СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОЛЬФРАМАТОВ ИЛИ МОЛИБДАТОВ ДВУХВАЛЕНТНЫХ МЕТАЛЛОВ Российский патент 2011 года по МПК C01G41/00 C01G39/00 

Изобретение относится к способам получения вольфраматов или молибдатов двухвалентных металлов и может быть использовано в химической промышленности, в частности, для получения исходных солей для выращивания монокристаллов.

Кристаллы на основе вольфраматов двухвалентных металлов находят широкое применение в качестве детекторов рентгеновского излучения, в детекторах полного поглощения гамма-квантов в условиях небольших нагрузок, медицинских и промышленных томографах. Молибдаты двухвалентных металлов используются в качестве кристаллических матриц и активаторов в лазерах и люминофорах, сегнетоэлектрических материалах для микроэлектроники.

Известен способ получения вольфрамата кадмия [Химия и технология редких и рассеянных элементов. ч.3 / под ред. К.А.Большакова, М.: Высшая школа, 1976, с.176, 233], включающий смешение водных растворов соединений вольфрама и кадмия, отделение, промывку и сушку образовавшегося осадка целевого продукта.

Недостаток способа состоит в получении гидратированных мелкодисперсных, трудно фильтруемых осадков, которые захватывают с раствора примеси, что приводит к загрязнению целевого продукта.

Известен способ получения вольфрамата кадмия [пат. Великобритании № 157353, C01G 41/00], включающий смешивание водных растворов вольфрамата щелочного металла с растворами соли кадмия в температурном интервале от 0°С до температуры кипения раствора в течение 0,1-4 часов, с последующим отделением осадка вольфрамата кадмия, его промывку, сушку и обезвоживание прокаливанием при 400-1200°С. Затем промывку и сушку повторяют.

Недостатками этого способа являются продолжительность и трудоемкость процесса, высокие энергозатраты, загрязнение целевого продукта продуктами реакции.

Известен способ получения вольфраматов или молибдатов цинка или кадмия [пат. Украины № 5673, C01G 41/00], включающий смешение триоксида вольфрама или молибдена с оксидом цинка или кадмия и нагрев полученной смеси. При этом перед смешением триоксид вольфрама или молибдена растворяют в водном растворе гидроксида аммония, оксид или гидроксид цинка или кадмия - в водном растворе нитрата аммония, а нагрев полученного после смешения раствора ведут при температуре кипения в течение времени, необходимого для выпаривания 60-80% от его объема, образовавшийся при этом осадок отделяют, промывают и сушат.

К недостаткам данного способа следует отнести применение токсичного гидроксида аммония, а также необходимость в проведении упаривания, что приводит к значительному возрастанию энергозатрат при получении целевого продукта.

Кроме того, общий недостаток приведенных выше способов - применение дополнительного технологического оборудования для сушки, упаривания, выделения и промывки осадков.

Известен способ получения вольфраматов двухвалентных металлов [пат. США № 5874056, C01G 41/00], включающий смешение и взаимодействие вольфрамата, взятого в виде аммония паравольфрамовокислого и аммония метавольфрамовокислого с оксидом металла и воды: смесь исходных компонентов и воды гомогенизируются в течение 30 мин, после высушивается при 100°С, а затем высушенный материал прокаливается при 500-1200°С в течение 2 часов. При этом для взаимодействия металл взят из соединений, содержащих кобальт, никель, цинк, свинец, магний, кальций, стронций, барий.

Недостатки этого способа - стадийность, продолжительность процесса и высокие энергозатраты.

Известен способ получения вольфраматов или молибдатов цинка или кадмия [АС. № 1784583, C01G 41/00, 39/00], включающий смешение триоксида вольфрама или молибдена с оксидом цинка или кадмия и нагрев полученной смеси. Перед смешением триоксид вольфрама или молибдена растворяют в водном растворе гидроксида аммония, оксид или гидроксид цинка или кадмия - в водном растворе нитрата аммония и нагрев полученного после смешения раствора ведут при температуре кипения в течение времени, необходимого для выпаривания 60-80% от его объема.

К недостаткам данного способа следует отнести необходимость предварительного растворение триоксида вольфрама или молибдена в водном растворе аммония, а также длительность и энергоемкость, поскольку требуется проведение выпаривания 60-80% объема раствора.

В основу настоящего изобретения поставлена задача разработки более простого способа получения вольфраматов или молибдатов двухвалентных металлов, обеспечивающего снижение времени синтеза и энергозатрат.

В качестве прототипа нами выбран предпоследний из аналогов, как наиболее близкий по совокупности общих признаков.

Решение задачи обеспечивается тем, что в способе получения вольфраматов или молибдатов двухвалентных металлов, включающем смешение триоксида вольфрама или молибдена с оксидом двухвалентного металла с последующим нагревом полученной смеси, согласно изобретению, полученную смесь исходных компонентов нагревают до 600-800°С воздействием микроволнового излучения стандартной частоты в течение 0,15-0,3 часа.

Для взаимодействия используют оксиды кадмия, кальция, цинка, свинца, никеля, магния, бария.

Используемые исходные компоненты выпускаются промышленностью, поэтому являются относительно недорогими и доступными. Помимо используемых оксидов не требуется никаких дополнительных реагентов. Способ является экологически чистым, т.к. не связан с выделением вредных продуктов, а единственным конечным продуктом является соответственно молибдат или вольфрамат двухвалентного металла без примесей.

Воздействие микроволнового излучения стандартной частоты 2,4 ГГц в течение указанного времени обеспечивает нагрев смеси до температур 600-800°С, необходимых для протекания твердофазного взаимодействия по всему ее объему, что позволяет получить соединения стехиометрического состава, тем самым обеспечивает улучшение качества целевого продукта, выход которого составляет 99,6-99,8%. Мощность СВЧ-излучения выбирают в зависимости от необходимой температуры взаимодействия и продолжительности (0,5-1,5 кВт). Способ менее энергоемкий по сравнению с известными процессами как за счет снижения температуры, так и за счет существенного сокращения длительности высокотемпературного синтеза.

Воздействие микроволнового излучения в течение менее 0,12 ч не обеспечивает полного протекания твердофазного взаимодействия - в конечном продукте содержится примесь исходных оксидов, а увеличение продолжительности обработки больше 0,3 часа нецелесообразно из-за увеличения энергозатрат, не приводящих к улучшению качества целевого продукта.

Проведение взаимодействия при температуре менее чем 600°С не обеспечивает протекания твердофазного синтеза, а увеличение температур более 800°С нецелесообразно из-за увеличения энергазатрат, которые не приводят к улучшению качества целевого продукта.

Примеры реализации заявляемого способа.

1. Получение вольфрамата кадмия. 27,67 г оксида кадмия и 50,00 г оксида вольфрама (эквивалентные количества) смешивают до получения однородной массы. Полученную смесь засыпают в кварцевую ампулу, которую помещают в резонатор и нагревают до 800°С воздействием микроволновым излучением мощностью 1,0 кВт и частотой 2,45 ГГц в течение 0,25 ч. Полученный спек охлаждают на воздухе до комнатной температуры, выгружают и растирают до порошка.

2. Получение вольфрамата кальция. 10,00 г оксида кальция и 36,15 г оксида вольфрама (эквивалентные количества) смешивают до получения однородной массы. Полученную смесь засыпают в кварцевую ампулу, которую помещают в резонатор и нагревают до 800°С воздействием микроволновым излучением мощностью 1,0 кВт и частотой 2,45 ГГц в течение 0,2 ч. Полученный спек охлаждают на воздухе до комнатной температуры, выгружают и растирают до порошка.

3. Получение вольфрамата цинка. 10,00 г оксида цинка и 28,48 г оксида вольфрама (эквивалентные количества) смешивают до получения однородной массы. Полученную смесь засыпают в кварцевую ампулу, которую помещают в резонатор и нагревают до 750°С воздействием микроволновым излучением мощностью 1,0 кВт и частотой 2,45 ГГц в течение 0,15 ч. Полученный спек охлаждают на воздухе до комнатной температуры, выгружают и растирают до порошка.

4. Получение вольфрамата никеля. 12,92 г оксида никеля и 40,00 г оксида вольфрама (эквивалентные количества) смешивают до получения однородной массы. Полученную смесь засыпают в кварцевую ампулу, которую помещают в резонатор и нагревают до 700°С воздействием микроволновым излучением мощностью 1,0 кВт и частотой 2,45 ГГц в течение 0,2 ч. Полученный спек охлаждают на воздухе до комнатной температуры, выгружают и растирают до порошка.

5. Получение молибдата кадмия. 26,76 г оксида кадмия и 30,00 г оксида молибдена (эквивалентные количества) смешивают до получения однородной массы. Полученную смесь засыпают в кварцевую ампулу, которую помещают в резонатор и нагревают до 700°С воздействием микроволновым излучением мощностью 1,0 кВт и частотой 2,45 ГГц в течение 0,15 ч. Полученный спек охлаждают на воздухе до комнатной температуры, выгружают и растирают до порошка.

6. Получение молибдата свинца. 46,52 г оксида свинца и 30,00 г оксида молибдена (эквивалентные количества) смешивают до получения однородной массы. Полученную смесь засыпают в кварцевую ампулу, которую помещают в резонатор и нагревают до 700°С воздействием микроволновым излучением мощностью 1,0 кВт и частотой 2,45 ГГц в течение 0,3 ч. Полученный спек охлаждают на воздухе до комнатной температуры, выгружают и растирают до порошка.

7. Получение молибдата магния. 11,99 г оксида магния и 40,00 г оксида молибдена (эквивалентные количества) смешивают до получения однородной массы. Полученную смесь засыпают в кварцевую ампулу, которую помещают в резонатор и нагревают до 650°С воздействием микроволновым излучением мощностью 1,0 кВт и частотой 2,45 ГГц в течение 0,25 ч. Полученный спек охлаждают на воздухе до комнатной температуры, выгружают и растирают до порошка.

8. Получение молибдата бария. 31,95 г оксида бария и 30,00 г оксида молибдена (эквивалентные количества) смешивают до получения однородной массы. Полученную смесь засыпают в кварцевую ампулу, которую помещают в резонатор и нагревают до 650°С воздействием микроволновым излучением мощностью 1,0 кВт и частотой 2,45 ГГц в течение 0,2 ч. Полученный спек охлаждают на воздухе до комнатной температуры, выгружают и растирают до порошка.

9. Получение молибдата цинка. 16,96 г оксида цинка и 30,00 г оксида молибдена (эквивалентные количества) смешивают до получения однородной массы. Полученную смесь засыпают в кварцевую ампулу, которую помещают в резонатор и нагревают до 700°С воздействием микроволновым излучением мощностью 1,0 кВт и частотой 2,45 ГГц в течение 0,25 ч. Полученный спек охлаждают на воздухе до комнатной температуры, выгружают и растирают до порошка.

Изобретение может быть использовано для получения исходных веществ для выращивания кристаллов. Смешивают триоксид вольфрама или молибдена с оксидом двухвалентного металла и нагревают до 600-800°С воздействием микроволнового излучения частотой 2,45 ГГц в течение 0,12-0,3 часа. Изобретение позволяет уменьшить время синтеза и энергозатраты на его проведение.

Способ получения вольфраматов или молибдатов двухвалентных металлов, включающий смешение триоксида вольфрама или молибдена с оксидом двухвалентного металла с последующим нагревом полученной смеси, отличающийся тем, что полученную смесь исходных компонентов нагревают до температуры 600-800°С воздействием микроволнового излучения частотой 2,45 ГГц в течение 0,12-0,3 ч.