Способ получения паравольфраматов элементов iii группы

 

Использование: получение соединений для производства катализаторов, ингибиторов коррозии, ядернозащитных материалов. Сущность способа: исходные растворы нитратов металлов (таллия, индия, скандия, иттрия) охлаждают до 3oC. Свежеприготовленный раствор паравольфрамата натрия Na10H2 W12O4227H2O вводят в раствор нитратов металлов. Поддерживают температуру 3-8oC. Получают крупнокристаллический паравольфрамат металлов. 1 табл.

Изобретение относится к области редких элементов, в частности к способу получения паравольфраматов элементов III группы: галлия, индия, скандия и иттрия, которые могут быть использованы как катализаторы, ингибиторы коррозии, ядернозащитные материалы, добавки к гальваническим покрытиям, сорбенты.

При синтезе паравольфраматов ряда элементов I-III групп описан способ осаждения их из водных растворов, содержащих паравольфрамат-ион и осажденный ион заданного металла [1-3] Раствор паравольфрамат-иона [H2W12O42]10- готовили методом подкисления раствора легкорастворимой соли, обычно вольфрамата натрия или калия Me2WO4nH2O, до значения pH 5,8-6,7. Однако, происходящий при этом процесс поликонденсации довольно длительный (от двух недель до шести месяцев) и зависит от концентрации. Более того, такое значение pH существования паравольфрамат-иона способствует образованию различных мелкодисперсных гидроксоформ легкогидролизующихся ионов элементов III группы, что в свою очередь затрудняет образование индивидуальных фаз заданного состава при осаждении.

Наиболее близким техническим решением поставленной задачи является способ получения паравольфраматов элементов подгруппы скандия путем осаждения их из раствора нитратов элементов III группы раствором паравольфрамата натрия общей формулы Na10H2W12O42 с последующим отделением промывкой и сушкой продуктов [4] Однако, известный способ имеет следующие недостатки. Полученные при комнатной температуре паравольфраматы скандия и иттрия по данным рентгенофазового анализа представляют собой рентгеноаморфные порошки, что ограничивает использование убедительных методов их идентификации и способствует адсорбации примесей, отрицательно сказывающихся на физико-технических свойствах продуктов осаждения. Данный способ продолжительный из-за необходимости достижения равновесия в системах: 14H++12WO24- [H2W12O42]10-+6H2O и осадок жидкая фаза, а также из-за медленной фильтрации аморфных осадков и тщательной отмывки их от примесей.

Осуществляемое при комнатной температуре осаждение способствует усилению гидролиза по катиону Me3+, особенно, при введении в раствор легкогидролизующихся элементов III группы: галлия и индия с pH 2,50-Ga(NO3)3 и pH 2,45-Jn(ND3)3 подкисленного до pH 6,0 раствора вольфрамата натрия, что препятствует образованию индивидуальных паравольфраматов галлия и индия состава: Me10[H2W12O42]3nH2O.

Цель изобретения сокращение продолжительности процесса и получения крупнокристаллических продуктов.

Цель достигается тем, что осаждение проводят при температуре 8-3oC с использованием предварительно охлажденных до такой температуры растворов нитратов галлия, индия, скандия и иттрия. Раствор осадителя -паравольфрамата натрия готовят непосредственно перед осаждением путем растворения в воде навески кристаллической соли Na10H2W12O4227H2O, взятой в молярном соотношении Me3+: [H2W12O42] 10-= 3,3:1, и быстро вводят при интенсивном перемешивании в реактор с раствором соли металла /III/, где поддерживается охлаждение. Образующийся кристаллический осадок выдерживают при заданной температуре 6 ч, фильтруют, промывая охлажденной водой, и высушивают при комнатной температуре до постоянной массы.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявленный способ отличается от известного тем, что в известном осаждение проводят при комнатной температуре 18-25oC с использованием подкисленного азотной кислотой раствора Na2WO4.

Образующиеся по такому способу осадки выдерживают в течение 7 сут при комнатной температуре до состояния равновесия в системе осадок жидкая фаза и укрупнения частиц, т.к. в свежеосажденном виде они имеют нестабильный состав и проходят через самый плотный фильтр. Нестабильный состав получается из-за происходящих в момент слива при температуре 18-25oC процессов гидролиза по катиону и аниону. На получение таким образом конечного продукта требуется длительный период 7-8 сут, в то время, как по предложенному способу необходимо затратить не более 8-10 ч. По заявляемому способу осаждается паравольфраматы галлия и индия, которые в других условиях даже не образуются. Количество воды в кристаллических продуктах на десять относительных процентов ниже, чем в рентгеноаморфных порошках, что стабилизирует образующиеся кристаллы, т. к. многоводные гидраты солей часто дают перенапряженные кристаллы, легкоразрушающиеся как при старении, так и под механическим воздействием, например, перетиранием.

Образование крупнокристаллических паравольфраматов состава Me10[H2W12O42] 3nH2O подтверждено данными рентгенофазового и кристаллического анализов. В таблице приведены их некоторые кристаллооптические свойства.

Пример 1.

В стакан емкостью 500 мл наливают 320 мл воды, засыпают 10 г кристаллогидрата натрия скандия Sc(NO3)34H2O и перемешивают до полного растворения. Полученный раствор охлаждают до температуры 8oC. Взвешивают 36 г соли паравольфрамата натрия Na10H2W12O4227H2O и растворяют в 100 мл воды. В охлажденный раствор нитрата скандия, поддерживая с помощью льда заданную температуру, быстрым сливом при перемешивании вводят свежеприготовленный раствор (сразу после растворения навески) паравольфрамата натрия и выдерживают образующийся осадок с маточным раствором при указанной температуре в течение 2 ч для укрепления осадка и стабилизации состава. Отделяют осадок через бумажный фильтр на воронке Бюхнера, промывают охлажденной до 8oC водой в количестве 500 мл, высушивают на воздухе до постоянной массы. Получают 34 г (выход 97%) паравольфрамата скандия.

Sc10[H2W12O42] 382H2O с содержанием (мас.): 6,50% Sc2O3; 78,66% WO3; 14,43% H2O и мольным соотношении Sc2O3:WO3:H2O=1:7,20:17,00.

Пример 2.

В стакан емкостью 800 мл наливают 550 мл воды, засыпают 20 г кристаллогидрата нитрата иттрия Y(NO3)34H2O и перемешивают до растворения. Полученный раствор охлаждают до температуры 5oC. Взвешивают 63 г паравольфрамата натрия Na10H2W12O4227H2O и растворяют в 180 мл воды. Получают паравольфрамат иттрия аналогично примеру 1. Из приведенных количеств исходных веществ образуется 63 г (выход 98%) паравольфрамата иттрия состава Y10[H2W12O42] 87H2O с содержанием (мас.): 10,09% Y2O3; 74,60% WO3; 14,50% H2O и мольным соотношением Y2O3 WO3 H2O=1:7,20:18,00.

Пример 3.

В стакан емкостью 800 мл наливают 600 мл воды, засыпают 15 г соли нитрата галлия Ga(NO3)3 и перемешивают до растворения. Полученный раствор охлаждают до температуры 3oC. Взвешивают 64 г соли Na10H2W12O4227H2O и растворяют в 180 мл воды. В охлажденный до 3oC раствор нитрата гадлия, поддерживая заданную температуру, быстрым сливом при перемешивании вводят свежеприготовленный раствор паравольфрамата натрия и повторяют последующие аналогичные примеру 1 действия. Получают 62 г (выход 97%) паравольфрамата галлия состава Ga10[H2W12O42] 3 84H2O с содержанием (мас.): 8,60% Ga2O3; 76,60% WO3; 14,4% H2O и мольным соотношением Ga2O3:WO3:H2O 1:7,20:17,45.

Пример 4.

В стакан емкостью 800 мл наливают 500 мл воды, засыпают 20 г соли нитрата индия In(NO3)3 4,5H2O и перемешивают до полного растворения. Полученный раствор охлаждают до 3oC. Взвешивают 57 г соли Na10H2W12O42 27H2O и растворяют в 160 мл воды. Получают паравольфрамат индия аналогично примеру 1 в количестве 57 г (выход 97%) состава In10[H2W12O42] 82H2O с содержанием (мас. ): 12,25% In2O3; 73,68% WO3; 13,54% H2O и мольным соотношением Jn2O3: WO3:H2O 1:7,20:17,00.

Варьируя исходными объемами растворов Me(NO3)3 и навеской паравольфрамата натрия при соблюдении заданных температур и мольного соотношения, можно получать требуемые количества конечного продукта.

Использование предлагаемого способа синтеза паравольфраматов галлия, индия, скандия и иттрия обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества: 1). Сокращение продолжительности синтеза существенно снижает трудоемкость процесса.

2). Получение крупнокристаллических порошков позволяет использовать рентгеноструктурный анализ для проведения структурных исследований и выявления ценных физико-технических характеристик, которыми обладают элементы III группы.

3). Устранение протекающих процессов гидролиза при охлаждении способствует образованию паравольфраматов легкогидролизирующихся элементов III группы (галлия и индия), получение которых в известных условиях невозможно.

Кристаллические свойства паравольфраматов галлия, индия, скандия и иттрия представлены в таблице.

Формула изобретения

Способ получения паравольфраматов элементов III группы состава Me10 [H2W12O42] 3 nH2O, где MeIII галлий, индий, скандий, иттрий, n 82 87, включающий их осаждение из растворов Me (NO3)3 и паравольфрамата натрия, последующее отделение, промывку и сушку продукта, отличающийся тем, что осаждение проводят при 3 8oС, из предварительно охлажденных растворов нитратов элемента III группы, а в качестве раствора паравольфрамата натрия используют свежеприготовленный раствор кристаллогидрата паравольфрамата натрия состава Na10H2W12O42 27 H2O с естественным значением pH.

РИСУНКИ

Рисунок 1



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области неорганической химии, в частности к способам получения сульфата кобальта и может быть использовано для его выделения из лома твердого сплава
Изобретение относится к неорганическому синтезу, а именно к усовершенствованию способа синтеза гетерополикислот молибдена, вольфрама и ванадия общей формулы H8-m+n Хm+M12-nVnO40, где M Mo или W, n 0-6, Х P, Si, Al, Fe

Изобретение относится к неорганическому синтезу, а именно к усовершенствованию способа синтеза гетерополикислот молибдена, вольфрама и ванадия общей формулы H3-nPM12-nVnO40, где M Mo или W, n 0 6

Изобретение относится к способам получения вольфрамовой кислоты, преимущественно из сточных вод, содержащих вольфрамат натрия
Изобретение относится к металлургии цветных металлов, преимущественно тугоплавких редких металлов

Изобретение относится к гидрометаллургии редких металлов и может быть использовано для извлечения галлия из щелочных растворов и пульп глиноземного производства

Изобретение относится к неорганической химии, в частности к химии синтеза хлоридов металлов высокой чистоты для использования их в квантовой электронике и для синтеза высокочистых металлорганических соединений, а также в качестве катализатора синтеза оксида алюминия квалификации осч, используемого в радиоэлектронной промышленности

Изобретение относится к методам• определения микроколичеств таллия и может быть использовано для контроля его содержания в различных объектах; с целью повышения чувствительности и точности анализа

Изобретение относится к гидротермальному способу перекристаллизации ортофосфата галлия и может быть использовано в различных областях неорганической химии, например как исходное сырье для создания композиционных материалов, в пьезотехнике, в частности в резонаторах и фильтрах различного назначения

Изобретение относится к экстракционно-атомно-абсорбционным методам определения индия и может быть использовано с целью повышения селективности и чувствительности анализа в объектах окружающей среды

Изобретение относится к технологии получения соединений редкоземельных элементов (РЗЭ) и может найти применение при утилизации РЗЭ в процессе комплексной азотно-кислотной переработки апатита в сложные удобрения
Наверх