СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОЛЬФРАМАТОВ ДВУХВАЛЕНТНЫХ МЕТАЛЛОВ Российский патент 2024 года по МПК C01G41/00 C01G9/00 C01F5/00 C01F11/00 B82B1/00 

Изобретение относится к неорганической химии, а именно к технологии получения вольфраматов двухвалентных металлов, и может быть использовано для изготовления сцинтилляторов детектирования ионизирующего излучения в ядерной физике, физике элементарных частиц, ядерной медицине (в частности, в позитронно-эмиссионной томографии), а также для производства рентгеновских систем безопасности и таможенного досмотра для просвета крупногабаритных грузов.

Известен способ получения вольфраматов двухвалентных металлов [RU 2408535 C2, МПК (2006.01) С01G 39/00, С01G 41/00, H05B 6/64, опубл. 10.11.2011], включающий нагрев паравольфрамовокислого аммония смешенного с карбонатом или нитратом двухвалентного металла. Смесь нагревают до температуры 400-600°С посредствам микроволнового излучения с частотой 2,45 ГГц в течение 5-15 минут, с последующим охлаждением до комнатной температуры.

Недостатки способа: низкая надежность СВЧ-генераторов, а также опасность высокочастотного излучения для персонала.

Известен способ получения вольфраматов цинка или кадмия [SU 1784583 A1, МПК (2006.01) C01G41/00, C01G39/00, опубл. 30.12.1992], заключающийся в том, что триоксид вольфрама предварительно растворяют в водном растворе гидрооксида аммония, а оксид или гидрооксид кадмия или цинка предварительно растворяют в водном растворе нитрата аммония. Растворы смешивают и полученный после этого раствор нагревают до температуры кипения в течение времени, необходимого для упаривания 60-80% первоначального объема, с последующим отделением, промывкой и сушкой выпавшего осадка.

К недостаткам данного способа следует отнести использование токсичного гидроксида аммония, а также значительные затраты времени и энергии.

Известен способ получения вольфраматов двухвалентных металлов [RU 2408536 C2, МПК (2006.01) С01G 41/00, С01G 39/00, опубл. 27.12.2009], включающий нагрев триоксида вольфрама смешенного с оксидом двухвалентного металла. Подготовленную смесь нагревают до температуры 600-800°С путем воздействия микроволнового излучения с частотой 2,45 ГГц в течение 0,12-0,3 часа.

Недостаток способа - низкая надежность СВЧ-генераторов, а также опасность высокочастотного излучения для персонала.

Известен способ получения вольфраматов двухвалентных металлов [US 5874056 А, МПК C01G 41/00, С01G 51/00, С01П53/00, опубл. 23.02.1999], выбранный в качестве прототипа, включающий смешение и взаимодействие вольфрамата, взятого в виде аммония паравольфрамовокислого и аммония метавольфрамовокислого с оксидом металла Me(II) и водой с образованием реакционной смеси, в которой Ме(II) выбирают из группы, состоящей из Co, Ni, Zn, Pb, Mg, Ca, Sr и Ba. Смесь исходных компонентов и воды гомогенизируют в течение 30 мин, затем высушивают при 100°С. Высушенный материал прокаливают при 500-1200°С в течение 2-х часов.

Недостатки этого способа – многостадийность и продолжительность процесса.

Техническим результатом заявляемого изобретения является разработка более простого способа получения вольфраматов двухвалентных металлов, обеспечивающего снижение продолжительности процесса.

Способ получения вольфраматов двухвалентных металлов, также как в прототипе, включает смешивание исходных компонентов, одним из которых является порошок оксида Ме(II), который выбирают из группы, состоящей из Zn, Mg, Sr, нагрев смеси в высокотемпературной печи при температуре 1000-1100°С.

Согласно изобретению, используют нанопорошок вольфрама со среднеповерхностным диаметром частиц 74 нм, который смешивают в стехиометрическом соотношении с порошком оксида Ме(II) в течение 10 минут. Полученную смесь помещают в керамический тигель, накрывают керамической крышкой и размешают в высокотемпературной печи, разогретой до температуры 1000-1100°С, при которой выдерживают в течение 60-70 минут. Затем тигель вынимают из печи и охлаждают на воздухе, извлекают из него спек, который измельчают до порошка.

Использование нанопорошка вольфрама, обладающего высокой температурой окисления, позволяет эффективно осуществить процесс синтеза и сократить время протекания химической реакции.

Использование керамического высокотемпературного глубокого керамического тигеля без уплотнения, закрытого керамической крышкой предотвращает разлет продуктов реакции. В процессе нагрева в высокотемпературной печи указанной смеси нанопорошок вольфрама начинает интенсивно окисляться в связи с чем по всему объему образца протекает самораспространяющийся высокотемпературный синтез прекурсоров при температуре окисления нанопорошка вольфрама порядка 2200°С.

В предлагаемом способе по сравнению с прототипом отсутствуют стадии растворения исходных компонентов в воде, гомогенизации полученного раствора и последующей просушки полученного материала, что позволяет сократить время синтеза и энергозатраты.

В результате получают порошки с содержанием вольфраматов цинка, стронция и магния не менее 91 % при меньших затратах времени и электроэнергии по сравнению с прототипом.

На фиг. 1 показано размещение смеси исходных порошков в тигле.

На фиг. 2 показана рентгенодифрактограмма порошка вольфрамата цинка, полученного согласно примеру 1.

На фиг. 3 показана рентгенодифрактограмма порошка вольфрамата стронция, полученного согласно примеру 2.

На фиг. 4 показана рентгенодифрактограмма порошка вольфрамата магния, полученного согласно примеру 3.

В таблице 1 представлены примеры синтеза вольфраматов.

Примеры реализации заявляемого способа

1. Получение вольфрамата цинка

Были подготовлены навески 5,869 г нанопорошка W, полученного методом электрического взрыва проводника, со среднеповерхностным размером частиц 74 нм и 2,598 г порошка ZnO (взятые в стехиометрическом соотношении), которые гомогенезировали с помощью истирателя вибрационного «ИВ-Микро» в течение 10 мин. Полученную смесь пересыпали в тигель и распределили её ровным слоем, так чтобы между смесью и крышкой тигля осталось расстояние не менее 5 мм. Затем тигель с помощью щипцов поместили в предварительно нагретую до 1100°С муфельную печь. После 60-минутной выдержки тигель извлекли из печи. После самопроизвольного охлаждения на воздухе до комнатной температуры спек извлекли из тигля, измельчили до порошка. В результате получили 10 г порошка, содержащего 92% ZnWO₄. Рентгенодифрактограмма полученного порошка, представленная на фиг. 2, показывает наличие всех рефлексов, соответствующих вольфрамату цинка.

Вольфраматы стронция и магния были синтезированы аналогичнo примеру 1 и условия их получения представлены в таблице 1 (примеры 2 и 3). Согласно примеру 2 было получено 10 г порошка, содержащего 93% вольфрамата стронция. Согласно примеру 3 было получено 10 г порошка, содержащего 91% вольфрамата магния. Рентгенодифрактограммы порошков вольфрамата стронция (фиг. 3) и вольфрамата магния (фиг. 4) содержат все рефлексы, соответствующие этим веществам.

Изобретение относится к неорганической химии и может быть использовано для изготовления сцинтилляторов детектирования ионизирующего излучения в ядерной физике, физике элементарных частиц, ядерной медицине, в частности, в позитронно-эмиссионной томографии, а также для производства рентгеновских систем безопасности и таможенного досмотра для просвета крупногабаритных грузов. Исходные компоненты: нанопорошок вольфрама со среднеповерхностным диаметром частиц 74 нм и порошок оксида Ме(II), где Ме выбирают из Zn, Mg, Sr, смешивают в течение 10 мин в стехиометрическом соотношении. Полученную смесь помещают в керамический тигель, накрывают керамической крышкой и размешают в высокотемпературной печи, разогретой до 1000-1100°С, в которой осуществляют нагрев смеси и выдержку в течение 60-70 мин. Затем тигель охлаждают на воздухе, извлекают из него спек, который измельчают до порошка. Способ получения вольфраматов двухвалентных металлов прост и обеспечивает снижение продолжительности процесса. 4 ил., 1 табл.

Способ получения вольфраматов двухвалентных металлов, включающий смешивание исходных компонентов, одним из которых является порошок оксида Ме(II), который выбирают из группы, состоящей из Zn, Mg, Sr, нагрев смеси в высокотемпературной печи при температуре 1000-1100°С, отличающийся тем, что используют нанопорошок вольфрама со среднеповерхностным диаметром частиц 74 нм, который смешивают в стехиометрическом соотношении с порошком оксида Ме(II) в течение 10 мин, полученную смесь помещают в керамический тигель, накрывают керамической крышкой и размешают в высокотемпературной печи, разогретой до температуры 1000-1100°С, при которой выдерживают в течение 60-70 мин, затем тигель охлаждают на воздухе, извлекают из него спек, который измельчают до порошка.