Спосіб одержання порошку додекабориду алюмінію аlb12

Реферат: Спосіб синтезу додекабориду алюмінію АlВ12 включає термічну обробку у вакуумі суміші порошків алюмінію та боровмісної сполуки. Як боровмісну сполуку використовують гексагональний нітрид бору, і в результаті термообробки одержують суміш порошків додекабориду алюмінію з нітридом алюмінію у масовому співвідношенні як 1:3. UA 107193 U (12) UA 107193 U UA 107193 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до неорганічної хімії, хімічної технології, зокрема, щодо методів синтезу додекабориду алюмінію, перспективного для використання в атомній енергетиці, як абразивний матеріал для тонкого полірування та для отримання легкої ударостійкої кераміки. Відомий спосіб отримання додекабориду алюмінію [А.С. СРСР № 266748, МПК С01В 35/04, публ. 15.10.1978, Бюл. № 38] шляхом алюмінотермічного відновлення шихти, що складається з борного ангідриду, сульфату кальцію, сульфату алюмінію та металічного алюмінію. До недоліків способу належить: продукт отримують у вигляді сплавленого блока, і його потрібно дробити; низький вихід готового продукту відносно завантаженої шихти (з 4300 г шихти отримують близько 300 г АlВ12); використання CaSO4 та Al2(SO4)3 як підігріваючих добавок призводить до утворення сірководню при контакті продуктів синтезу з повітрям; велика працемісткість способу (понад 15 технологічних операцій). В європейському патенті [ЕР № 0130016, МПК С01В 35/04, публ. 02.05.91 Bulletin 91/71] описаний метод отримання боридів алюмінію у вигляді пластівців (flakes), що полягає у введенні боровмісної сировини (KBF4) у ванну з розплавом алюмінію. Для отримання А1ВІ2 процес здійснюють за температур 1000-1100 °C. Отримані пластівці вилучають шляхом фільтрування розплаву через перфоровану графітну або алундову плиту. До недоліків методу належить отримання суміші боридів АlВ2 та АlВ, 2, які потрібно розділяти; складний процес фільтрування розплаву з наступним відділенням продуктів від фільтра та отримання порошку розміром 5-50 мкм (деякі частинки сягають 100 мкм). Відомий спосіб отримання бориду алюмінію [патент РФ № 2513402, МПК С01В 35/04, публ. 20.04.2014 Бюл. № 11], що полягає в змішуванні парів субхлориду алюмінію, отриманого пропусканням над розплавом алюмінію хлориду алюмінію або молекулярного хлору або хлороводню, та пари хлориду бору, отриманого пропусканням над елементарним бором молекулярного хлору або хлороводню. Головні недоліки методу: небезпека, пов'язана з використанням сильно токсичних молекулярного хлору і хлориду бору; низька продуктивність через неповноту реакції утворення субхлориду алюмінію. За найближче технічне рішення взято спосіб отримання додекабориду алюмінію [Патент України № 11387, МПК С01В 35/00, С01F 7/00, публ. 25.12.96 Бюл. № 4], що полягає в наступному. У водний розчин хлористого алюмінію (АlСl3 • 6Н2О) вводять аморфний бор в стехіометричних кількостях, після перемішування додають аміак, суміш випарюють, потім нагрівають в контейнері в потоці інертного газу до 370 °C та витримують за цієї температури 2 години для видалення амоній хлориду. Отриману шихту (суміш γ-Аl2О3 та бору) завантажують в графітовий тигель та поміщають у вакуумну піч. Для отримання АlВ12 температуру взаємодії підтримують 1500-1700 °C. Розміри частинок продукту синтезу (АlВ12) становлять 0,5-2 мкм. До недоліків методу належить: використання дорогого та дефіцитного бору як відновника; низький вихід готового продукту за бором за рахунок випаровування В 2О2; велика кількість газових продуктів реакції сповільнює процес синтезу та призводить до забруднення вакуумної системи та передчасного виходу її з ладу; високі температури синтезу призводять до отримання відносно крупного порошку АlВ12, а також порушення стехіометрії додекабориду через випаровування алюмінію в вакуумі за високих температур. Всі розглянуті способи синтезу АlВ12 мають, окрім відмічених, принаймні два важливих недоліки: використання дорогого та дефіцитного аморфного бору та низьку продуктивність і відсутність можливості масштабування виробництва. Задачею корисної моделі є отримання субмікронного порошку АlВ12 таким способом, що дозволяє масштабування його до напівпромислових та промислових об'ємів з практичним виходом за бором 100 %. Суть способу, що пропонується, полягає в тому, що здійснюють термічну обробку у вакуумі суміші порошків алюмінію та боровмісної сполуки, як таку використовують гексагональний нітрид бору. В результаті синтезу отримують суміш порошків додекабориду алюмінію з нітриду алюмінію в масовому співвідношенні як 1:3. Виділення однофазного порошку додекабориду алюмінію АlВ12 відбувається шляхом обробки післяреакційної суміші водним розчином лугу, що розчиняє інші продукти реакції. Нітрид бору та алюміній беруться у співвідношеннях, що відповідають реакції: 13Аl+12BN=АlВ12+12AlN. За цих умов досягається необхідна концентрація алюмінію в газовій фазі, що призводить до підвищення реакційної здатності системи та протікання реакції за помірних (до 1400 °C) температурах. Крім цього, багатократно зростає кількість зародкових центрів утворення продуктів реакції, зокрема АlВ12, а зростанню їх розмірів перешкоджають частинки іншої фази AlN, яких значно більше. 1 UA 107193 U 5 10 15 20 25 Приклад виконання способу № 1. Для отримання 250 г АlВ12 потрібно взяти 554 г порошку алюмінію марки ПАl (або ПА4) та 446 г нітриду бору (наприклад ТУ 2-036-707-77). Наважки порошків Аl та BN змішують в кульовому млині протягом 4 годин. Отриману суміш (шихту) завантажують в алундовий тигель з такою ж кришкою, поміщають у вакуумну піч, вакуумують до -3 ~10 мм рт. ст. і нагрівають до температури синтезу 1350-1400 °C. На початку нагрівання можливий спад вакууму через дегазацію шихти, тому оптимальною є швидкість нагрівання близько 400 °C/год. Ізотермічна витримка складає 1 годину, потім нагрів вимикають. Отриманий продукт синтезу являє собою суміш субмікронних порошків А1В 12 та AlN в масовому співідношенні фаз 1:3. Приклад № 2. З метою отримання однофазного АlВ12 суміш піддають хімічній обробці. Для цього готують 20 % розчин NaOH, використовуючи 900 г безводного лугу, куди переносять невеликими порціями продукт синтезу, та піддають його кип'ятінню протягом 1 години. За цей час всі продукти реакції, окрім АlВ12, переходять у розчин. Осад АlВ12 вилучають з розчину шляхом деконтації та фільтрування. Для цього розчин розводять водою у співвідношенні 1:5, перемішують та відстоюють до повного осідання АlВ12 (приблизно 20 хв), рідину над осадом обережно зливають. Операцію повторюють 4-6 разів, доки рН розчину над осадом не досягне значень 6,0-7,0 за індикаторним папером. Фільтрування осаду проводять за допомогою щільного паперового фільтра, використовуючи воронку Бюхнера, колбу Бунзена та водноструменевий насос. Відфільтрований осад тричі промивають дистильованою водою та один раз етанолом. Сушать у сушильній шафі за температури не вище 150 °C. Отриманий продукт являє собою дрібний порошок світло-коричневого кольору масою близько 250 г. Вихід за бором 100 %. Згідно з хімічними аналізами, атомне співвідношення Аl/В=1/11,9. За результатами РФА 2 продукт являє собою однофазний АlВ12. Питома площа поверхні - 15 м /г (за методом БЕТ). За даними електронної мікроскопії (ТЕМ) основна кількість частинок має розмір 90-120 нм. Промислова придатність. Додекаборид алюмінію може бути використаний у атомній енергетиці як компонент матеріалів стержнів систем управління захистом реакторів та стінок контейнерів для зберігання відпрацьованого ядерного палива; як матеріал коліматорів нейтронних спектрометрів; як високоефективний абразивний матеріал в системах тонкого полірування. 30 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 1. Спосіб синтезу додекабориду алюмінію АlВ12, який включає термічну обробку у вакуумі суміші порошків алюмінію та боровмісної сполуки, який відрізняється тим, що як боровмісну сполуку використовують гексагональний нітрид бору, і в результаті термообробки одержують суміш порошків додекабориду алюмінію з нітридом алюмінію у масовому співвідношенні як 1:3. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що виділення однофазного порошку додекабориду алюмінію АlВ12 відбувається шляхом обробки післяреакційної суміші водним розчином лугу, що розчиняє інші продукти реакції. 40 Комп’ютерна верстка М. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2