Спосіб одержання вольфраматів або молібдатів цинку чи кадмію

Изобретение относится к способам получения вольфраматов или молибдатов цинка или кадмия, которые могут быть использованы в качестве исходных соединений для выращивания кристаллов, применяемых для изготовления детекторов ионизирующего излучения в компьютерной томографии. Известен способ получения указанных соединений, включающий смешивание водных растворов соединений вольфрама или молибдена, цинка или кадмия, отделение. промывку и сушку образовавшегося осадка целевого продукта [1]. Недостаток способа состоит в получении гидратированных студенисты х или очень мелкокристаллических осадков, тр уднофильтруемых и захва тывающи х из раствора примесные соединения. Наиболее близким к изобретению является способ получения вольфрамата кадмия, включающий смешивание предварительно высушенных при 200-600°С триоксида вольфрама и оксида кадмия путем перетирания в стержневой мельнице в течение 3 ч с последующим нагревом полученной смеси при 1000°С в течение 3 ч [2]. Недостаток способа состоит в большой 6 энергоемкости процесса, связанного с необходимостью термообработки смеси при Н 1000°С, а также в его сложности, связанной с необходимостью предварительной сушки исходных оксидов и тща тельного их перетирания. Задачей изобретения является разработка способа получения вольфраматов или молибдатов цинка или кадмия, который обеспечивал бы снижение энергоемкости процесса и его упрощение. Решение задачи достигается тем, что в способе, включающем смешение исходных оксидов молибдена или вольфрама и оксидов цинка или кадмия, и термообработку полученной смеси, триоксид молибдена или вольфрама предварительно растворяют в водном растворе гидрооксида аммония, оксид или гидрооксид кадмия или цинка предварительно растворяют в водном растворе нитрата аммония и нагрев раствора после смешения ведут при температуре его кипения в течение времени, необходимого для упаривания 60-80% первоначального объема, с последующим отделением, промывкой и сушкой выпавшего осадка. Изобретение иллюстрируется следующими примерами. Пример 1. Для получения 0,05 г-моля вольфрамата кадмия по реакции (4) в колбу помещают 6,42 г оксида кадмия, приливают 40 см 3 дистиллированной воды и растирают фторопластовым стержнем комки оксида кадмия в воде, если такие имеются, до получения однородной коричневой суспензии. К суспензии добавляют 16 г нитрата аммония, 20 см 3 гидрооксида аммония плотностью 0,9 г/см 3 и 250 см дистиллированной воды. При перемешивании раствор подогревают до 40-60°С и осуществляют взаимодействие компонентов по реакции (1), признаком которого является переход коричневой окраски суспензии оксида кадмия в белую, а затем и обесцвечивание раствора CdO + 4NH 4ОH + 2NН4NО3 ® [Сd(NН3)6](NО3)2+-5Н2O (1) 11,59 г оксида (III) вольфрама помещают в колбу, доливают 20 см 3 гидрооксида аммония плотностью 0,9 г/см 3, 250 см 3 дистиллированной воды. Перемешивая раствор, колбу нагревают до кипения, пока весь осадок не растворитсй по реакции (2). WO3+2NH4OH ® (NH4)2WO 4 + Н2 O (2) При сливании растворов образуется белый мелкокристаллический осадок с выделением свободного аммония, количество которого увеличивается при кипячении, так как при нагреве происходит разрушение аммиачного комплекса кадмия и протекает реакция (3). [Cd(NH3)6](NO3)2+(NH4)2 WO 4+4H2O ® CdWO4+2NH4NO3+ 4NH4OH (3) Колбу соединяют с холодильником для сбора конденсата и гидрооксида аммония. При перемешивании раствор в колбе кипятят 1.5 ч, выпаривая на 60% от исходного объема для удаления гидрооксида аммония и разрушения аммиачного комплекса кадмия. Белый мелкокристаллический осадок отфильтровывают от нитрата аммония, промывают дистиллированной водой и сушат при 250-300°С. В итоге получают 17,5 г белого мелкокристаллического порошка со структурой вольфрамата кадмия. Теоретический выход по реакции (4) 18,01 г. Сочетая уравнения реакций (1, 2, 3), получим итоговую реакцию CdO + WO3 ® CdWO4, (4) из которой следует, что азотнокислый аммоний и гидрооксид аммония являются вспомогательными компонентами процесса синтеза, наличие которых увеличивает химическую активность исходных компонентов, переводя оксиды кадмия и вольфрамата из твердой фазы в растворимую, что делает их реакционноспособными при температуре кипения раствора по реакции (3), в отличие от высокотемпературного твердофазного синтеза, который обычно осуществляют по реакции (4). Растворы гидрооксида и нитрата аммония собирают и используют в последующих те хнологических циклах синтеза, что снижает затраты и загрязнение окружающей среды. Пример 2. Поступают аналогично примеру 1. После упаривания раствора прикипячении в течение 2 ч на 70% от исходного объема получают 17,79 г белого мелкокристаллического порошка со структурой вольфрамата кадмия. Пример 3. Аналогично примеру 2 упаривают раствор в течение 3 ч на 80% от исходного объема. Выход конечного продукта составляет 17,87 г, что приближается к теоретическому выходу 18,01 г. Таким образом, упаривание раствора i более чем на 80% от исходного объема уже не приводит к существенному увеличению выхода готового продукта и сопряжено с непроизводительными затратами энергии и времени. Использование побочных продуктов синтеза в последующи х технологических циклах увеличивает выход готового продукта до теоретического выхода и несколько выше за счет привноса готового продукта от предыдущи х синтезов. Пример 4. Для получения 0,05 г-моля вольфрамата кадмия по реакции (6) в колбу сливают растворы нитрата и гидрооксида аммония, полученные после первого синтеза, добавляют 7,3 г гидрооксида кадмия, 10-15 см 3 гидрооксида аммония плотностью 0.9 г/см 3 и 7 г нитрата аммония, доливают дистиллированную воду до 0,8 л аналогично предыдущему примеру осуществляют реакцию (5) Cd(OH)2 + 4NH 4OH + 2NH 4NO3 ® [Cd(NH3)6](NO3)2 + 6H2O (5) Как и в предыдущем примере, осуществляют реакцию (2) путем взаимодействия 11,59 г оксида (III) вольфрама с 20 см 3 гидрооксида аммония плотностью 0,9 г/см в 250 см 3 дистиллированной воды. Сливая полученные растворы, получают белый осадок - результат осуществления реакции (3), как и в предыдущем примере. Сочетая уравнение реакций (5), (2), (3), получим итоговую реакцию (6) CdO + WO3 ® CdWO4+ H2O (6) После фильтрации, промывки и сушки осадка получают 17,91 г белого мелкокристаллического порошка со структурой воль-фрамата кадмия при теоретическом выходе 18,01 г. Пример 5. Для получения 0,05 г/моля вольфрамата цинка по реакции (9) 4,07 г оксида цинка, 16 г нитрата аммония и 20 см гидрооксида аммония плотностью 0,9 см 3, 300 см 3 дистиллированной воды помещают в колбу и осуществляют взаимодействие компонентов по реакции (7) аналогично предыдущим примерам. ZnO + 2NH 4NO3 + 2NH 4OH ® [Zn(NH3)4](NO 3)2 + 3Н2O (7) Как и в предыдущи х примерах, осуществляют реакцию (3), сливая полученные растворы. осуществляют реакцию (8) [Zn(NH3)4](NO3) 2 + (NH 4)2WO 4 ® ZnWO 4 +2NН4NОз+ 4NH4OH (8) Сочетая уравнения реакций (7, 3, 8), получают уравнения реакции (9) ZnO + WO3 ® ZnWO4 (9) В итоге получают 14,98 г белого мелко-ристаллического порошка со структурой вольфрамата цинка при теоретическом выходе 15,66 г. Пример 6. Для получения 0,05 г-моля вольфрамата цинка по реакции (11) к раствору гидрооксида и нитрата аммония, полученных после оинтеза в примере 3, добавляют 4,7 г гидрооксида цинка и 15 см 3 гидрооксида аммония плотностью 0,9 г/см 3, доливают дистиллированную воду до 0,8 л и осуществляют реакции (10) и (2) аналогично примеру 3. Zn(OH)2+ 2NH4NO3 + 2NH 4O0H ® [Zn(NH 3)4(NO3) 2+4H2O (10) Сливая растворы, осуществляют реакцию (8). После сочетаний реакций (10), (2). (8) получим итоговую реакцию (11) Zn(OH)2 + WO3 ® ZnWO4 + H2O (11) Выход вольфрамата цинка составляет 15,21 г при теоретическом 15,66 г. Пример 7. Аналогично предыдущим примерам для получения 0,05 г-моля (13,62 г) молибдата кадмия по реакции (14) в колбу помещают 6,42 г оксида кадмия, 16 г нитрата аммония, 20 см гидрооксида аммония плотностью 0,9 г/см 3, 300 см 3 дистиллированной воды и осуществляют реакцию (1). Помещают в колбу 7,2 г оксида (III) молибдена, добавляют 20 см 3 гидрооксида аммония плотностью 0,9 г/см 3, 200 см 3 дистиллированной воды и осуществляют реакцию (12) МоОз + 2NHOH ® (NH4)2MoO 4 + H 2O (12) После сливания растворов, в результате осуществления реакции (13) получают белый осадок со структурой молибдата кадмия, выход которого составляет 13,23 г. [Cd(NH3)4(NO3)2 + (NH 4)2 MoO4 + 4Н2O ® CdMoO4+2NH4NO3 + 4NH 4OH (13) Суммируя реакции (1), (12), (13), получим реакцию (14) CdO+МоО3 ® CdMoO4 (14) Пример 8. Для получения 0,05 г-моля молибдата кадмия по реакции (15) к раствору гидрооксида и нитрата аммония, полученных в примере 5, добавляют 7,32 г гидрооксида кадмия, 8 г нитрата аммония, 15 см 3 гидрооксида аммония плотностью 0,9 г/см 3, доливают раствор дистиллированной водой до 0,8 л и осуществляют реакцию (5). Реакцию (12) осуществляют аналогично примеру 5. При сливании полученных растворов выпадает белый осадок в результате осуществления реакции (13). Суммируя реакции (5, 12, 13), получим итоговую реакцию (15) Cd(OH)2+MoO3 ® CdMoO4+Н2O (15) Выход молибдата кадмия 13,48 г. Пример 9. Для получения 0,05 г-моля (11,26 г) молибдата цинка по реакции (17) в колбу помещают 4,07 г оксида цинка, 16 г нитрата аммония, 20 см 3 гидрооксида аммония плотностью 0,9 г/см 3, 250 см 3 дистиллированной воды и осуществляют реакцию (7). Аналогично примерам 5 и 6 осуществляют реакцию (12). Сливая полученные растворы, осуществляют реакцию (16) [Zn(NH3)4(NO3)2 + (NH4)2 MoO4 + 4Н2O ® ZnMoO 3+2NH4NO3 + 4NH 4OH, (16) в результате которой выпадает белый осадок со структурой молибдата цинка, выход которого составляет 10,96 г. Суммируя реакции (7), (12), (16), получим реакцию (17) ZnO + МоО3 ® ZnMoO 4 (17) Пример 10. Для получения 0,05 г-моля молибдата цинка по реакции (18) к раствору гидрооксида и нитрата аммония, полученных в примере 5, добавляют 4,97 г гидрооксида цинка, 8 г нитрата аммония, 15 см 3 гидрооксида аммония плотностью 0,9 г/см 3, доливают раствор дистиллированной водой до 0,8 л и осуществляют реакцию (10) Zn(OH)2 + 2NH 4NO3 + 2NH 4OH ® [Zn(NH 3)4(NO3)2 + 4Н2O (10) Реакцию (12) осуществляют аналогично примерам 7 и 8. При сливании полученных растворов выпадает белый осадок в результате осуществления реакции (16). Суммируя реакции (10), (12), (16), получим итоговую реакцию (18) Zn(OH)2 + МоОз ® Zn MoO4 + Н2O (18) Выход молибдата цинка 11,14г. Как следует из реакций (4), (6), (9), (11), (14), (15), (17), (18), нитрат и гидрооксид аммония выпадают из суммарных реакций, так как являются вспомогательными компонентами процессов синтеза. Введение этих компонентов в замкнутую систему, образуемую исходными взаимодействующими оксидами, позволяет снизить температурный интервал образования синтезируемых соединений до температуры кипения раствора, в отличие от твердофазного синтеза по реакциям взаимодействия исходных оксидов. Реакционная способность исходных оксидов резко увеличивается при изменении агрегатного состояния перехода из пассивного твердофазного состояния в раствор, что описывается реакциями (1), (2),