Способ получения моноиодида индия высокой чистоты



Способ получения моноиодида индия высокой чистоты
Способ получения моноиодида индия высокой чистоты
Способ получения моноиодида индия высокой чистоты
Способ получения моноиодида индия высокой чистоты
Способ получения моноиодида индия высокой чистоты

 

C01G1/06 - 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 2606450:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук" (ИОФ РАН) (RU)

Изобретение относится к неорганической химии и касается получения моноиодида индия высокой чистоты. Способ получения моноиодида индия высокой чистоты не требует исходных материалов высокой чистоты. Способ включает взаимодействие металлического индия, взятого с 10% стехиометрическим избытком, с йодом при атмосферном давлении в кварцевой установке при температуре 400±5°C с последующей очисткой синтезированного продукта ректификацией. Ректификацию проводят в атмосфере аргона в той же установке, в которой ведут синтез. Максимально возможный выход продукта составляет 85-88%. Изобретение позволяет упростить процесс получения моноиодида индия высокой чистоты, повысить производительность и обеспечить экологическую чистоту процесса. 2 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл., 7 пр.

 

Изобретение относится к неорганической химии, а именно к получению моноиодида индия высокой чистоты, являющегося перспективным материалом для изготовления специальных металлогалогенных ламп без использования токсичной ртути, монокристаллических радиационных детекторов и в качестве катализатора в реакциях органического синтеза.

Моноиодид индия применяется в безртутных метало-галогенных лампах наряду с галогенидами Na, Tl, Се, Li, Sc, Sn и др. металлов (см. патенты: US №2002008055; G01N 21/31, 2002; US №2003015949, С04В 35/00, H01J 1/02, 2003; US №6005346, H01J 61/16, H01J 61/18, 1999; CN №101477934, H01J 61/22, 2009; RU №2416839, H01J 61/18, 2011; RU №2415492, H01J 61/18, 2011; RU №2376673, H01J 61/18, 2009; AC SU №1772841, H01J 61/18, 1975). Такие лампы имеют ряд существенных преимуществ перед обычными лампами накаливания - высокая световая отдача, близкий к дневному свету спектр оптического излучения, в 20 раз увеличенная яркость и т.д.

Кроме того, InI используется для низкотемпературных синтезов полупроводников, таких как InN (WuCh., LiT., LeiL., et. al. Indium nitride from indium iodide at low temperatures: synthesis and their optical properties // New J. Chem. 2005. V. 29. P. 1610-1615).

Широкое применение InI как катализатора в реакциях органического синтеза (Shen Z-L., Wang S-Y., Chok Y-K. et. al. Organoindium Reagents: The Preparation and Application in Organic Synthesis // Chem. Rev. 2013. V. 113. P. 271-401) основывается на способности индия образовывать суб-галогенидные кластеры (Green S.P., Jones С., Stasch A. "Dissolution" of Indium(I) Iodide: Synthesis and Structural Characterization of the Neutral Indium Sub-Halide Cluster Complex [In6I8(tmeda)4] // Angew. Chem. Int. Ed. 2007. V. 46. P. 8618-8621).

В последние годы активно исследуется возможность использования моноиодида индия в качестве материала для монокристаллических радиационных детекторов (Bhattacharya P., Groza М., Cui Y. et. al. Growth of InI single crystals for nuclear detection applications // J. Cryst. Growth. 2010. V. 312. P. 1228-1232; Toshiyuki Onodera, Keitaro Hitomi, Tadayoshi Shoji. Fabrication of Indium Iodide X- and Gamma-Ray Detectors // IEEE Transactions on Nuclear Science. 2006. V. 53. No 5. P. 3055-3059; Squillante M.R., Zhou C., Zhang J., Moy L.P. InI Nuclear Radiation Detectors // IEEE Trans. Nucl. Sci. 1993. V. 40. No 4. P. 364-366). Для получения монокристаллов оптического качества необходимо использование реактива высокой степени чистоты.

Известны способы получения моноиодида индия взаимодействием металлического индия с иодидом ртути или с трийодидом индия (Федоров П.И., Акчурин Р.Х. Индий. –М.: Наука, 2000). Недостатком первого способа является использование токсичной ртути и проведение сложного синтеза йодида ртути, кроме того, полученный продукт содержит следы йодида ртути. Второй способ осложнен получением чистого трийодида индия, который сильно гигроскопичен, что очень затрудняет как работу с ним, так и аппаратурное оформление процесса.

Известен способ получения моноиодида индия взаимодействием металлического индия с йодом. InI получали в ампуле диаметром 10 мм под аргоном, затем долго очищали продукт от избытка йода и других примесей. (Г. Брауэр Руководство по неорганическому синтезу. – М.: Мир, 1985, стр. 940-941). Для очистки моноиодида индия, полученного взаимодействием металлического индия с йодом, применяли метод сублимации в вакууме и получали небольшие пластинки монокристаллического InI (Ohno N., Fujita M., Nakai Y., Nakamura K. Reflection spectra of orthorhombic indium iodide // Solid State Commun. 1978. V. 28. P. 137-139). В работе не приведены сведения о содержании примесей и эффективности очистки. Недостатками сублимационной очистки являются высокая энергоемкость, низкий выход продукта, длительность процесса.

Для получения высокочистого моноиодида индия использовали кристаллофизическую очистку методом зонной плавки коммерческого реактива InI чистотой 99,999%. (Shah K.S., Bennett P., Moy L.P. et. al. Characterization of indium iodide detectors for scintillation studies // Nuclear Instr. and Methods in Phys. Res. A. 1996. V. 380. P. 215-219). Зонную плавку проводили в горизонтальной печи с компьютерным управлением, применяли 50 проходов зоны со скоростью 5 мм/час вдоль кварцевой ампулы с InI. В работе не приведены количественные характеристики эффективности очистки. Этот метод является трудоемким с низкой производительностью процесса.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ получения моноиодида индия высокой чистоты путем синтеза на границе раздела жидкий металлический индий/иодид аммония и последующей высокотемпературной ректификацией (Смирнов В.А., Маковей З.И. Получение монобромида и моноиодида индия высокой чистоты. «Высокочистые вещества», 1996, №1, С. 69-74). Синтез InI проводили в вертикальном кварцевом реакторе, который помещали в подвижную печь. В реактор помещали иодид аммония марки «ч.д.а», а на него слитки индия особой чистоты марки Ин-000 (содержание индия не менее 99,9995%, ГОСТ 10297-94). Металлический индий брали с 5%-ным избытком от стехиометрии. Загруженный реактор присоединяли к газоотводной системе. Выделяющийся в процессе синтеза аммиак поглощали в барботере соляной кислотой, а водород поджигали на выходе из системы. Полученный InI перегружали в кварцевую тарельчато-ситчатую ректификационную колонну диаметром 40 мм со щелевой перфорацией с 25 тарелками. Не указан выход продукта. По приведенным данным анализа содержания примесей в очищенном продукте методом масс-спектрометрии с ИСП невозможно оценить степень очистки методом ректификации по сравнению с исходным используемым индием марки Ин-000. Очень важным недостатком предлагаемого способа является выделение газообразных и взрывоопасных (водород) веществ при синтезе, кроме того, необходимость перегрузки продукта, поскольку используются разные аппараты для синтеза и ректификации.

При перегрузке продукта возможны дополнительные источники примесей из-за неизбежного контакта полупродукта с новыми поверхностями аппаратуры и атмосферой. Кроме того, перегрузка существенно увеличивает время проведения процесса, т.к. она выполняется только после полного охлаждения аппаратуры и материала.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа получения моноиодида индия высокой чистоты из доступных веществ реактивной квалификации в одной установке, исключая выделение побочных газообразных и взрывоопасных веществ.

Для решения поставленной задачи предлагается новый способ получения моноиодида индия высокой чистоты, не требующий высокой чистоты исходных материалов, включающий взаимодействие металлического индия с йодом при атмосферном давлении в кварцевой установке при температуре 400±5°C с последующей очисткой синтезированного продукта ректификацией.

Предпочтительно при взаимодействии используют металлический индий марки Ин-0, взятый с 10% стехиометрическим избытком, и йод марки «ч.». 10% избыток индия обеспечивает стехиометрический состав получаемого моноиодида индия. Предлагаемый способ обеспечивает получение моноиодида индия высокой чистоты при использовании более дешевого исходного материала - индия низкой квалификации марки Ин-0, тогда как в прототипе используется высочистый индий марки Ин-000.

Предпочтительно ректификацию проводят в той же установке, в которой ведут синтез без перегрузки продукта. В прототипе синтез моноиодида индия проводили в вертикальном реакторе на установке типа СГМ, а высокотемпературную ректификацию в другой установке - ректификационной колонне конструкции Дмитриева B.C. При этом требовалась перегрузка синтезированного моноиодида индия из реактора установки синтеза в куб ректификационной колонны.

Предпочтительно ректификацию проводят в атмосфере инертного газа - аргона. Поскольку аргон самый доступный из тяжелых инертных газов, именно за счет своей тяжести достигает дна куба, а гелий быстро улетучивается.

Способ отличается от способа-прототипа используемыми реагентами: металлический индий любой чистоты, включая Ин-0 (содержание индия не менее 99,998%, ГОСТ 10297-94) и йод любой чистоты, включая марку «ч.», ГОСТ 4159-79, отсутствием выделения побочных газообразных и взрывоопасных веществ и условиями проведения процесса. Предлагаемый способ получения моноиодида индия высокой чистоты позволяет проводить процесс синтеза и ректификации в одной установке. Использование 10% избытка индия обеспечивает стехиометрический состав моноиодида индия. Использование менее 10% избытка приводит к образованию примеси трииодида индия (пример 6). При использовании более 10% избытка индий, не вступивший в реакцию и содержащийся в кубовом остатке, реагирует с кварцем, разрушая куб, поэтому установку невозможно использовать повторно (пример 7).

Заявленный технологический процесс подтвержден опытным путем.

Изобретение иллюстрируется следующими чертежами.

На Фиг. 1 приведена схема установки для синтеза и высокотемпературной ректификации моноиодида индия, где: 1 - вертикальная электропечь, 2 - кварцевый куб, 3 - электронагреватель ректификационной колонны, 4 - ректификационная тарельчатая кварцевая колонна, 5 - термопара, 6 - переточная кварцевая трубка, 7 - электронагреватель приемника, 8 - кварцевый приемник, 9 - кварцевый конденсатор паров, 10 - игольчатый кварцевый отборник.

На Фиг. 2, 3 и 4 представлены результаты рентгенофазового анализа (РФА) конечного продукта: Фиг. 2 - порошковая дифрактограмма продукта по примеру №1; Фиг. 3 - порошковая дифрактограмма продукта по примеру №2; Фиг. 4 - порошковая дифрактограмма продукта по примеру №3.

В таблице приведены сводные данные масс-спектрометрического анализа для различных конкретных примеров моноиодида индия, полученного в соответствии с заявленным способом. Для сравнения приведены результаты анализа очищенного моноиодида индия, полученного в прототипе, и химический состав исходного индия марок Ин-0, Ин-00, Ин-000 по ГОСТ 10297-94.

Из таблицы видно, что по предлагаемому способу получен моноиодид индия высокой чистоты. Ректификационная очистка InI является высокоэффективным процессом, достаточно эффективной от примесей Pb, Bi, Tl, Zn (на два порядка) и несколько менее эффективной от примесей Fe, Ni, Cu, Al, Bi. Заявленный способ обеспечивает получение моноиодида индия высокой чистоты с содержанием основного вещества не менее 99,9998%, что в 10 раз выше по сравнению с исходным индием марки Ин-0. Выход продукта составляет 85-88% от стехиометрии.

Пример №1

В куб 2 из кварцевого стекла (Фиг. 1) загрузили 400,0 г индия марки Ин-0 (что составляет 10% избытка от стехиометрии) и 401,9 г йода марки «ч.» и подключили аргон. Куб 2 с шихтой поместили в вертикальную печь 1 и нагрели до 395°. После двух часов выдержки при этой температуре нагрев куба 2 усилили, при этом температура в верхней части (измеряемая термопарой 5) ректификационной колонны 4 поднялась до 710°C. После работы ректификационной колонны 4 в безотборном режиме (на себя) в течение 1,3 часов начали отбор головной фракции, содержащей легколетучие примеси. Головная фракция составила 6% от стехиометрического количества индия. Отбор основной фракции занял 3,5 часа. Кубовый остаток, включая динамический захват материала в ректификационную колонну 4, составил 19% (от исходной загрузки). Прямой выход продукта составил 85% от стехиометрии. Согласно данным РФА (Фиг. 2) получен моноиодид индия с параметрами ромбической ячейки , , , что соответствует карточке №77-0129 базы данных JCPDS. Содержание примесей в InI приведено в таблице.

Пример №2

В куб 2 загрузили 650,0 г индия марки Ин-0 (что составляет 10% избытка от стехиометрии) и 652,3 г йода марки «ч.» и подключили аргон. Куб 2 с шихтой поместили в вертикальную печь 1 и нагрели до 400°C. После 2,5 часов выдержки при этой температуре продолжили нагревать куб 2, при этом температура в голове колонны 4 поднялась до 711°C. После работы колонны 4 в безотборном режиме в течение двух часов начали отбор головной фракции. Головная фракция составила 5% от стехиометрического количества индия. Отбор основной фракции занял 4 часа. Кубовый остаток, включая динамический захват материала в колонну 4, составил 17% (от исходной загрузки). Прямой выход продукта составил 88% от стехиометрии. Согласно данным РФА (Фиг. 3) получен моноиодид индия с параметрами ромбической ячейки , , . Содержание примесей в полученном InI приведено в таблице.

Пример №3

В куб 2 из кварцевого стекла (Фиг. 1) загрузили 400,0 г индия марки Ин-0 (что составляет 10% избытка от стехиометрии) и 401,9 г йода марки «ч.» и подключили аргон. Куб 2 с шихтой поместили в вертикальную печь 1 и нагрели до 405°C. Далее проводили процесс, как описано в примере №1. Головная фракция составила 5% от стехиометрического количества индия. Отбор основной фракции занял 3,5 часа. Кубовый остаток, включая динамический захват материала в ректификационную колонну 4, составил 19% (от исходной загрузки). Прямой выход продукта составил 86% от стехиометрии. Согласно данным РФА (Фиг. 4) получен моноиодид индия с параметрами ромбической ячейки , , . Содержание примесей в InI приведено в таблице.

Пример №4

В куб 2 загрузили 275,0 г индия марки Ин-0 (10% избытка от стехиометрии) и 276,4 г йода марки «ч.», подключили аргон, поместили куб 2 с шихтой в вертикальную печь 1, нагрели до 350°C и выдержали при этой температуре в течение 1,5 часов. При дальнейшем подъеме температуры для проведения ректификации кипение и конденсации паров начались уже при 450°C, что соответствует образованию трииодида индия (InI3). Процесс остановили. Образование продукта требуемого стехиометрического состава легко контролируется по температуре кипения материала: для моноиодида индия она составляет 715°C, для трииодида - около 450°C, поэтому появление паров продукта в конденсаторе ректификационной колонны (9) при температуре около 450°C свидетельствует об образовании InI3.

Пример №5

В куб 2 загрузили 275,0 г индия марки Ин-0 (10% избытка от стехиометрии) и 276,4 г йода марки «ч.», подключили аргон, поместили куб 2 с шихтой в вертикальную печь 1, нагрели до 450°C, при этом унос йода составил более 50%. Далее процесс проводить было невозможно.

Пример №6

В куб 2 загрузили 262,5 г индия марки Ин-0 (5% избытка от стехиометрии) и 276,4 г йода марки «ч.» и проводили процесс, как описано в примере №1. В процессе ректификации наблюдалось образование трииодида индия (InI3). Процесс остановили.

Пример №7

В куб 2 загрузили 300,0 г индия марки Ин-0 (20% избытка от стехиометрии) и 276,4 г йода марки «ч.» и проводили процесс, как описано в примере №1. Головная фракция составила 4,1%, основная фракция (InI) - 88,2% от стехиометрии, кубовый остаток - 27,7% от исходной загрузки. Избыточный индий, не вступивший в реакцию и содержащийся в кубовом остатке, реагирует с кварцем, разрушая куб. Установку невозможно использовать повторно.

Техническим результатом изобретения дополнительно является повышение производительности и упрощение процесса получения моноиодида индия высокой чистоты без образования побочных продуктов, что подтверждается приведенными примерами.

1. Способ получения моноиодида индия высокой чистоты, включающий взаимодействие металлического индия с йодом при атмосферном давлении в кварцевой установке при температуре 400±5°C с последующей очисткой синтезированного продукта ректификацией.

2. Способ по п. 1, в котором при синтезе используют металлический индий, взятый с 10% стехиометрическим избытком.

3. Способ по п. 1, в котором ректификацию проводят в атмосфере аргона в той же установке, в которой ведут синтез.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу получения высокодисперсных порошков оксида индия InО3, которые могут быть использованы в качестве полупроводников и газовых сенсоров.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Устройство получения трихлорида галлия высокой чистоты включает реактор 1, ректификационную колонну 14 с рубашкой обогрева 21, узел «инертного дыхания» 17, пост выгрузки и фасовки готового продукта 20.

Изобретение относится к аналитической химии. Способ извлечения ионов индия (III) включает его экстракцию из водных растворов производным из группы пиразолонов с последующим комплексонометрическим определением индия (III).

Способ получения йодида таллия из сырья с большим содержанием примесей может быть использован для производства йодида таллия особой чистоты. Способ позволяет использовать в качестве сырья отходы производства, содержащие в своем составе йодид таллия или йодид таллия с большим содержанием примесей.

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

Изобретение относится к повышающим теплопроводность или электропроводность частицам оксида цинка. Частицы представлены следующей формулой (1): ZnMn+ xO1+nx/2 · aH2O (1) где Mn+ означает трехвалентный или четырехвалентный металл, x и a удовлетворяют соотношению 0,002<x<0,05 и 0≤a<0,5, соответственно, n означает валентность металла.
Изобретение относится к неорганической химии, а именно к получению сульфидов р-элементов III группы Периодической системы, являющихся перспективными материалами для полупроводниковой оптоэлектронной техники и инфракрасной оптики.

Изобретение относится к области получения нано- и микрочастиц оксидов металлов в сверхкритической воде и может найти применение в получении материалов и соединений высокой чистоты и с уникальными свойствами.

Изобретение относится к области неорганической химии, конкретно к легированным марганцем и цинком антимонидам индия, которые могут найти применение в спинтронике, где электронный спин используется в качестве активного элемента для хранения и передачи информации, формирования интегральных и функциональных микросхем, конструирования новых магнито-оптоэлектронных приборов.

Изобретение относится к области химической технологии неорганических материалов. .

Изобретение может быть использовано в медицине, фотонике, гетерогенном катализе. Наночастицы сульфида серебра имеют лигандную оболочку, состоящую из цитратных групп.

Изобретение может быть использовано в оптоэлектронике и медицине при получении источников излучения и флуоресцентных меток. Способ получения водного коллоидного раствора наночастиц сульфида серебра включает получение смеси водных растворов нитрата серебра, сульфида натрия и стабилизатора.

Изобретение относится к области неорганической химии, а именно к методам синтеза композиционных материалов на основе соединений железа, содержащим его одновременно в различных степенях окисления: (0), (+2), (+3) и выше, и может быть использовано: в технологических решениях кондиционирования поверхностных и грунтовых вод бытового назначения; очистки и дезинфекции сточных вод; изготовления катодных материалов для химических источников электрического тока; ингибирования коррозии изделий из стали и сплавов, содержащих железо; в качестве окислительного реагента; катализатора в органическом синтезе; автономного источника теплоты, выделяющейся в результате образования материала.

Изобретение относится к технологии получения сложных оксидов, обладающих магнитоэлектрическими эффектами. Способ получения сложного оксида иттербия и железа YbFe2O4±δ, включающий приготовление смеси из предварительно просушенных оксидов железа (III) и оксида иттербия (III), и обжиг полученной смеси при температуре 1000°С в газовой смеси, состоящей из инертного газа и кислорода, при поддержании заданного значения давления кислорода в смеси в диапазоне lgPo2=-14-19 атм.

Изобретение относится к области фундаментальной физики и может быть использовано при исследовании теплофизических свойств сверхтекучих квантовых жидкостей. Платина-платинородиевые термопары 1 и 2 погружают в расплав чистого борного ангидрида 5.

Изобретение может быть использовано в неорганической химии. Способ синтеза ноль-валентных наночастиц переходных металлов - железа, или кобальта, или палладия, или марганца, или платины - с ковалентно модифицированной органическими функциональными группами поверхностью включает восстановление водных растворов солей соответствующих металлов борогидридами щелочных металлов с последующим in situ взаимодействием с водными или водно-органическими растворами арендиазониевых солей.

Изобретение относится к области биохимии. Предложен способ получения биогенного сероводорода.

Изобретение может быть использовано в неорганической химии. Кобальтовую или кобальтохромовую тиошпинель получают в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) в атмосфере воздуха.

Изобретение может быть использовано в фундаментальных исследованиях и при разделении обычных и сверхтекучих жидкостей. Способ визуализации двухжидкостной структуры квантовой жидкости в оксидных расплавах включает получение оксидного расплава путем плавления тонкодисперсного порошка В2О3 с добавками ВаО или Co3O4 в соотношении: ВаО - 1,0 мол.%; В2О3 - 99.0 мол.% мол.

Изобретение относится к сверхпроводникам и технологии их получения. Оксидный сверхпроводящий провод включает лентообразный оксидный сверхпроводящий слоистый материал 1, сформированный путем нанесения промежуточного слоя 4 на стороне передней поверхности металлической лентообразной подложки 3, оксидного сверхпроводящего слоя 5 на промежуточном слое 4 и защитного слоя 6 на оксидном сверхпроводящем слое 5, и покрытие, включающее металлическую ленту 2 и слой металла с низкой точкой плавления 7, при этом ширина металлической ленты 2 больше, чем ширина оксидного сверхпроводящего слоистого материала 1, и лента 2 закрывает поверхность защитного слоя 6 оксидного сверхпроводящего слоистого материала 1, обе боковые поверхности оксидного сверхпроводящего слоистого материала 1 и оба концевых участка 3а задней поверхности подложки 3 в поперечном направлении, причем оба концевых участка металлической ленты 2 в поперечном направлении закрывают оба концевых участка 3а задней поверхности подложки 3а, слой металла с низкой точкой плавления 7 заполняет щели между оксидным сверхпроводящим слоистым материалом 1 и металлической лентой 2, окружающей оксидный сверхпроводящий слоистый материал 1, и соединяет металлическую ленту 2 и оксидный сверхпроводящий слоистый материал 1 друг с другом, а часть 7с заполняющего слоя металла с низкой точкой плавления продолжается в область углубленного участка 2d, сформированного между обоими концевыми участками металлической ленты 2 в поперечном направлении.

Изобретение относится к области синтеза оксидных многофункциональных металлов сложного состава в нанодисперсном состоянии. Описан способ получения нанодисперсных оксидных материалов в виде сферических агрегатов, включающий приготовление раствора, в состав которого входят растворимые соли, содержащие катионы или анионы металлов, с последующим погружением в него органической матрицы для захвата ионов металла из раствора, в котором в качестве органической матрицы используют твердую ионообменную смолу, содержащую акрил-дивинилбензольную или стирол-дивинилбензольную матрицу, предварительно выдержанную в дистиллированной воде, которую помещают в раствор при постоянном перемешивании до полной сорбции ионов металлов, полученный образец предшественника оксида металла извлекают из раствора и сушат, после чего удаляют полимерную органическую матрицу путем ступенчатой термической обработки. Технический результат: получены простые или смешанные оксиды металлов в нанодисперсном состоянии с узким распределением частиц по размеру. 3 з.п. ф-лы, 10 ил., 9 пр.
Наверх