Способ получения диоксида церия Российский патент 2025 года по МПК B22F9/16 C01F17/235 C22B59/00 

Изобретение относится к технологии получения соединений редкоземельных металлов (РЗМ), в частности порошков диоксида церия со сфероидальной формой частиц, используемого в производстве полирующих порошков, автомобильных катализаторов и др.

Основной способ получения порошка диоксида церия - термическое разложение его солей: карбонатов, оксалатов или нитратов. С учетом высокой стоимости щавелевой кислоты и экологического аспекта, в основном, применяется термическое разложение карбонатов [Редкоземельные металлы /А.И. Михайличенко, Е.Б. Михлин, Ю.Б. Патрикеев - М.: Металлургия, 1987. - 232 с].

Известен способ получения порошка диоксида церия с пластинчатой формой частиц термическим разложением карбоната церия при температуре 500°С в течение 2 часов. Карбонат церия получен осаждением из раствора нитрата церия концентрацией 0,2 моль/л раствором бикарбоната аммония (0,5 моль/л) с последующей промывкой осадка и сушкой его в течение 12 часов при температуре 105°С (Janos, P., Henych, J., Pfeifer, J., Zemanova, N., Pilafova, V., Milde, D., Stengl,. Nanocrystalline cerium oxide prepared from a carbonate precursor and its ability to breakdown biologically relevant organophosphates // Environmental Science: Nano - 2017 - 4(6). - P. 1283-1293).

Недостатки способа - осаждение карбоната церия из сильно разбавленных растворов нитрата церия; общая продолжительность процесса не менее 14 часов; необходимость предварительной сушки осадка карбоната церия; высокая температура процесса прокаливания; пластинчатая форма частиц получаемого диоксида церия.

Известен способ получения порошка диоксида церия термическим разложением неподвижного слоя высотой 1 см сухого карбоната церия при температуре 400°С в течение 2 часов; условия предварительной сушки: температура 90°С; продолжительность 6 часов (Проценко Т.В.,

Михайличенко А.И., Нефедова Н.В., Каратеева Е.Ю. Синтез оксида церия (IV) с развитой удельной поверхностью карбонатным методом // Химическая технология - 2000 - №5. - С. 7-10).

Недостатки способа - высокая продолжительность процесса; особые условия осаждения карбоната церия; форма получаемых частиц диоксида церия - пластинки неправильной формы средней длины 1,7 мм.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ получения порошка диоксида церия с высокой удельной поверхностью, включающий сушку и прокалку при температуре не менее 700°С в течение 1 часа суспензии с массовым соотношением карбоната церия, ацетата аммония, воды (44-58): (25-34): (14-25), соответственно (Патент RU 2243940, опублик. 10.01.2005).

Недостатки способа - энергоемкость процесса, низкая производительность из-за необходимости сушки суспензии на воздухе, применение дополнительных реагентов, не определена форма частиц получаемого диоксида церия.

Изобретение решает задачи упрощения способа получения порошка диоксида церия со сфероидальной формой частиц из карбоната церия термическим разложением, повышения энерго- и ресурсосбережения.

Технический результат - повышение энерго- и ресурсосбережения из-за применения СВЧ-нагрева, что снижает продолжительность термической обработки в 30…40 раз; применение суспензии карбоната церия в растворе нитрата аммония позволяет исключить операции промывки и сушки осадка карбоната церия после его осаждения из концентрированных азотнокислых растворов церия раствором карбоната аммония, снизить затраты на реагенты и объемы солевых стоков; упрощение способа получения порошка диоксида церия со сфероидальной формой частиц из карбоната церия термическим разложением с долей фракции менее 1 и 5 мкм не менее 40 и 75%, соответственно.

Технический результат достигается тем, что в способе получения порошка диоксида церия, включающем термическое разложение суспензии, содержащей карбонат церия и воду, отличающимся тем, что термическое разложение осуществляют СВЧ-нагревом при мощности 680-800 Вт, частоте 2450±50 МГц в течение 1-2 мин, которому подвергают слой суспензии высотой до 5 мм, содержащей в % мас.: 50-51 карбоната церия; 27,0-27,5 нитрата аммония; 22-22,5 воды.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлена микрофотография диоксида церия.

Примером реализации предлагаемого способа служат результаты следующих опытов.

Пример 1. Суспензию карбоната церия высотой слоя 2 мм, содержащую в % мас.: 52,6 карбоната церия; 14,4 нитрата аммония; 38,9 воды, подвергают СВЧ-нагреву при мощности 800 Вт, частоте 2450±50 МГц в течение 1,0 мин. Доля фракций получаемого диоксида церия менее 1 и 5 мкм составляет 9,7 и 36,2%, соответственно.

Пример 2. Процесс проводится как в примере 1, но состав суспензии, в % мас.: 51,3 карбоната церия; 21,2 нитрата аммония; 27,5 воды. Доля фракций получаемого диоксида церия менее 1 и 5 мкм составляет 24,7 и 65,7%, соответственно.

Пример 3. Процесс проводится как в примере 1, но состав суспензии, в % мас.: 50,6 карбоната церия; 24,4 нитрата аммония; 25,0 воды. Доля фракций получаемого диоксида церия менее 1 и 5 мкм составляет 27,8 и 68,3%, соответственно.

Пример 4. Процесс проводится как в примере 1, но состав суспензии, в % мас.: 53,3 карбоната церия; 25,7 нитрата аммония; 21,0 воды. Доля фракций получаемого диоксида церия менее 1 и 5 мкм составляет 30,8 и 61,6%, соответственно.

Пример 5. Процесс проводится как в примере 1, но состав суспензии, в % мас.: 50,0 карбоната церия; 27,5 нитрата аммония; 22,5 воды, а продолжительность обработки составляла 0,5; 1,0; 1,5 и 2,0 мин. При этом доля фракций получаемого диоксида церия менее 1 мкм составила 44,0; 47,8; 47,7; 48,2% и менее 5 мкм - 78,7; 82,1; 84,0; 83,0%, соответственно. Форма частиц диоксида церия сфероидальная (Фиг. 1).

Пример 6. Процесс проводится как в примере 5, но высота слоя суспензии карбоната церия соответствовала 4 мм, а продолжительность обработки 1,0; 1,5 и 2,0 мин. При этом доля фракций получаемого диоксида церия менее 1 мкм составила 38,3; 46,8; 44,3% и менее 5 мкм - 72,2; 77,2; 80,0%, соответственно.

Пример 7. Процесс проводится как в примере 5, но высота слоя суспензии карбоната церия соответствовала 6 мм, а продолжительность обработки 1,0 и 2,0 мин. При этом доля фракций получаемого диоксида церия менее 1 мкм составила 38,9; 31,3% и менее 5 мкм - 74,1; 63,0%, соответственно.

Хотя настоящее изобретение описано в деталях выше, для специалиста в указанной области техники очевидно, что могут быть сделаны изменения и произведены эквивалентные замены, и такие изменения и замены не выходят за рамки настоящего изобретения, определяемые приложенной формулой изобретения.

Изобретение относится к технологии получения соединений редкоземельных металлов, в частности порошков диоксида церия со сфероидальной формой частиц, используемых в производстве полирующих порошков, автомобильных катализаторов и др. Способ включает термическое разложение слоя суспензии высотой до 5 мм СВЧ-нагревом при мощности 680-800 Вт, частоте 2450±50 МГц в течение 1-2 мин. При этом суспензия содержит в мас. %: 50-51 карбоната церия; 27,0-27,5 нитрата аммония; 22-22,5 воды. Обеспечивается повышение энерго- и ресурсосбережения, снижение продолжительности термической обработки, исключение операций промывки и сушки осадка, получение порошка диоксида церия со сфероидальной формой частиц с долей фракции менее 1 и 5 мкм не менее 40 и 75%, соответственно. 1 ил., 7 пр.

Способ получения порошка диоксида церия, включающий термическое разложение суспензии, содержащей карбонат церия и воду, отличающийся тем, что термическое разложение осуществляют СВЧ-нагревом при мощности 680-800 Вт, частоте 2450±50 МГц в течение 1-2 мин, которому подвергают слой суспензии высотой до 5 мм, содержащей в мас. %: 50-51 карбоната церия; 27,0-27,5 нитрата аммония; 22-22,5 воды.