Способ получения чистого молибдата свинца в ионных расплавах Российский патент 2017 года по МПК B22F9/06 C01G21/00 C01G39/00 C09K11/66 C09K11/68 H01S3/16 

Изобретение относится к способам получения молибдата свинца (PbMoO₄) в ионных расплавах, который может быть использован при изготовлении сцинтилляционных элементов, в лазерной технике, акустооптических модуляторах, дефлекторах, что обусловлено его высокими физическими и оптическими свойствами. Монокристалл PbMoO₄ имеет удовлетворительные термомеханические свойства, легко обрабатывается, не растворяется в воде, устойчив к внешней среде, а процессы взаимодействия в нем видимых и инфракрасных лучей звуковых волн дает положительный результат.

С акустооптической точки зрения, качество монокристаллов молибдата свинца превосходит кристаллы LiNbO₃ и уступает α-HIO₃ [Minowa М., Itakura K., Moriyama S., Ootani W. Measurement of the property of cooled lead molybdate as a scintillator // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A. - 1970. - Vol. 7, issue 1. - P. 65-68]. Однако, процесс получения кристаллов α-HIO₃ сравнительно трудоемкий, они легко ломаются, растворяются в воде и, следовательно, неустойчивы в сырой среде [Bonner W. A., Zydzik G. J. Growth of single crystal lead molybdate for acousto-optic applications // Journal of Crystal Growth.- 1970. - Vol. 7, issue 1. - P. 65-68].

Известен способ получения молибдата свинца твердофазным синтезом, а именно спеканием оксидов свинца (II) и молибдена (VI) при температуре выше 1000°C в течение нескольких суток, а затем из полученного расплава с температурой 1800°C вытягивается растущий монокристалл [Патент РФ C1 №2059026 Авторы: Анненков А.Н.; Коржик М.В.; Костылев В.Л.; Лигун В.Д.].

Недостатками данного способа являются: очень высокие температуры процессов, длительное время синтеза, так как скорость процесса в твердой фазе очень низкая.

Известен способ получения молибдата свинца в нитратном расплаве смеси компонентов KNO₃, NaNO₃, Pb(NO₃)₂, взятых в количестве 0,6320; 0,3679 и 0,2198 моль соответственно, в который добавляют NaMoO₄ в количестве эквивалентном Pb(NO₃)₂. Синтез PbMoO₄ ведут при температуре 200-250°C в 2 этапа [Шурдумов Г.К. Синтез молибдата и вольфрамата свинца в расплавах систем [KNO₃-NaNO₃-Pb(NO₃)₂]_эвт.-Na₂Mo(W)O₄ [(K,Na,Pb//NO₃,Mo(W)O₄)], «ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ. СЕРИЯ: ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ», 2014, т.57, N2, стр.91-96].

Недостатками данного способа синтеза PbMoO₄ являются агрессивная среда, термическая и термодинамическая неустойчивость реагентов, выделение токсичного газа NO₂, протекание побочных окислительно-восстановительных реакций:

Образовавшийся в результате реакции (1) оксид свинца (II) загрязняет продукт, т.к. PbO не растворяется в воде.

Также главным недостатком данного способа получения молибдата свинца является разложение нитрата свинца уже при температуре 200°C, а процесс ведут при температуре 200-250°C. Таким образом, как на первом, так и на втором этапах выделяется бурый газ.

Задача, решаемая изобретением: получение чистого молибдата свинца в ионных расплавах, сокращение времени процесса синтеза и энергозатрат.

Поставленная задача решается следующим образом. Согласно предлагаемому способу PbMoO₄ получают по обменной реакции:

В соответствии с уравнением реакции исходные компоненты, взятые в эквивалентных количествах, смешивают и тщательно перетирают в ступке, загружают в платиновый тигель и опускают в шахтную печь, температуру в которой поднимают постепенно до 550-600°C и выдерживают 1 час. Расплав выливают на стальную подложку и после охлаждения тщательно перетирают в ступке и отмывают PbMoO₄ от шлака (сульфаты) в горячей воде в течение 20 минут, затем отфильтровывают, промывая водой. Полученный порошок PbMoO₄ просушивают при 300°C, а затем прокаливают при 500°C.

Пример 1.

Берут молибдата натрия 14,03 г, сульфата свинца 41,28 г и молибдата лития 11,85 г. Исходные компоненты, взятые в эквивалентных количествах, смешивают и тщательно перетирают в ступке, загружают в платиновый тигель и опускают в шахтную печь, температуру в которой поднимают постепенно до 550-600°C и выдерживают 1 час. Расплав выливают на стальную подложку и после охлаждения тщательно перетирают в ступке и отмывают РbМо0₄ от шлака (сульфаты) в горячей воде в течение 20 минут, затем отфильтровывают, промывая водой. Полученный порошок PbMoO₄ просушивают при 300°C, а затем прокаливают при 500°C. Полученный молибдат свинца в количестве 49,90 г представлял порошок светло-желтого цвета. Рентгенофазовый анализ (далее РФА) и спектральный анализ (далее СА) показали, что полученный молибдат свинца не содержит примесей.

Выход целевого продукта составил 99,8%.

Пример 2.

Способ получения молибдата свинца PbMoO₄ осуществляют аналогично примеру 1. Отличием от первого примера является то, что берут молибдата натрия 19,65 г, сульфата свинца 57,79 г и молибдата лития 16,59 г. Исходные компоненты, взятые в эквивалентных количествах, смешивают и тщательно перетирают в ступке, загружают в платиновый тигель и опускают в шахтную печь, температуру в которой поднимают постепенно до 550-600°C и выдерживают 1 час. Расплав выливают на стальную подложку и после охлаждения тщательно перетирают в ступке и отмывают PbMoO₄ от шлака (сульфаты) в горячей воде в течение 20 минут, затем отфильтровывают, промывая водой. Полученный порошок PbMoO₄ просушивают при 300°C, а затем прокаливают при 500°C. Полученный молибдат свинца в количестве 69,895 г представлял порошок светло-желтого цвета. РФА и спектральный анализ показали, что полученный молибдат свинца не содержит примесей.

Выход целевого продукта составил 99,85%.

Пример 3.

Способ получения молибдата свинца PbMoO₄ осуществляют аналогично примеру 2. Отличием от первого примера является то, что берут молибдата натрия 25,26 г, сульфата свинца 74,31 г и молибдата лития 21,34 г. Исходные компоненты, взятые в эквивалентных количествах, смешивают и тщательно перетирают в ступке, загружают в платиновый тигель и опускают в шахтную печь, температуру в которой поднимают постепенно до 550-600°C и выдерживают 1 час. Расплав выливают на стальную подложку и после охлаждения тщательно перетирают в ступке и отмывают PbMoO₄ от шлака (сульфаты) в горячей воде в течение 20 минут, затем отфильтровывают, промывая водой. Полученный порошок PbMoO₄ просушивают при 300°C, а затем прокаливают при 500°C. Полученный молибдат свинца в количестве 89,92 г представлял порошок светло-желтого цвета. РФА и спектральный анализ показали, что полученный молибдат свинца не содержит примесей.

Выход целевого продукта составил 99,9%. Технический результат: получение чистого молибдата свинца (PbMoO₄) в ионных расплавах.

Изобретение относится к технологии получения молибдата свинца (PbMoO₄) в ионных расплавах, который может быть использован при изготовлении сцинтилляционных элементов, в лазерной технике, акустооптических модуляторах, дефлекторах, что обусловлено его высокими физическими и оптическими свойствами. В соответствии с уравнением реакции исходные компоненты, взятые в эквивалентных количествах, смешивают и тщательно перетирают в ступке, загружают в платиновый тигель и опускают в шахтную печь, температуру в которой поднимают постепенно до 550-600°C и выдерживают 1 час. Расплав выливают на стальную подложку и после охлаждения тщательно перетирают в ступке и отмывают PbMoO₄ от шлака (сульфаты) в горячей воде в течение 20 минут, затем отфильтровывают, промывая водой. Полученный порошок PbMoO₄ просушивают при 300°C, а затем прокаливают при 500°C. Технический результат: получение чистого PbMoO₄, сокращение времени синтеза и энергозатрат. 3 пр.

Способ получения чистого молибдата свинца в ионных расплавах, заключающийся в сплавлении в печи исходных веществ, выдерживании расплава в печи, охлаждении сплава до комнатной температуры, отмывании от шлака, просушивании и прокаливании, отличающийся тем, что берут исходные вещества в эквивалентных количествах, г:

молибдат натрия 14,03-25,26 сульфат свинца 41,28-74,31 молибдат лития 11,85-21,34