Способ получения фторидов сложного состава Советский патент 1993 года по МПК C01B9/08 

Изобретение относится к области получения фторидов сложного состава, применяемых для получения фторидного стекла в волоконной оптике.

Целью изобретения является обеспечение возможности получения продукта, пригодного для изготовления фторидного стекла.

Поставленная цель достигается способом получения фторидов сложного состава 21BaP2-2LaF3-4AIF3-20NaF и 21ВаРа-41аРз- 2AIF3-20NaF, заключающимся & контактировании перекристаллизованных сухих азотнокислых исходных солей с 40-41 %-ной фтористоводородной кислотой и прокаливанием продукта в присутствии фторида аммония в соотношении шихта:ЫН4Р г1:2 при 400-500°С в течение 1,5-2 ч.

Сущность процесса заключается в следующем: при совместном осаждении фторидов сложного состава с 5-кратным избытком 40-41%-ным раствором фтористоводородной кислоты происходит очистка от микропримесей. При прокаливании фторидов сложного состава с фторидом аммония при 400-450°С получается безводный продукт, не имеющий кислородсодержащих примесей.

Выбор состава шихты связан с особенностями структуры световодов, состоящих из оболочки 63ZrF4-21BaF2-2LaF3-4AIF3- 20NaF и жилы 63ZrF4-21BaF2-4LaF4-2AIF3- 20NaF. Полученные по данному способу фториды сложного состава являются одними из наиболее чистых материалов для изготовления фторидного стекла и могут быть рекомендованы для световолоконной оптики.

Прим е р. Сухие перекристаллизованные азотнокислые соли бария в количестве 54,4 г, лантана - 8,6 г, алюминия - 16,5 г и натрия - 18,5 г по стехиометрии помещают в реактор из фторопласта-4. Наливают 5- кратный избыток от стехиометрического необходимого 40-41 %-ной фтористоводородной кислоты марки осч в количестве

ел

с

00

ю о

00 00 СП

ы

183,8 мл. Избыток HF берется для полноты осаждения фторидов сложного состава и очистки их от микропримесей металлов. Смесь перемешивают с механической мешалкой тоже из фторопласта-4 в течение этого времени. После отстаивание маточник декантируют, осадок промывают многократно 3%-ным раствором фтористоводородной кислоты для удаления ионов М0з и 2 раза этиловым спиртом для ускорения времени сушки и получения сыпучего порошка. Продукт высушивают при 80-100°С инфракрасной лампой. Сушка при этой температуре позволяет удалить в основном спирт и воду. После сушки фториды сложного состава прокаливают при 400-450°С в присутствии фторида аммония в соотношении iuHxra:NH4F 1:2. Выбранная температура прокалки необходима для полного удаления газообразного HF.

В табл.1 и 2 приводятся основные параметры предлагаемого способа.

В табл.3 приведен состав микропримесей в сложных фторидах, который контролировался спектральным методом анализа.

Для полного осаждения фторидов сложного состава выбрано время выдержки в интервалах от 5-6 ч. Если время выдержки реагирующих компонентов меньше 5 ч, например 4 ч, сложные фториды не соответствуют указанным составам. Элементный анализ сложных фторидов (мол.%):

Пример 1. (19ВаР2-1,51аРз-3,4А1Рз- 18NaF)-3HF

Пример 2. (l9BaF2-3,5LaF3-1,6AIF3- 18NaF) 3HF

При времени выдержки свыше 4ч, например 5 ч, составы фторидов соответствуют заявленным:

Пример 1. (21BaF2-2LaF3-4AIF3- 20NaF)-2HF

Пример 2. (21ВаР2-4СаРз-2А1Рз- 20NaF) 2HF .

Выдерживание реагирующих компонентов б ч необходимо для очистки продуктов синтеза от микропримесей тяжелых металлов, оказывающих отрицательное влияние на качество волоконного световода. При удлинении времени выдержки свыше 6 ч, например 7 ч, химический состав сложных фторидов остается неизменным.

При выбранной температуре сушки 80- 100°С продукт освобождается от следов спирта и воды. Если сушить продукты при температуре ниже 80°С, например 70°С, то процесс высушивания удлиняется на 18 ч, следовательно, происходит дополнительное загрязнение сложных фторидов и в про- дуктах синтеза остаются следы H.F.

Элементный анализ сложных фторидов отвечает следующим составам (мол.%).

Пример 1. (21ВаР2-21 аРз-4А1Рз- 20NaF) 1,5НР.

п рим ;е р 2. (21ВаР2-4 аРз-2А1Рз- 20NaF)-1,5HF.

При повышении температуры сушки до 120°С продукты спекаются, теряют сыпучесть и становятся комкообразными.

Выбранная температура прокалки при 400-450°С необходима для разложения NH4F и полного удаления газообразного HP. При температуре ниже 400°С, например 350°С, процесс прокалки удлиняется до Зч,

5 а в продуктах синтеза остается небольшое количество HP. Элементный анализ фторидов отвечает следующим составам (мол.%). Пример. (21ВаР2-21аРз-4А1Рз- 20NaF) 0.5HF.

0 Пример 2. (21ВаР2-41 аРз-2А1Рз- 20NaF) 0.5HF,

Прокаливание при температуре 400- 450°С дает возможность получить продукты, соответствующие заявленным составам.

5 при прокаливании продуктов синтеза свыше 450°С, например 510°С, происходит разложение основного продукта сопровождающееся пирогидролизом.

В табл.4 приведен заданный состав эле0 ментов во фториде, пригодном для изготовления фторидного стекла, а также состав элементов во фториде, полученном по данному способу.

Таким образом, данный способ позво5 ляет получать фториды сложного состава, пригодные для изготовления фторидного стекла в волоконной оптике.

Формула изобретения 0 1. Способ получения фторидов сложного состава, включающий обработку смеси солей соответствующих металлов фтористоводородной кислотой при перемешивании, отстаивание реакционной смеси, отделение

5

0

осадка от раствора, промывку осадка сначала раствором фтористоводородной кислоты, а затем -органическим растворителем, сушку и прокалку продукта, о т л и ч а ю щи и - с я тем, что, с целью обеспечения возможности получения продукта, пригодного для

изготовления фторидного стекла, в качестве солей берут сухие, предварительно перекристаллизованные, азотнокислые соли бария, лантана, алюминия и натрия, обработку 5 смеси солей ведут 40-41%-ной фтористоводородной кислотой, взятой с избытком, с последующей выдержкой реакционной смеси в течение 5-6 ч, а прокалку осуществляют в присутствии фторида аммония при массовом соотношении смеси солей и фторида аммония, равном 1:2.

2. Способ по п. 1,отличающийся тем, что сушку осуществляют при 80-100°С, а прокалку - при 400-450°С.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что азотнокислые соли алюминия и натрия берут на 10% больше стехиометриче- ски необходимого.

Сухие перекристаллизованные азотнокислые соли бария, лантана, алюминия и натрия смешивают с 5-кратным избытком 40-41 %-ной фтористоводородной кислоты, а исходные соли алюминия и натрия берут на 10% больше от стехиометрического из-за растворимости образующихся/ фторидов в избытке HP. Реакционную массу отстаивают, осадок отделяют, промывают, высушивают при 80-100°С, прокаливают при 400-450°С в присутствии фторида аммония в соотношении шихта: NH,, Получают продукт состава 21ВаР2-21 аРз-4А1Рз-20№Р или 21BaF2-4LaP2-2AIF3-20NaF. 2 з.п. ф-лы, 4 табл.

Результаты химического анализа фторидов сложного состава, мае. %

Таблица 1

Таблица 2

Таблица 3

Таблица 4