразность использования этого метода.

Исходными реактивами для получения поликристаллических образцов служат простые вещества, чистотой 99,99% масс.

Сущность изобретения

В заявляемом способе получения никель-хромовой тиошпинели, включающем растирание, прессование исходных веществ, воспламенение, сжигание и синтез тиошпинели NiCr2S4 в режиме СВС в атмосфере воздуха, где в качестве исходных реагентов используется порошкообразная смесь сульфида никеля с добавлением порошков хрома и кристаллической серы, взятых до соответствующего стехиометрического состава NiCr2S4 с 5%-ным массовым избытком серы, вследствие ее частичной возгонки при высоких температурах.

Заявляемое техническое решение имеет следующую совокупность существенных отличительных признаков по отношению к выбранному прототипу:

- синтез никель-хромовой тиошпинели проводят методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза;

- в качестве реагентов используют порошкообразный сульфид никеля NiS с добавлением порошка хрома и кристаллической серы, взятых до стехиометрического состава NiCr2S4 с 5%-ным массовым избытком серы вследствие ее возгонки при высоких температурах;

- синтез тиошпинели в режиме горения проводят в атмосфере воздуха, т.к. быстротечность процесса не позволяет продуктам синтеза активно взаимодействовать с окружающей средой.

Осуществление изобретения достигается при выполнении технологических операций в следующей последовательности.

Для синтеза тиошпинели берут необходимое количество порошкообразного сульфида никеля NiS, хрома и элементарной серы с 5%-ным массовым избытком.

Навески реагентов растирают в агатовой ступке, затем тщательно перемешивают порошки на механической шаровой мельнице в течение 6 часов. Полученную смесь таблетируют. Таблетки сжигают в режиме СВС. Схема установки для синтеза в режиме СВС представлена на рис. 1. Таблетки помещают на огнеупорную подложку под нихромовую спираль, на которую подается напряжение для инициирования реакции. В результате инициирования в прогретом поверхностном слое образца происходит возбуждение химической реакции и формирование волны синтеза, которая с определенной скоростью распространяется вдоль оси образца. Распространение волны синтеза сопровождается ярким свечением. Таблетка сгорает за несколько секунд.

В результате горения образуются твердый продукт, который при механическом воздействии легко превращается в порошок.

Предлагаемый способ реализуется в лабораторных условиях, иллюстрируется следующим примером.

Пример 1.

Берут 1,56 г порошкообразного сульфида никеля NiS, перемешивают с 1,79 г порошкообразного хрома марки ТПМ и 1,73 г кристаллической серы квалификации "ос. ч" с учетом 5%-ного избытка. Навески реагентов растирают в агатовой ступке, затем тщательно перемешивают порошки на шаровой мельнице в течение 6 часов до однородного состояния. Полученную смесь таблетируют в форме цилиндра диаметром 10 мм.

Таблетку помещают на огнеупорную подложку под нихромовую спираль. Путем кратковременной подачи электрического импульса на нихромовую спираль инициируют горение и синтез никель-хромовой тиошпинели. При этом в прогретом поверхностном слое образца происходит возбуждение химической реакции и формирование волны синтеза, которая с определенной скоростью распространяется вдоль оси образца. Распространение волны синтеза сопровождается ярким свечением. Таблетка сгорает за несколько секунд. В результате горения образуется твердый продукт, который при механическом воздействии легко превращается в порошок.

Согласно данным рентгенофазового анализа (РФА), продукт горения представляет собой фазу никель-хромовой тиошпинели (~100%), имеющей моноклинную ячейку с параметрами решетки, a=5,94 Å, b=3,43 Å и c=11,14 Å.

Пример 2.

Для сравнения был проведен синтез тиошпинели из исходных металлов и серы в режиме СВС. Для этого берут 1,01 г порошкообразного никеля, перемешивают с 1,79 г порошкообразного хрома и 2,31 г кристаллической серы с учетом 5%-ного избытка, растирают и прессуют в таких же условиях, как в примере 1.

Согласно данным РФА, синтез из исходных металлов и серы приводит к образованию сульфидов металлов с незначительным количеством тиошпинели (~30%), высокий экзотермический эффект приводит к разложению образующейся шпинели.

Порошки, полученные в результате сжигания смесей, изучены рентгенографически (дифрактометр D8-GADDS фирмы Bruker, метод порошка, CoKα-излучение).

Заявляемое техническое решение заключается в упрощении способа и возможности получения никель-хромовой тиошпинели с минимальными энергетическими и временными затратами.

Способ получения никель-хромовой тиошпинели, включающий синтез из смеси исходных реагентов, отличающийся тем, что синтез никель-хромовой тиошпинели проводят в режиме СВС в атмосфере воздуха, а в качестве реагентов используют порошкообразный сульфид никеля NiS с добавлением порошка хрома и кристаллической серы, взятых до стехиометрического состава NiCr2S4 с 5%-ным избытком серы вследствие частичной возгонки при высоких температурах.



 

Похожие патенты:

Изобретение может быть использовано в неорганической химии при получении высших сульфидов титана Ti3S4, TiS2 и TiS3. Синтез высших сульфидов титана проводят в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) в вакууме 10-3 атм.

Изобретение может быть использовано в химической технологии. Для получения наноразмерных и наноструктурированных материалов на основе слоистых трихалькогенидов переходных металлов общей формулы MQ3, где M=Ti, Zr, Hf, Nb, Та; Q=S, Se, Те, в качестве исходного материала используют порошкообразные трихалькогениды, которые диспергируют в наноразмерные частицы посредством ультразвуковой обработки в органическом растворителе.
Изобретение относится к области металлургии редких металлов, а именно к способам хлорирования редкометалльного сырья, и может быть использовано для производства хлоридов циркония и гафния для нужд атомной энергетики.

Изобретение может быть использовано в неорганической химии. Способ получения сульфидов титана включает взаимодействие титана с серой.

Изобретение относится к способу получения оксидных расплавов, обладающих способностью к формированию квантовых водоворотов. Способ заключается в резком охлаждении расплава от температуры 900-1000°С до комнатной температуры.

Изобретение относится к технологии получения изделий оптоэлектроники и солнечной энергетики, а именно к раствору для гидрохимического осаждения полупроводниковых пленок сульфида индия(III).

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Наноразмерные оксиды металлов получают химической реакцией окисления металлоорганического соединения при инициировании процессов энергетическим воздействием, в качестве которого используют импульсный электронный пучок энергией электронов 100÷500 кэВ, длительностью 10÷100 нс и с полным током пучка 1-10 кА.

Изобретение может быть использовано в области неорганической химии. Способ получения сульфида металла включает растирание, прессование исходных веществ, воспламенение, сжигание и синтез сульфидов в режиме горения в атмосфере воздуха.

Изобретение может быть использовано в фундаментальных исследованиях и при разделении обычных и сверхтекучих жидкостей. Способ получения оксидных расплавов, обладающих квантовыми свойствами и сверхтекучестью при температурах 850-1050 °С, включает сплавление борного ангидрида с углекислыми солями калия или цезия в следующих соотношениях в расчете на оксиды: B2О3 - 99,0% мол., K2О - 1,0% мол.

Изобретение относится к области синтеза оксидов металлов простого и сложного состава, обладающих диэлектрическими или полупроводниковыми свойствами, в виде тонких наноструктурированных покрытий на поверхности изделий различной формы.

Изобретение может быть использовано в химической технологии. Для получения наноразмерных и наноструктурированных материалов на основе слоистых трихалькогенидов переходных металлов общей формулы MQ3, где M=Ti, Zr, Hf, Nb, Та; Q=S, Se, Те, в качестве исходного материала используют порошкообразные трихалькогениды, которые диспергируют в наноразмерные частицы посредством ультразвуковой обработки в органическом растворителе.

Изобретение может быть использовано в неорганической химии. Способ получения кристаллического сульфида кадмия включает помещение сульфатредуцирующих бактерий в синтетическую среду, содержащую металлы, и добавление питательных веществ, включающих в себя растворы витаминов, солей, кофакторов.

Изобретение может быть использовано в области неорганической химии. Способ получения сульфида металла включает растирание, прессование исходных веществ, воспламенение, сжигание и синтез сульфидов в режиме горения в атмосфере воздуха.

Изобретение относится к области неорганической химии, а именно к способам получения неорганических веществ, и может быть использовано в препаративных синтезах и технологии получения люминесцентных, полупроводниковых материалов, сульфидных красок и твердых смазок.

Изобретение относится к области неорганических синтезов, конкретно к способам получения неорганических сульфидов, и может быть использовано в препаративных синтезах и технологии получения полупроводниковых материалов.

Изобретение относится к способам получения порошков двойных сульфидов редкоземельных металлов состава xAS(1 - x)Ln$S3, где А - Са, Sr, Ва; Ln - La, Се, Рг, Nd; 0 х -и 0,5, ей структурой фосфида тория ТЬзР4, и позволяет снизить энергоемкость процесса за счет сокращения длительности операции нагрева и повысить фазовую однородность целевых продуктов.

Изобретение относится к аналитической химии и позволяет одновременно переводить в раствор железо, никель, кобальт и медь в-присутствии их сульфидов и оксидов. .

Изобретение может быть использовано в неорганической химии. Кобальтовую или кобальтохромовую тиошпинель получают в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) в атмосфере воздуха. В качестве исходных веществ используют порошкообразную смесь сульфида кобальта CoS с добавлением порошка металла кобальта для синтеза Co3S4, хрома для синтеза CoCr2S4 и кристаллической серы, взятых до соответствующего стехиометрического состава с 5% избытком серы. Изобретение позволяет упростить процесс, повысить его производительность, скорость и экологическую чистоту. 1 ил., 2 табл., 4 пр.
Наверх