Способ получения фосфатов элементов III группы гидротермальным методом Советский патент 1992 года по МПК C30B7/10 C30B29/14 

Изобретение относится к способу получения кристаллической шихты ортофосфа- та лантана (LaPO) и может быть использовано в электронной технике.

Известен способ получения ортофосфа- та алюминия из испаряющегося раствора ортофосфорной кислоты при температуре 160-200°С им давлении 7-20 атм. Недостатком способа является невозможность получить кристаллический продукт с максимальной степенью превращения и определенной степенью дисперсности кристаллов.

Цель изобретения - получение кристаллического ортофосфата лантана для акустооптической керамики.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения ортофосфата лантана из шихты, содержащей соединения лантана, процесс ведут из испаряющегося раствора ортофосфорной кислоты концентрацией 50-60 мас.%, при температуре 150- 250°С, Давлении жидкой фазы 0,8-1,5 МПа и объемном соотношении жидкой и твердой фаз 4,0-4,5:1,1-1,2.

Способ осуществляется следующим образом. В фторопластовый или кварцевый реактор емкостью 1 л помещают предварительно полученную из оксида лантана при температуре гидроокись лантана. Затем заливают водный раствор ортофосфорной кислоты заданной концентрации при строго определенном объемном соотношении жидкой и твердой фазы. Кварцевый или фторопластовый реактор помещают в специальную установку, которая герметизируется крышкой со встроенным в нее манометром и патрубком с регулировочным газовым краником. Патрубок необходим для отвода избытка паров в конденсатор, а краником задается давление жидкой фазы в системе (ОН)з-НзР04- Н20, Процесс кристаллизации ортофосфата лантана ведут в температурном интервале 150-250°С. В этом интервале в состав паровой фазы над раствором ортофосфорной кислоты входит только вода, что позволяет точно, в течение всего эксперимента поддерживать постоянное объемное соотношение жидкой и твердой фазы, что необходимо для однофазового образования монокриСО

XI

VI СА) Ю (Л

со

сталлов ортофосфата лантана с достаточЧ, М ВЫХОДОМ.

При заданной температуре происходит растворение гидроокиси лантана и насыщение раствора ее формами. Регулируя за счет краника отвод паров воды в конденсатор, создают пересыщение раствора, результатом чего является образование монокристаллов ортофосфата лантана по всему объему реактора. Возрастание пересыщения при фиксированных параметрах процесса регулируется скоростью роста кристаллов, причем с увеличением поверхности кристаллов возрастает интенсивность выбирания кристаллизуемого вещества из маточного раствора. Процесс во времени протекает непрерывно и прекращается при практически полном испарении жидкой фазы в реакторе. Максимальный массовый выход монокристаллов ортофосфата лантана достигает 92- 96,2%. Все параметры, необходимые для реализации способа, существенны с точки зрения достижения цели изобретения. При температуре ниже 150°С мала растворимость 1а(ОН)з и реакция ее взаимодействия с ортофосфорной кислотой протекает медленно, что влияет на интенсивность процесса образования монокристаллов ортофосфата лантана. При температуре выше 250°С начинает происходить частичное испарение раствора, что нарушает процесс одноразового образования монокристаллов ортофосфата лантана. Концентрация ортофосфорной кислоты мас.% в сочетании с температурой достаточна для растворения гидроокиси лантана и перехода ее в раствор. При СНЗРО 50мас.% скорость растворения (ОН)з мала, что лимитирует образование насыщенного раствора. При Снз РОА 60 мас % происходит образование побочной фазы, что снижает выход основного продукта. Давление жидкой фазы в системе 1а(ОН)з-НзРО-Н20точно соответствует граничному давлению, при котором образуется только ортофосфат лантана, а не его метафосфат. При давлении ниже 0,8 МПа наряду с ортофосфатом лантана происходит кристаллизация (ОН)з, что снижает выход основного продукта. Превышение давления 1,5 МПа ведет к смещению реакции образования ортофосфата лантана в сторону кристаллизации метафос- фата лантана. Отношение жидкой и твердой фазы необходимо для полноты протекания реакции взаимодействия гидроокиси лантана и ортофосфорной кислоты.а также для быстрого насыщения раствора. Таким образом, все указанные параметры, позволяющие реализовать предлагаемый способ взаимосвязаны и существенны с точки зрения достижения цели изобретения.

Использование способа получения ортофосфата лантана обеспечивает по сравнению с известным способом следующие преимущества: надежность, воспроизводимость и высокий выход продукта (92-96,2%) с размерами монокристаллов с определен0 ной степенью дисперсности (2-3 мм). Способ технологичен, так как позволяет получать монокристаллы ортофосфата лантана в количествах, определяемых только физико-химическими параметрами экспе5 римента и емкостью используемых реакторов.

Пример1. Во фторопластовый реактор емкостью 1 л помещают предварительно полученную из оксида лантана при

0 температуре 80-90°С гидроокись лантана в количестве 300 г. Затем в реактор заливают водный раствор ортофосфорной кислоты концентрацией 60 мас.% при соотношении жидкой и твердой фазы 4:1,1. Реактор поме5 щают в специальную установку, которая герметизируется крышкой во встроенным в нее манометром и патрубком с регулировочным газовым краником, с помощью которого можно создавать давление в системе

0 1а(ОН)з-НзР04 Н2О. Реактор в установке нагревают до температуры 150°С, насыщают раствор в течение 48 ч, при этом давление жидкой фазы составляет 8 атм. Затем открывают краник и через патрубок отводят

5 в конденсатор пары воды. За счет постоянного отвода часта паров-в конденсатор, исходный раствор пересыщается, в его объеме происходит образование зародышей и последующий их рост в виде монокристаллов

0 ортофосфата лантана. Выход монокристаллов составляет 92% по стехиометрическому уравнению 1а(ОН)з+НзР04- 1 аР04+ЗН20. Размеры монокристаллов до 2 мм.

П р и м е р 2. Методика, последователь5 ность операций и приемов аналогична примеру 1. Физико-химические параметры эксперимента: количество (ОН)з 300 г, концентрация водного раствора 55 мас.%, отношение жидкой фазы к твердой 4:1,1,

0 температура 200°С, давление жидкой фазы 1,2 МПа. Выход кристаллов ортофосфата лантана 93,2%, размеры до 2,3 мм.

Примерз, Методика, последовательность операций и приемов .аналогичны при5 мерам 1 и 2, Технологические параметры ведения процесса получения ортофосфата лантана: количество (ОН)зЗОО г, концентрация водного раствора НзРОз 60 мас.%, отношение жидкой фазы к твердой 4:1,1. температура 250°С, давление жидкой фазы

1,5 МПа. Выход кристаллов ортофосфата лантана 92,6%, размеры до 3 мм.

В таблице представлены основные физико-химические параметры получения монокристаллов ортофосфата лантана.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить выход однофазового продукта и упростить получение.

Формула изобретения Способ получения фосфатов элементов III группы гидротермальным методом из раствора исходной твердой шихты в орто0

фосфорной кислоте при повышенной температуре и давлении, отличающийся тем, что, с целью получения кристаллического ортофосфата лантана для акустооптической керамики, в качестве исходной шихты используется гидроксид лантана, ортофосфор- ную кислоту берут концентрацией 50-60 мас.% и процесс ведут при температуре 150-250°С, давлении жидкой фазы 0,8-1,5 МПа и объемном соотношении жидкой и твердой фаз 0,8-1,5 МПа и объемном соот- ношении жидкой и твердой фаз 4,0- 4,5:1,1-1,2.

Использование: в электронной технике, для акустооптической керамики. Сущность изобретения: ортофосфат лантана получают гидротермальным методом из раствора твердого гидроксида лантана в ортофосфор- ной кислоте при температуре 150-250°С и давлении жидкой фазы 0,8-1,5 МПа. Орто- фосфорную кислоту берут концентрацией 50-60 мае. %, и процесс ведут при объемном соотношении жидкой и твердой фаз 4,0- 4,5:1,1-1,2. Получают однофазный кристаллический ортофосфат лантана, применяемый в акустоэлектронике. Выход продукта составляет 95,6%. 1 табл.