Способ получения купратов щелочно-земельных металлов Советский патент 1992 года по МПК C01G3/00 

Сущность способа заключается в следующем.

Готовят смесь из пероксида одного из щелочноземельных металлов: Са02, SrOa или Ва02 с порошком меди в мольном соотношении 1:2. Смесь помещают в замкнутый реакционный объем, заполняют его инертным газом: аргоном и/или азотом, при этом в качестве замкнутого реакционного объема может служйт Б ва куумная печь или реактор самораспрабЈтрс1няю 1щего ся высокотемпературного синтеза (СВС), затем осуществляют нагре.вч смеси До 300-600°С с последующим проведением процесса в режиме горения.

Проведение процесса в режиме горения осуществляют двумя путями. В первом случае смесь исходных компонентов нагревают до температуры воспламенения смеси, во втором случае нагрев проводят до температуры ниже температуры воспламенения смеси с дополнительным инициированием процесса горения.

Так, температура воспламенения смеси Ва02+2Си составляет 450°С, поэтому первый путь: нагрев смеси до 450°С, смесь воспламеняется и осуществляется процесс горения с образованием ВаСи202; второй путь: нагрев смеси ведут до 400°С, т.е. до температуры ниже температуры воспламенения, и проводят инициирование процесса горения локальным воспламенением смеси вольфрамовой спиралью.

Использование пероксидов щелочноземельных металлов любой марки, которые служат одновременно источником кислорода и щелочноземельного металла позволяют проводить процесс в инертной атмосфере с использованием меди, а не СиаО в отличие от известных способов, не накладывает жестких требований к чистоте исходных компонентов, что упрощает процесс. Нагрев смеси ниже 300°С недостаточен для проведения процесса, а выше 600°С усложняет процесс и не влияет на чистоту целевого продукта.

В качестве исходных компонентов могут быть использованы пероксиды и медь марок: Ч, ХЧ, технической чистоты, дисперсностью до 100 мкм и инертные газы (аргон и азот) марки Ч. Соотношение азота в смеси с аргоном мало влияет на процесс, однако экспериментально установлено его оптимальное соотношение, равное по объему 1:1.

Проведение процесса в инертной атмосфере способствует повышению выхода целевого материала и его содержанию в продукте синтеза. Проведение процесса на воздухе приводит к образованию купрата

состава ВаСи02 за счет увеличения общего содержания кислорода, что снижает выход целевого материала и его содержание в продукте синтеза. Снижение выхода целевого

продукта усложняет процесс, г.к. требуется необходимость дополнительной очистки продукта.

П р и м е р 1. Готовят смесь в количестве 100 г из исходных компонентов 1 М Ва02 и

2 М Си, засыпают на дно реакционного объема печи, заполняют его аргоном, включают нагрев до 450°С, при этой температуре в объеме реакционного объема начинается воспламенение смеси и осуществляется

процесс в режиме горения с образованием BaCu202. После прохождения синтеза ( 5 мин), содержимое реакционного объема охлаждают и продукт извлекают. Общее время синтеза 30 мин. Целевой продукт представляет собой легкоизмельчаемую пористую массу светлого цвета, по данным рентгено- фазового анализа соответствует ВаСи202, изоструктурный SrCu202. Содержание основного вещества по данным химического

анализа 99,5%.

П р и м е р 2. Смесь примера 1 нагревают до 400°С и инициируют проведение процесса горения локальным воспламенением смеси подачей электрического тока на вольфрамовую спираль. Общее время синтеза 20 минут. Содержание основного вещества ВаСи202 составляет 99,6%.

П р и м е р 3. Смесь в количестве 100 г из 1 м Са02+2 М Си помещают в реактор

СВС, заполняют объем реактора смесью аргона с 50 об.% азота до давления 3 атм, нагревают объем до 300°С и инициируют процесс горения в смеси подачей кратковременного тока на вольфрамовую спираль.

Время синтеза 20 мин. Целевой продукт представляет собой фазовочистый CaCu202, с содержанием основного вещества 99,3% и изоструктурный с SrCu202.

П р и м е р 4. То же, что и в 3, но

проведение процесса в режиме горения осуществляют нагревом смеси до 600°С в атмосфере аргона. При указанной температуре в смеси происходит объемное горение с образованием фазовочистого

СаСи202. Общее время синтеза 40 мин.

П р и м е р 5. Смесь в количестве 100 г из 1 MSr02+2 м Си помещают в реактор СВС и под давлением азота в 1 атм проводят нагрев смеси до 500°С при которой начинается объемное горение и процесс образования фазовочистого SrCu202 осуществляется в режиме горения. Общее время синтеза 40 мин. Содержание основного вещества составляет 99,2%.

П р и м е р 6. Как в примере 5, но нагрев смеси проводят до 350°С и при этой температуре проводят инициирование смеси с по- следующим проведением процесса в режиме горения. Общее время синтеза 1 ч. Содержание основного продукта 99,4%.

Аналогично описанным примерам может быть получен также купрат магния (MgCuaOa).

Предлагаемый способ по сравнению с прототипом позволяет упростить способ получения купратов щелочноземельных металлов за счет сокращения времени синтеза до 20-60 мин по сравнению с 20 часами для известного способа и температуры процесса до 300-600°С, позволяет снизить энергозатраты и получать целевой материал высокой степени чистоты.

Формула изобретения Способ получения купратов щелочнозе- мельных металлов общей формулы МеСи202, где Me - щелочноземельный металл, включающий нагрев эквимолярной смеси, содержащей соединения щелочноземельного металла и медьсодержащий компонент, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса, снижения

энергозатрат при одновременном сохранении качества получаемого продукта, в качестве соединения щелочноземельного соединения используют пероксиды щелочноземельных металлов, а в качестве медьсодержащего компонента - металлическую медь, смесь нагревают в атмосфере аргона и/или азота до 300-600°С и осуществляют процесс горения смеси до выделения целевого продукта.