Способ получения осадка гидроксидов металлов для пьезокерамических материалов на основе титаната-цирконата свинца

 

Использование: химическая технология, получение пьезокерамических материалов на основе цирконата титаната свинца и их твердых растворов. Сущность изобретения: одновременно подают раствор, содержащий исходные компоненты, и раствор гидроксидного осадителя. pH 8 9. Образуется пульпа. Пульпу делят на две части. Одну часть подают на отделение осадка гидроксидов. Другую часть направляют на предварительное разбавление гидроксидного осадителя до значений pH 9 10,5. 1 табл.

Изобретение относится к химической технологии и может быть использовано при получении пьезокерамических материалов (ПКМ) на основе цирконата, титаната свинца и их твердых растворов.

Из осадительных химических методов получения ПКМ наиболее простым и экономически целесообразным при промышленной реализации является метод соосаждения гидроксидов металлов.

Известен способ соосаждения гидроксидов металлов для получения ПКМ на основе цирконата-титаната свинца (ЦТС), заключающийся в распылении растворов, содержащих свинец, цирконий и титан в гидроксидный осадитель раствор аммиака. Для предотвращения значительной сегрегации компонентов распыление растворов в аммиак ведут в виде микрокапель. Необходимость такого распыления делает метод малопригодным для промышленной реализации с точки зрения технических возможностей и экологических проблем.

Наиболее близок к предлагаемому способ соосаждения гидроксидов металлов для получения ПКМ на основе ЦТС, заключающийся в одновременной подаче раствора, содержащего исходные компоненты и раствора гидроксидного осадителя, их контактирование при рН 8-9 и отделение осадка гидроксидов из образовавшейся пульпы с помощью фильтрации. В качестве гидроксидного осадителя используется концентрированный водный раствор аммиака (25%), содержащий карбонат аммония. Осадок гидроксидов после фильтрации подвергают промывке, длительной сушке и измельчению.

Недостатками способа являются значительная сегрегация исходных компонентов в массе осадков гидроксидов, низкие фильтрующие свойства осадков, их высокая влажность. Сегрегация исходных компонентов в осадке гидроксидов в значительной степени определяет неоднородность ПКМ, что вызывает ухудшение электрофизических характеристик пьезоэлектрических изделий.

Низкие фильтрующие свойства осадков приводят к увеличению объемов фильтрационного оборудования или к усложнению техники фильтрации.

Сушка высоковлажных пастообразных осадков представляет в крупнотоннажном производстве сложную техническую задачу, требует большого расхода энергии. Осадки при сушке комкуются, сильно затвердевают. Необходим интенсивный помол высушенного продукта, что приводит к неконтролируемому загрязнению гидроксидов.

Предлагаемый способ направлен на решение задач снижения сегрегации компонентов, улучшения фильтрующих свойств осадков гидроксидов, уменьшения их влажности.

Указанный технический результат достигается тем, что образовавшуюся после смешения и контактирования растворов (при рН 8-9) пульпу делят на две части: одну часть подают на отделение осадка гидроксидов металлов, а другую направляют на предварительное разбавление гидроксидного осадителя до рН 9-10,5 и вновь возвращают на контактирование с раствором. Заявляемый способ позволяет снизить сегрегацию компонентов в осадке гидроксидов в 2-2,5 раза, повысить производительность фильтрации получаемых осадков в 4-5 раз, снизить влажность осадков в 1,2-1,4 раза.

При разбавлении гидроксидного осадителя до значений рН ниже 9 отсутствует полнота осаждения исходных компонентов, их концентрация в жидкой фазе возрастает до 1540 мг/л. Это приводит к росту сегрегации компонентов в гидроксидных осадках и неконтролируемому изменению состава получаемых из гидроксидов ПКМ. Разбавление гидроксидного осадителя до значений рН больше 10,5 приводит к снижению производительности фильтрации осадков, возрастанию их влажности до 70% и выше.

П р и м е р 1 (прототип). В химический стакан объемом 2 л помещают буферный раствор, полученный путем предварительного разбавления раствора гидроксидного осадителя (25% водный раствор аммиака, смешанный с раствором карбоната аммония концентрацией 220 г/л, в соотношении 7:3) до рН 9,0 в количестве 100 мл. В буферный раствор при постоянном перемешивании вводят одновременно 915 мл раствора, содержащего исходные компоненты для получения ПКМ (66,6 г/л РbO; 19,6 г/л ZrO₂; 11,3 г/л ТiО₂; 15,5 г/л SrO; 0,97 г/л Nb₂O₅) и 640 мл раствора гидроксидного осадителя. Сливание растворов ведут в течение 1 ч при 60^оС, поддерживая рН в диапазоне значений 8-9. По окончании подачи растворов образовавшуюся пульпу (2850 г) перемешивают в течение 30 мин и фильтруют, определяя производительность фильтрации. Осадок осажденных гидроксидов промывают водой, высушивают, определяют влажность, оценивают сегрегацию. Результаты определений (среднее из трех параллельных опытов) приведены в таблице.

П р и м е р 2. Пульпу соосажденных гидроксидов металлов получают по методике, изложенной в примере 1. Затем пульпу (2850 г) делят на две части: 285 г пульпы выводят на фильтрацию, определяют производительность фильтрации, влажность осадков гидроксидов, оценивают сегрегацию. Оставшуюся пульпу (2565 г) направляют на разбавление 64 мл раствора гидроксидного осадителя и соосаждение гидроксидов металлов из новых порций (91,5 мл) раствора, содержащего исходные компоненты в режиме, изложенном ранее.

Таким образом проводят 20 циклов до выхода на технологический режим (постоянство физико-химических свойств осадка гидроксидов в последующих циклах), после чего определяют производительность фильтрации при отделении осадка гидроксидов из образовавшейся пульпы, влажность самого осадка после промывки, оценивают сегрегацию. Средние результаты определений после выхода на технологический режим (21-23 цикла) представлены в таблице.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОСАДКА ГИДРОКСИДОВ МЕТАЛЛОВ ДЛЯ ПЬЕЗОКЕРАМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ТИТАНАТА-ЦИРКОНАТА СВИНЦА, включающий смешивание раствора, содержащего исходные соли металлов, и раствора гидрооксидного осадителя, их контактирование при рН 8 9 с образованием пульпы и последующее отделение осадка, отличающийся тем, что пульпу перед отделением осадка делят на две части и подают одну часть пульпы на разбавление исходного гидроксидного осадителя до рН 9 10,5.

РИСУНКИ

Рисунок 1