Химический способ получения вольфрамовых бронз свинца Российский патент 2017 года по МПК C01G41/00 C01G21/00 

Изобретение относится к области химического производства, в частности к получению вольфрамовых бронз свинца, и может быть использовано для создания новой техники, для изготовления анодов химических источников тока, катодов электролизных ванн, как катализаторы в органическом синтезе, материалы для полупроводниковых диодов и датчиков давления. Вольфрамовые бронзы служат для покрытия некоторых металлических деталей, используются для получения высококачественных типографских красок. Они являются перспективными неорганическими материалами.

Вольфрамовые бронзы представляют собой интенсивно окрашенные чрезвычайно реакционно-способные вещества, обладающие хорошей электропроводностью.

Известен способ получения расплава для синтеза порошков оксидных вольфрамовых бронз [Патент РФ №2138445. Авторы: Шурдумов Б.К., Шурдумов Г.К., Кучукова М.А.] за счет замены электрохимического способа синтеза бронз химическим.

Недостатком данного способа являются высокие температуры получения оксидных вольфрамовых бронз.

Известен способ синтеза свинцовых оксидных вольфрамовых бронз Pb_0.18WO₃, Pb_0.28WO₃ отжигом смесей металлического свинца и вольфрамового ангидрида в кварцевых запаянных ампулах при температуре 700-1000°С в течение 7 - 60 дней [Ekstrom Т.Tilley R.J.D//J.Solid State Chem. 1978. Vol. 24. №2. P. 209-218.] Получены бронзы с областью гомогенности в интервале значений 0,01≤×≥0,18. При температуре 1000-1100°С получены бронзы с областью гомогенности 0,18≤×≥0,28. При 1000°С получены бронзы тетрагональной сингонии, а при 1100°С - ромбической сингонии.

Недостатки данного способа: синтез ведется при высоких температурах в запаянных кварцевых ампулах, а также длительное время синтеза.

Задача, решаемая изобретением, - разработка химического синтеза оксидных вольфрамовых бронз свинца в расплавах многокомпонентных систем при 550-580°С.

Поставленная задача решается тем, что в порошок вольфрамата свинца добавляют хлорид лития, хлорид натрия, оксид вольфрама (VI) и порошок металлического вольфрама, масс. %:

PbWO₄ - 4-14%;

LiCl - 70-76%;

NaCl - 16-20%;

WO₃, W - остальное, рассчитанные относительно вольфрамата свинца, содержащего в порошке, в соответствии с уравнением реакции

3PbWO₄+2WO₃+W=6Pb_0,5WO₃

Полученную смесь тщательно перемешивают в ступке, далее шихту переносят в тигель и в шахтной печи нагревают до температуры плавления. Расплав выдерживают при данной температуре в течение 30-45 мин (кристаллы бронз формируются на дне тигля), а затем выливают в кювету из нержавеющей стали. После охлаждения сплав тщательно перетирают в ступке и переносят в кипящую дистиллированную воду для отмывания бронзы от солей. После фильтрации бронзы высушивают при 100°С, взвешивают и определяют выход продукта. В полученном образце коричневого цвета РФА идентифицированы фазы: Pb_0,5WO₃, Pb_0,3WO₃, Pb_0,45WO₃, Pb_0,35WO₃, Pb_0,46WO₃, Pb_0,47WO₃ (чертеж).

Использование смеси хлоридов лития и натрия в ходе получения оксидных вольфрамовых бронз свинца обусловлено необходимостью понижения температуры и сокращения времени процесса синтеза.

Пример 1

В порошок вольфрамата свинца массой 0,29 г добавляют хлорид лития - 0,52 г, хлорид натрия - 0,19 г, оксид вольфрама (VI) - 0,099 г и порошок металлического вольфрама - 0,039 г, рассчитанные относительно вольфрамата свинца в эквивалентных количествах. Полученную смесь тщательно перемешивают в ступке, далее шихту переносят в тигель и в шахтной печи нагревают до температуры плавления 550°С. Расплав выдерживают при данной температуре в течение 30-45 мин (кристаллы бронз формируются на дне тигля), а затем выливают в кювету из нержавеющей стали. После охлаждения сплав тщательно перетирают в ступке и переносят в кипящую дистиллированную воду для отмывания бронзы от солей. После фильтрации бронзы высушивают при 100°С. Полученные вольфрамовые бронзы свинца в количестве 0,4117 г представляют порошок коричневого цвета. Рентгенофазовый анализ (далее РФА) и спектральный анализ (далее СА) показали, что полученные вольфрамовые бронзы свинца не содержат примесей.

Выход целевого продукта составил 96,2%.

Пример 2

Способ получения вольфрамовых бронз свинца осуществляют аналогично примеру 1. Отличием от первого примера является то, что берут вольфрамат свинца - 0,428 г, хлорид лития - 0,423 г, хлорид натрия - 0,149 г, оксид вольфрама (VI) - 0,145 г и порошок металлического вольфрама 0,058 г в эквивалентных количествах. Полученную смесь тщательно перемешивают в ступке, далее шихту переносят в тигель и в шахтной печи нагревают до температуры плавления 560°С. Расплав выдерживают при данной температуре в течение 30-45 мин (кристаллы бронз формируются на дне тигля), а затем выливают в кювету из нержавеющей стали. После охлаждения сплав тщательно перетирают в ступке и переносят в кипящую дистиллированную воду для отмывания бронзы от солей. После фильтрации бронзы высушивают при 100°С. Полученные вольфрамовые бронзы свинца в количестве 0,6089 г представляют порошок коричневого цвета. РФА и СА показали, что полученные вольфрамовые бронзы свинца не содержат примесей.

Выход целевого продукта составил 96,5%.

Пример 3

Способ получения вольфрамовых бронз свинца осуществляют аналогично примеру 2. Отличием от второго примера является то, что берут вольфрамат свинца - 0,496 г, хлорид лития - 0,38 г, хлорид натрия - 0,128 г, оксид вольфрама (VI) - 0,169 г и порошок металлического вольфрама 0,0672 г в эквивалентных количествах. Полученную смесь тщательно перемешивают в ступке, далее шихту переносят в тигель и в шахтной печи нагревают до температуры плавления 570°С. Расплав выдерживают при данной температуре в течение 30-45 мин (кристаллы бронз формируются на дне тигля), а затем выливают в кювету из нержавеющей стали. После охлаждения сплав тщательно перетирают в ступке и переносят в кипящую дистиллированную воду для отмывания бронзы от солей. После фильтрации бронзы высушивают при 100°С. Полученные вольфрамовые бронзы свинца в количестве 0,7076 г представляют порошок коричневого цвета. РФА и СА показали, что полученные вольфрамовые бронзы свинца не содержат примесей.

Выход целевого продукта составил 96,8%.

Пример 4

Способ получения вольфрамовых бронз свинца осуществляют аналогично примеру 3. Отличием от третьего примера является то, что берут вольфрамат свинца - 0,62 г, хлорид лития - 0,299 г, хлорид натрия - 0,08 г, оксид вольфрама (VI) - 0,211 г и порошок металлического вольфрама - 0,084 г в эквивалентных количествах. Полученную смесь тщательно перемешивают в ступке, далее шихту переносят в тигель и в шахтной печи нагревают до температуры плавления 580°С. Расплав выдерживают при данной температуре в течение 30-45 мин (кристаллы бронз формируются на дне тигля), а затем выливают в кювету из нержавеющей стали. После охлаждения сплав тщательно перетирают в ступке и переносят в кипящую дистиллированную воду для отмывания бронзы от солей. После фильтрации бронзы высушивают при 100°С. Полученные вольфрамовые бронзы свинца в количестве 0,8866 г представляют порошок коричневого цвета. РФА и СА показали, что полученные вольфрамовые бронзы свинца не содержат примесей.

Выход целевого продукта составил 97%.

Как следует из вышеприведенных примеров, заявляемый способ синтеза позволяет получить вольфрамовые бронзы свинца без примесей. Выход целевого продукта составляет 96,2-97%.

Технический результат: предлагаемый способ позволяет синтезировать вольфрамовые бронзы свинца в расплавах многокомпонентных взаимных систем: Li, Pb // Cl, WO₄; Na, Pb // Cl, WO₄; K, Pb // Cl, WO₄, Li, Na, Pb // Cl, WO₄; Li, K, Pb // Cl, WO₄ и Na, K, Pb // Cl, WO₄.

Изобретение относится к области химического производства, в частности к получению вольфрамовых бронз свинца, и может быть использовано для создания новой техники, изготовления анодов химических источников тока, катодов электролизных ванн, в качестве катализаторов в органическом синтезе, материалов для полупроводниковых диодов и датчиков давления. Способ получения вольфрамовых бронз свинца заключается во взаимодействии вольфрамата свинца, оксида вольфрама (VI) и порошка металлического вольфрама в низкотемпературном эвтектическом расплаве хлоридов лития и натрия при температуре 550 – 580 °С, мас. %: PbWO₄ – 4-14%, LiCl – 70-76%, NaCl – 16-20%, WO₃, W остальное. Изобретение обеспечивает химический синтез вольфрамовых бронз свинца при пониженной температуре и сокращение времени синтеза. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 4 пр.

1. Способ получения вольфрамовых бронз свинца, заключающийся во взаимодействии исходных веществ вольфрамата свинца, оксида вольфрама (VI) и порошка металлического вольфрама в низкотемпературном эвтектическом расплаве хлоридов лития и натрия, мас. %:

PbWO₄ - 4-14%;

LiCl - 70-76%;

NaCl - 16-20%;

WO₃, W - остальное,

при температуре 550-580°С.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что получение оксидных вольфрамовых бронз свинца ведут на открытом воздухе.