close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY13986

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2011.02.28
(12)
(51) МПК (2009)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 13986
(13) C1
(19)
C 30B 29/10
C 04B 35/26
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ
ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ФЕРРИТА КАЛЬЦИЯ
(21) Номер заявки: a 20090969
(22) 2009.06.30
(71) Заявитель: Государственное научнопроизводственное
объединение
"Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси
по материаловедению" (BY)
(72) Авторы: Лобановский Леонид Сергеевич; Труханов Сергей Валентинович (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научно-производственное объединение
"Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по
материаловедению" (BY)
(56) TAKEDA T. et al. // Solid State Sci. 2000. - V. 2. - P. 673-687.
KANAMARU F. et al. // Mat. Res. Bull. 1970. - V. 5. - No. 4. - P. 257-261.
ISHIWATA S. et al. // Jap. Soc. Powder
& Powder Met. - 2001. - V. 48. - No. 8. Р. 715-718.
JP 09328358 A, 1997.
US 3649248, 1972.
BY 13986 C1 2011.02.28
(57)
Способ получения поликристаллического феррита кальция CaFeO3, при котором проводят синтез прекурсора из шихты, состоящей из карбоната кальция и оксида железа, при
температуре 900-950 °С в течение 6-8 часов в воздушной среде, прекурсор помещают в
капсулу из фольги из нержавеющей стали не тоньше 0,1 мм и проводят термобарический
синтез в присутствии окислителя - перманганата калия KMnO4 при температуре 9001000 °С и давлении 1,5 ГПа в течение 15±5 минут.
Изобретение относится к области неорганической химии, в частности к способу синтеза веществ под одновременным воздействием высокого внешнего давления и температуры (термобарический синтез).
Известен способ получения поликристаллического феррита кальция, основанный на
воздействии высокого внешнего давления и температуры на капсулу, в которой находится
окислитель CrO3 и синтезируемая шихта, разделенные перегородкой из нитрида бора или
платины с отверстием [1].
Недостаток этого способа заключается в том, что для синтеза используются токсичные
и драгоценные материалы. В частности, окислитель CrO3 (кислотный) является одним из
самых токсичных соединений хрома. При взаимодействии с водой (в том числе атмосферной) этот оксид образует хромовую кислоту (CrO3 + H2O = H2CrO4), контакт с которой
также нежелателен с точки зрения безопасности здоровью человека.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является
способ получения поликристаллического феррита кальция [2], в котором синтез этого со-
BY 13986 C1 2011.02.28
единения ведут в три этапа: на стадии двух предварительных синтезов в воздушной среде
шихту, состоящую из оксида железа и карбоната кальция, последовательно отжигают при
900 °С в течение 24 часов, затем при 1350 °С в течение 24 часов с промежуточным помолом между синтезами, а окончательный синтез полученного прекурсора, помещенного в
золотую капсулу в присутствии окислителя KClO4 проводят в термобарических условиях
при температурах 750-900 °С под воздействием давления 2 ГПа в течение 30 мин.
К недостатку способа [2] следует отнести сложность и дороговизну процесса получения феррита кальция из-за использования высоких температур на стадии получения
прекурсора при предварительном синтезе и применения золота в качестве капсулы. Поскольку на территории Республики Беларусь нет производителей платины, золота и перхлората калия, проведение таких синтезов дорого и не всегда доступно.
Задачей, решаемой данным изобретением, является упрощение и удешевление процесса синтеза поликристаллического феррита кальция.
Поставленная задача решается тем, что в способе получения поликристаллического
феррита кальция CaFeO3 синтез прекурсора проводят из шихты, состоящей из карбоната
кальция и оксида железа, при температуре 900-950 °С в течение 6-8 часов в воздушной
среде, прекурсор помещают в капсулу из фольги из нержавеющей стали не тоньше 0,1 мм
и проводят термобарический синтез в присутствии окислителя - перманганата калия
KMnO4 при температуре 900-1000 °С и давлении 1,5 ГПа в течение 15±5 минут.
Сущность изобретения состоит в том, что получение поликристаллического феррита
кальция в соответствии с предлагаемым способом осуществляют следующим образом.
Для получения феррита кальция используют синтезированный в один этап на предварительной стадии прекурсор Ca2Fe2O5. Прекурсор Ca2Fe2O5 получают из оксида железа
Fe2O3 и карбоната стронция CaCO3. Окисление прекурсора Ca2Fe2O5 до получения феррита кальция проводят с помощью перманганата калия (KMnO4) при термобарическом синтезе в капсуле из фольги нержавеющей стали. Поскольку разложение перманганата калия
с выделением кислорода происходит при более низкой температуре (260 °С), чем разложение перхлората калия (400 °С), это способствует более раннему заполнению кислородом ампулы контейнера высокого давления и лучшему протеканию процесса синтеза
феррита кальция.
Таким образом, применение заявляемого изобретения позволяет получить поликристаллический феррит кальция в два этапа, исключая высокотемпературный синтез при
1350 °С, используемый в прототипе, а окончательный термобарический синтез провести с
использованием доступного окислителя перманганата калия и без применения драгоценных металлов в качестве ампулы контейнера высокого явления.
Пример конкретного осуществления.
Навески исходных компонентов оксида железа и карбоната кальция для получения
прекурсора Ca2Fe2O5 рассчитывают согласно следующей химической формуле:
2CaCO3+Fe2O3 = Ca2Fe2O5 + 2CO2.
(1)
Помол исходных компонентов проводят до получения гомогенного состояния с размером частиц не более 40 мкм. Синтез шихты проводят при температуре 900-950 °С в
течение 6-8 часов в воздушной среде. Скорость нагрева и охлаждения исходных компонентов до и после синтеза значения не имеет. Полученный таким образом прекурсор
Ca2Fe2O5 перемалывают до размера частиц не более 40 мкм для улучшения реакционной
способности при термобарическом синтезе. Далее прекурсор помещают в капсулу из
фольги нержавеющей стали толщиной не менее 0,1 мм контейнера высокого давления и
отделяют пористой перегородкой из такой же нержавеющей стали от окислителя KMnO4,
затем подвергают термобарическому синтезу.
2
BY 13986 C1 2011.02.28
Перманганат калия при нагревании в контейнере высокого давления разлагается по
следующей химической формуле:
(2)
2⋅KMnO4 - K2MnO4 + MnO2 + O2.
Таким образом при разложении двух молей перманганата калия в процессе синтеза
образуется один моль манганата калия, один моль диоксида марганца и один моль молекулярного кислорода.
Термобарический синтез феррита кальция проводят при температуре 900-1000 °С и
внешнем давлении 1,5 ГПа в течение 15±5 мин.
На фиг. 1 показана рентгенограмма соединения Ca2Fe2O5, полученного из прекурсора
Ca2Fe2O5, в процессе синтеза по методике высокого давления с использованием окислителя
KMnO4. Отмечены экспериментальные данные (•), теоретический спектр (линия) и разностная кривая (линия) между экспериментальными и теоретическими данными. Из рентгенограммы видно (фиг. 1), что использование прекурсора Ca2Fe2O5 и перманганата калия
в качестве окислителя ведет к образованию однофазного феррита кальция с параметрами
элементарной ячейки a = 5,357, b = 7,547, c = 5,332 Å аналогичные параметрам, указанным
в прототипе [2].
Экспериментальные исследования продуктов разложения перманганата калия после
синтеза по методике высокого давления, проведенные нами, показали наличие соединений
K2MnO4 и MnO2, что подтверждают справедливость формулы (2). Это позволяет использовать ее для количественного анализа получаемого кислорода в процессе разложения
перманганата калия при синтезе, а также для общего расчета химической реакции при
синтезе феррита кальция.
На фиг. 2. показана рентгенограмма продуктов разложения перманганата калия после
термобарического синтеза (символом ° отмечены экспериментальные данные, сплошной
линией показаны структурные рефлексы кристаллических фаз K2MnO4 и MnO2).
С целью выяснения роли окислителя при термобарическом синтезе мы дополнительно
подвергли синтезу прекурсор Ca2Fe2O5 при указанных ранее условиях без присутствия
окислителя KMnO4. С помощью рентгенографических исследований мы установили, что
без окислителя KMnO4 из прекурсора Ca2Fe2O5 образуется соединение Ca2Fe2O4 со структурой шпинели, т.е. не наблюдается окисления ионов железа до большей валентности, а
наблюдается формирование более плотной кристаллической упаковки вследствие влияния
внешнего давления.
На фиг. 3 показана рентгенограмма соединения Ca2Fe2O4 полученного из шихты
Ca2Fe2O5 в процессе термобарического синтеза без использования окислителя. Отмечены
экспериментальные данные (•), теоретический спектр (линия) и разностная кривая (линия)
между экспериментальными и теоретическими данными.
В представленной ниже табл. 1 показаны затраты, связанные с получением одного
грамма кислорода при разложении окислителя KClO4 и KMnO4.
Таблица 1
Сравнительная характеристика затрат, связанных с получением
1 г. молекулярного кислорода (O2) при использовании окислителей KClO4 и KMnO4
в методике синтеза под высоким давлением
Окислитель
KClO4
KMnO4
Стоимость
Стоимость окисМасса окислителя
за 1 кг
лителя на 1 г O2,
на 1 г O2, кг
(бел. руб.)
(бел. руб.)
-3
270000
586
2,19⋅10
40000
9,88⋅10-3
395
3
Доступность, (наличие
производства в РБ)
(нет)
Борисовский завод
медицинских препаратов
BY 13986 C1 2011.02.28
В представленной ниже табл. 2 показаны затраты, связанные с использованием фольги
из золота и нержавеющей стали, толщиной 0,1 мм для изготовления капсулы контейнера
высокого давления.
Таблица 2
Сравнительная характеристика затрат, связанных с использованием фольги
из золота, толщиной 0,001 см, и нержавеющей стали, толщиной 0,01 см,
для изготовления капсулы контейнера высокого давления
Стоимость
Масса/Объем
Плотность Стоимость матеза 1 г
материала
материала, риала на 1 ампулу Примечание
(бел. руб.) на 1 ампулу, г/см3
(г/см3)
(бел. руб.)
драгоценный
золото
91000
0,12/0,0063
19,3
2000
металл
черный
нерж. сталь
17
0,49/0,063
7,7-7,9
8
металл
Материал
Сопоставительный анализ нового решения с прототипом показывает, что заявляемая
методика синтеза под высоким давлением с использованием более доступного и дешевого
окислителя KMnO4 позволяет снизить затраты на получение 1 г молекулярного кислорода
на 33 %, а использование нержавеющей стали вместо золота в качестве перегородки позволяет исключить использование драгоценных металлов при синтезе по методике высокого давления и дополнительно снизить затраты на получение феррита кальция в 250 раз.
Таким образом, преимуществом заявляемого изобретения по сравнению с известным
является существенное упрощение и удешевление способа получения поликристаллического феррита кальция термобарическим методом с окислителем.
Использованные источники.
1. Препаративные методы в химии твердого тела / Под ред. П.М.Хогенмюллера. 1976. - 616 с.
2. Takashi Takeda. Ryoji Kanno, Yoji Kawamoto, Mikio Takano, Syuji Kawasaki, Takashi
Kamiyama and Fujio Izumi // Solid State Sciences. - Volume 2. - Issue 7. - 1 November 2000. Pages 673-687.
4
BY 13986 C1 2011.02.28
Фиг. 1
Фиг. 2
Фиг. 3
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
5
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
2
Размер файла
239 Кб
Теги
by13986, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа