Способ получения вольфрамата свинца из водных растворов



Способ получения вольфрамата свинца из водных растворов
C01P2006/80 - 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 2643547:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ) (RU)

Изобретение относится к области гидрометаллургического синтеза высокочистых веществ, в частности вольфрамата свинца PbWO4, и может быть использовано при получении монокристаллов вольфрамата свинца, используемых в качестве сцинтилляторов для высокоточной электромагнитной калориметрии частиц высоких энергий. Способ получения вольфрамата свинца PbWO4 включает взаимодействие исходных растворов нитрата свинца Pb(NO3)2 и вольфрамата натрия Na2WO4, взятых в эквивалентных количествах и в равных объемах при заданном рН реакционной среды, декантацию осадка и его промывку, при этом в качестве реакционной среды используют дистиллированную воду, подщелоченную 0,1 М раствором гидроксида натрия до рН=8-9, для растворения вольфрамата натрия и дистиллированную воду, подкисленную 0,1 М раствором азотной кислоты до рН=5-6, для растворения нитрата свинца, затем приготовленные растворы солей добавляют в ацетатно-буферный раствор с рН=5-6 с равной объемной скоростью и промытый осадок сушат при температуре 200-250°С. За счет исключения гидролиза исходных растворов солей устраняется фактор образования примесей, что обеспечивает получение чистого вольфрамата свинца с параметрами, соответствующими требованиям, предъявляемым к сцинтилляционным материалам. 1 ил., 3 пр.

 

Изобретение относится к области гидрометаллургического синтеза высокочистых веществ, в частности вольфрамата свинца PbWO4, и может быть использовано при получении монокристаллов вольфрамата свинца, используемых в качестве сцинтилляторов для высокоточной электромагнитной калориметрии частиц высоких энергий. Предлагается способ синтеза вольфрамата свинца из водных растворов растворимых солей свинца и вольфрамата натрия, исключающий гидролиз исходных солей, а также их совместный гидролиз.

Широкое распространение получили сцинтилляторы на основе вольфрамата свинца PbWO4, кристаллы которого используются для изготовления электромагнитного калориметра и фотонного детектора.

Сцинтиллирующий кристалл вольфрамата свинца PbWO4 используется в физике высоких энергий и ядерной физике в качестве преобразователя энергии, ионизирующего излучения в световой сигнал. Кристаллы из вольфрамата свинца характеризуются высокой плотностью, малой радиационной длиной, быстрым сигналом и хорошей радиационной стойкостью. Благодаря этим характеристикам он занял лидирующие позиции в электромагнитной калориметрии в физике высоких энергий.

Готовящийся в Европейском центре ионных и антипротонных исследований (проект ФАИР, Дармштадт, Германия) эксперимент ПАНДА планирует использовать в составе установки Центральный электромагнитный калориметр из 16,000 кристаллов PbWO4.

В связи с вышеизложенным актуальным является разработка технологии синтеза чистого вольфрамата свинца, параметры которого будут соответствовать требованиям, предъявляемым к сцинтилляционным материалам.

Тетрагональный PbWO4 не растворяется в воде и практически не растворяется ни в холодной, ни в горячей концентрированной HNO3, но легко растворяется в горячем растворе KOH. Однако при использовании разбавленных и нагретых до 50-60°С растворов HNO3 имеет место процесс разложения PbWO4.

Известен способ получения вольфрамата свинца PbWO4 [Gmelins Handbuch der Anorganischen Chemie, Wolfram: - Berlin, 54, 1933, s. 317] путем взаимодействия растворов вольфрамата натрия и хорошо растворимой соли свинца с образованием вольфрамата свинца в виде мелкодисперсного аморфного осадка.

Известен также способ получения вольфрамата свинца PbWO4 [Mehra М.С., Kant К. Precipitation of tungstate of silver and lead. - Journal of Inorganic & Nuclear Chemistry, vol. 25, 7, 1963, p. 896-99] путем обработки раствора вольфрамата натрия равнообъемным раствором нитрата свинца при перемешивании, осаждения вольфрамата свинца из реакционного раствора при рН=9,94.

Важнейшим недостатком этих способов получения вольфрамата свинца из водных растворов является то, что исходные вещества в зависимости от pH раствора гидролизуются, что является основным фактором образования примесей. При этом в растворе вольфрамата натрия создается щелочная среда (рН=9,4) за счет гидролиза по аниону:

А в растворе нитрата свинца создается кислая среда (pH=4,2) за счет гидролиза по катиону:

Надо иметь в виду, что при приливании раствора нитрата свинца к раствору вольфрамата натрия последний всегда будет в избытке и образующийся осадок вольфрамата свинца PbWO4 содержит примесь основного вольфрамата свинца (PbOH)2WO4 за счет реакции:

PbOH++WO42-=(PbOH)2WO4

Если же приливать раствор вольфрамата натрия к раствору нитрата свинца, то последний окажется в избытке и образующийся осадок вольфрамата свинца будет содержать примесь поливольфрамата свинца Pb5W12O41 за счет реакций (3):

5Na2WO4+7H2WO4=Na10W12O41+7H2O,

Na10W12O41+5Pb(NO3)2=Pb5W12O41↓+10NaNO3.

Важнейшим недостатком этого способов получения вольфрамата свинца из водных растворов является то, что исходные вещества в зависимости от pH раствора гидролизуются, что является основным фактором образования примесей.

Известен способ получения вольфрамата свинца [Патент РФ №2206509. Авторы: Громов О.Г., Куншина Г.Б., Кузьмин А.П., Локшин Э.П.], авторы которого решают эту проблему, пропуская равнообъемные исходные растворы вольфрамата натрия и растворимой соли свинца, взятые в эквивалентных количествах, в реакционную среду с нейтральным pH, роль которой выполняет вода.

Недостатком они не учитывают того факта, что в исходных растворах среда уже меняется за счет гидролиза, который усиливается при разбавлении исходных растворов водой, когда исходные растворы вводят в реакционную среду (воду). Кроме того, это не исключает процесса совместного гидролиза солей при смешивании растворов в реакционной среде, так как имеет место процесс нейтрализации:

Pb2++WO42-+2H2O↔H2WO4+Pb(ОН)2, pH≈7,

ОН-+=H2O.

Так происходит, потому что произведение растворимости Pb(ОН)2 (5⋅10-16-7,9⋅10-16) много меньше произведения растворимости PbWO4 (4,5⋅10-7).

Таким образом, необходимо добиться того, чтобы исходные растворы смешивались друг с другом не только одновременно в равных объемах, но и подготовить исходные растворы так, чтобы исключить гидролиз солей в исходных растворах.

Задача, решаемая изобретением: разработка технологии синтеза чистого вольфрамата свинца, параметры которого будут соответствовать требованиям, предъявляемым к сцинтилляционным материалам.

Поставленная задача решается тем, что исходные соли вольфрамата натрия и нитрата свинца растворяют в воде, в которой заранее создают соответствующую среду: воду для растворения нитрата свинца подкисляют азотной кислотой до pH=5-6, а воду для растворения вольфрамата натрия подщелачивают гидроксидом натрия до pH=8-9. Приготовленные растворы солей в эквивалентных количествах приливают одновременно и с равной объемной скоростью в ацетатно-буферный раствор с pH=6 при интенсивном перемешивании так, чтобы исходные растворы непосредственно не смешивались. В реакционной емкости осадок образуется между сливаемыми растворами вольфрамата натрия и нитрата свинца в соответствии с уравнением реакции:

Na2WO4+Pb(NO3)2=PbWO4↓+2NaNO3.

Промывку осадка ведут дистиллированной водой до полного отсутствия нитрат-ионов и pH=7 в промывной воде. Результат способа: получение однофазного вольфрамата свинца в кристаллической форме.

Берут дистиллированную воду объемом 250 мл и подщелачивают ее 0,1 М раствором гидроксида натрия до pH=8-9. В полученном щелочном растворе растворяют рассчитанное в соответствии с уравнением реакции

Na2WO4+Pb(NO3)2=PbWO4↓+2NaNO3

количество вольфрамата натрия (32,31 г), при этом полностью исключается гидролиз соли.

Берут дистиллированную воду объемом 250 мл и подкисляют ее 0,1 М раствором азотной кислоты до pH=5-6. В полученном кислом растворе растворяют рассчитанное в соответствии с уравнением реакции количество нитрата свинца (36,37 г), исключив, таким образом, его гидролиз.

В 200 мл воды добавляют ацетатный буферный раствор (СН3СООН+CH3COONa) объемом 50 мл и с pH=6.

Полученные растворы солей, взятых в эквивалентных количествах, одновременно приливают в емкость с буферным раствором объемом 250 мл.

В такой кислой среде с pH=6 исключается совместный гидролиз исходных солей. Таким образом, обеспечивается одновременное смешивание двух растворов, исключающее совместный гидролиз солей. При этом компоненты буферного раствора не взаимодействуют с исходными солями.

Пример 1

Осуществляют получение вольфрамата свинца PbWO4. Вначале приготавливают исходные растворы с учетом взаимодействия эквивалентных количеств нитрата свинца марки ЧДА и вольфрамата натрия марки ЧДА. Для этого берут два объема дистиллированной воды по 300 мл. Первый объем воды для растворения нитрата свинца подкисляют азотной кислотой до pH=5-6 и растворяют 36,37 г Pb(NO3)2. Второй объем воды подщелачивают гидроксидом натрия до pH=8-9 и растворяют 32,31 г вольфрамата натрия Na2WO4. Полученные растворы заливают в делительные воронки емкостью по 500 мл. В реактор емкостью 1000 мл заливают 300 мл ацетатно-буферного раствора с pH=5-6 и 20 мл ацетона для получения высокодисперсного вольфрамата свинца. При включенной мешалке исходные растворы с одинаковой скоростью поступают в емкость 7 с ацетатно-буферным раствором. В нижней части реактора между сливающимися растворами образуется высокодисперсный осадок PbWO4 белого цвета. Мешалку выключают через 5 минут после израсходования исходных растворов. Полученный белый осадок вольфрамата свинца через 30 минут отделяют декантацией с использованием бумажного фильтра "синяя лента". Осадок на фильтре тщательно промывают дистиллированной водой. Промытый осадок сушат при 200-250°С в сушильном шкафу. Полученный вольфрамат свинца в количестве 49,85 г представлял порошок светло-желтого цвета. Выход целевого продукта составил 99,7%. РФА и спектральный анализ показали, что полученный вольфрамат свинца не содержит примесей.

Пример 2

Способ получения вольфрамата свинца PbWO4 осуществляют аналогично примеру 1. Отличием от первого примера является то, что исходные растворы готовят в двух объемах дистиллированной воды по 500 мл. Первый объем предварительно подкисляют азотной кислотой до pH=5-6 и растворяют 50,92 г Pb(NO3)2, а второй объем подщелачивают гидроксидом натрия до pH=8-9 и растворяют 45,23 г Na2WO4. Полученные растворы заливают в делительные воронки емкостью по 600 мл. В сосуд 7 с ацетатно-буферным раствором емкостью 1500 мл заливают 300 мл ацетатно-буферного раствора с pH=5-6 и 30 мл ацетона для получения высокодисперсного вольфрамата свинца. Полученный вольфрамат свинца в количестве 69,65 г представлял порошок светло-желтого цвета. Выход целевого продукта составил 99,5%. РФА и спектральный анализ показали, что полученный вольфрамат свинца не содержит примесей.

Пример 3

Способ получение вольфрамата свинца PbWO4 ведут аналогично примеру 1. Отличием от первого примера является то, что исходные растворы готовят в двух объемах дистиллированной воды по 600 мл. Первый объем предварительно подкисляют азотной кислотой до pH=5-6 и растворяют 58,20 г Pb(NO3)2, а второй объем подщелачивают гидроксидом натрия до pH=8-9 и растворяют 51,69 г Na2WO4. Полученные растворы заливают в делительные воронки емкостью по 800 мл. Полученный вольфрамат свинца в количестве 79,84 г представлял порошок светло-желтого цвета. Выход целевого продукта составил 99,8%. РФА и спектральный анализ показали, что полученный вольфрамат свинца не содержит примесей.

Как следует из вышеприведенных примеров, заявляемый способ синтеза позволяет получить вольфрамат свинца PbWO4 без примесей основного вольфрамата свинца. Выход целевого продукта составляет 99,5-99,8%.

На фиг. приведена принципиальная схема установки для получения вольфрамата свинца из водных растворов солей.

Установка включает стеклянную емкость 7, в которую заливают ацетатно-буферный раствор, механическую мешалку 8, установленную по оси реактора 7, и две идентичные делительные воронки 3 и 6 с запорными кранами 9. Делительная воронка 3 заполнена исходным раствором вольфрамата натрия 1, а воронка 6 - исходным раствором нитрата свинца 4. Делительные воронки 3 и 6 закреплены над реактором 7 в диаметрально противоположных точках. Осадок вольфрамата свинца концентрируется посередине в нижней части емкости 7.

Технический результат заключается в разработке технологии синтеза чистого вольфрамата свинца, параметры которого будут соответствовать требованиям, предъявляемым к сцинтилляционным материалам.

Таким образом, предлагаемый способ синтеза вольфрамата свинца из водных растворов солей вольфрамата натрия Na2WO4 и хорошо растворимой соли свинца Pb(NO3)2 исключает гидролиз исходных растворов солей, тем самым устраняя фактор образование примесей.

Способ получения вольфрамата свинца PbWO4, включающий взаимодействие исходных растворов нитрата свинца Pb(NO3)2 и вольфрамата натрия Na2WO4, взятых в эквивалентных количествах и в равных объемах при заданном рН реакционной среды, декантацию осадка и его промывку, отличающийся тем, что в качестве реакционной среды используют дистиллированную воду, подщелоченную 0,1 М раствором гидроксида натрия до рН=8-9, для растворения вольфрамата натрия и дистиллированную воду, подкисленную 0,1 М раствором азотной кислоты до рН=5-6, для растворения нитрата свинца, затем приготовленные растворы солей добавляют в ацетатно-буферный раствор с рН=5-6 с равной объемной скоростью и сушат осадок при температуре 200-250°С.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технологии получения нитевидных монокристаллов сульфобромидов трехвалентных металлов SbSBr, BiSBr, CrSBr, которые могут быть использованы в качестве легирующих добавок при получении композитных пьезоэлектрических материалов с заданными свойствами в гидроакустических преобразователях и преобразователях электромагнитной энергии в механическую.

Изобретение относится к области нанотехнологии и наноэлектроники, а конкретно - к получению латерально расположенных нитевидных нанокристаллов оксида цинка. .

Изобретение относится к средствам для специальных видов печати, позволяющим получать на листовом материале защитные изображения. .

Изобретение относится к технологии получения монокристаллов благородного металла или его соли нано- и/или микроразмеров (например, золота, двухлористой платины и др.) и может быть использовано при создании новых наноматериалов для микро- и оптоэлектроники, медицины.

Изобретение относится к устройству и способу, предназначенным для кристаллизации белка. .

Изобретение относится к способу получения слоев гидроксидов металлов. .

Изобретение относится к неорганической химии, а именно к нанотрубкам на основе сложных неорганических оксидов, которые могут быть использованы в качестве сорбентов, гетерогенных катализаторов и компонентов композитных материалов фрикционного и конструкционного назначения.

Изобретение относится к области синтеза неорганических материалов, а именно титаната бария, используемого в качестве сырья для изготовления сегнетоэлектрической керамики.

Изобретение относится к получению нанокристаллических порошков химических соединений и может быть использовано для производства радиационно-защитных, фотокаталитических, сцинтилляционных материалов.
Изобретение относится к области химической технологии выращивания кристаллов натрий-висмутового молибдата NaBi(MoO4)2 для исследования физических свойств и практического использования.
Изобретение относится к области химической технологии и касается получения кристаллов рубидий-висмутового молибдата RbBi(MoO4)2. Кристаллы RbBi(MoO4)2 выращивают из высокотемпературного раствора в расплаве из шихты, содержащей растворитель димолибдатат рубидия и тройной литий-рубидий-висмутовый молибдат LiRbBi2(MoO4)4, при соотношении последнего к димолибдату рубидия, равном 10-40: 90-60 мол.

Изобретение относится к области химической технологии, а именно к выращиванию кристаллов калий-бариевого молибдата K2Ва(МоО4)2 из раствора-расплава K2Ва(МоО4)2 для исследования физических свойств и практического использования.
Изобретение относится к области химической технологии и касается получения объемных кристаллов состава Li8Bi2(MoO4)7. Кристаллы выращивают из раствора-расплава литий-висмутового молибдата в растворителе путем кристаллизации при постепенном охлаждении расплава и выращенных кристаллов, при этом в качестве растворителя используют эвтектическую смесь, содержащую 47 мол.

Изобретение относится к технологии выращивания кристаллов литий-магниевого молибдата Li2Mg2(MoO 4)3. .

Изобретение относится к области выращивания из расплава нелегированных кристаллов вольфрамата натрия-висмута NaBi(WO 4)2, являющегося перспективным материалом для Черепковских детекторов.

Изобретение относится к новому соединению класса оптических материалов - ахроматоров на основе неорганических кристаллических соединений, конкретно к сложным кальциевым тетрагерманатам эрбия и иттрия состава ЕrхY2-xCaGe4 O12, где 0.1<х0.3, которые могут быть использованы в фотонике в качестве оптической среды для преобразования монохроматического излучения лазера с длиной волны 975+/-5 нм в полосу от 1483 нм до 1654 нм ( =3500-4200 см-1) с одновременным усилением преобразованного излучения.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к составам для глушения и промывки скважин. Состав полисахаридной жидкости для промывки скважин или промысловых трубопроводов или глушения скважин, полученный растворением биоцида «Биолан» в пресной или минерализованной воде, представленной преимущественно раствором одновалентных катионов, растворением и гидратацией в полученном растворе гуарового загустителя, последующим введением комплексного реагента Нефтенол УСП с перемешиванием до получения мицеллярной дисперсии, с последующим добавлением борного сшивающего агента СП-РД и перемешиванием до полного сшивания, при следующем соотношении компонентов, мас.%: гуаровый загуститель 0,2-1,0, указанный сшивающий агент 0,2-1,0, реагент Нефтенол УСП 6,0-10,0, биоцид «Биолан» 0,004-0,01, указанная вода - остальное.

Изобретение относится к области гидрометаллургического синтеза высокочистых веществ, в частности вольфрамата свинца PbWO4, и может быть использовано при получении монокристаллов вольфрамата свинца, используемых в качестве сцинтилляторов для высокоточной электромагнитной калориметрии частиц высоких энергий. Способ получения вольфрамата свинца PbWO4 включает взаимодействие исходных растворов нитрата свинца Pb2 и вольфрамата натрия Na2WO4, взятых в эквивалентных количествах и в равных объемах при заданном рН реакционной среды, декантацию осадка и его промывку, при этом в качестве реакционной среды используют дистиллированную воду, подщелоченную 0,1 М раствором гидроксида натрия до рН8-9, для растворения вольфрамата натрия и дистиллированную воду, подкисленную 0,1 М раствором азотной кислоты до рН5-6, для растворения нитрата свинца, затем приготовленные растворы солей добавляют в ацетатно-буферный раствор с рН5-6 с равной объемной скоростью и промытый осадок сушат при температуре 200-250°С. За счет исключения гидролиза исходных растворов солей устраняется фактор образования примесей, что обеспечивает получение чистого вольфрамата свинца с параметрами, соответствующими требованиям, предъявляемым к сцинтилляционным материалам. 1 ил., 3 пр.

Наверх