Спосіб одержання ультрадисперсних пластинок вісмуту високої чистоти

Реферат: Спосіб одержання ультрадисперсних пластинок вісмуту високої чистоти включає диспергування потоком електронів та поляризацію вісмуту постійним струмом в розчині, що містить концентровану хлорну кислоту та перхлорат алюмінію. UA 73612 U (54) СПОСІБ ОДЕРЖАННЯ УЛЬТРАДИСПЕРСНИХ ПЛАСТИНОК ВІСМУТУ ВИСОКОЇ ЧИСТОТИ UA 73612 U UA 73612 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до гідрометалургії кольорових металів, зокрема до способу одержання ультрадисперсних пластинок вісмуту при поляризації вісмутових електродів у перхлоратних електролітах, які містять сполуки вісмуту нижчих ступенів окиснення. Завдяки унікальному поєднанню багатьох фізико-хімічних властивостей вісмуту і його сполук нижчих ступенів окиснення, він має широкі перспективи використання в різних галузях сучасних технологічних процесів та електронній техніці. Вісмут має малий переріз захоплення теплових нейтронів. Це робить його ідеальним теплоносієм в ядерних реакторах плавучих полярних атомних електростанцій та атомних підводних човнів. Висока хімічна та радіаційна стійкість інтерметалічних сполук вісмуту AgnBimSbxTey дозволяє використовувати їх для виготовлення приладів, що працюють у несприятливих умовах. Велика ширина забороненої зони, утворення твердих розчинів ізоморфного заміщення сприяють значному розширенню спектрального діапазону роботи виготовлених на його основі світловипромінювальних і фотоприймальних пристроїв. Відомий спосіб [1] одержання дисперсного вісмуту у вигляді трикутних нанопластинок шляхом кип'ятіння монокарбоксилату вісмуту із зворотним холодильником, що забезпечує утворення цільового матеріалу у вигляді пластинок. Недоліками способу є його складність, що вимагає тривалого часу проведення синтезу, а також висока собівартість процесу - використання дорогих вихідних реагентів. Відомий спосіб [2] отримання порошкоподібного вісмуту включає осадження вісмуту з розчинів мінеральних кислот монокарбоновою кислотою при молярному відношенні кислоти і вісмуту (1:3) і рН 2,0. Промивку осаду проводять розчином мінеральної кислоти при тому ж рН, а відновлення вісмуту до металу - прожарюванням монокарбоксилату вісмуту при температурі 120-270 °C в інертній атмосфері, або в висококиплячому органічному розчиннику в тому ж інтервалі температур. Недоліками способу є складність процесу, пов'язана з розчиненням металевого вісмуту в азотній кислоті, яке протікає з виділенням в атмосферу токсичних оксидів азоту. Осадження вісмуту з розчинів у вигляді монокарбоксилату з подальшим його відновленням в результаті прожарювання в інертній атмосфері, або обробки при перемішуванні в присутності бензилового спирту, призводить до забруднення отриманого продукту вуглецем. Відомий спосіб [3] отримання модифікованого порошкоподібного вісмуту протікає в етилендіамінтетраоцтовій кислоті або етилендіамінтетраацетаті натрію при рН 0,6-3,0. При цьому відновлення модифікованого металу ведуть обробкою порошкоподібного вісмуту розчином солі відповідного модифікуючого металу при значеннях рН 0,3-3,0. Видалення домішки у вигляді основної солі вісмуту протікає безпосередньо при відновленні шляхом додавання до розчину солі відповідного металу етилендіамінтетраоцтової кислоти або етилендіамінтетраацетату натрію при значеннях рН 0,6-3,0 і молярному співвідношенні етилендіамінтетраацетат іонів до вісмуту в розчині 1,0:1,5. Видалення домішки проводять також шляхом промивання отриманого продукту розчином етилендіамінтетраоцтової кислоти або етилендіамінтетраацетату натрію при рН 0,6-7,0 і молярному співвідношенні етилендіамінтетраацетат іонів до вісмуту в розчині 1,0:1,5. Недоліками способу є складність процесу, пов'язана з численними операціями, приготування складного складу сумішей для синтезу порошку вісмуту, а також висока собівартість процесу, що вимагає використання дорогих вихідних реагентів. Найбільш близьким за технічною суттю і результатом, що досягається, є спосіб [4] отримання порошку вісмуту шляхом випаровування з наступним швидким охолодженням. При 2 цьому вісмут нагрівають потоком електронів потужністю 4-10 кВт на 1 см до температури 12001600 °C при тиску 3-10 мм рт.ст., а охолодження парів здійснюють при 15-40 °C в потоці інертного газу при швидкості 20-50 л/хв. До недоліків технічного рішення [4], вибраного як найближчий аналог, слід віднести високі питомі витрати енергії, застосування інертного газу та складне технічне оснащення, багатостадійність та складність процесу, низький вихід цільового продукту. Використання складного, високого за вартістю технічного обладнання обумовлює високу вартість кінцевого продукту. Спосіб, що заявляється, має задачу усунути перелічені недоліки, зменшити енерговитрати, усунути застосування інертного газу та спростити технічні процеси отримання ультрадисперсного пластинчатого порошку вісмуту високої чистоти. Для вирішення поставленої задачі синтез здійснюють електрохімічним методом з використанням вісмутового анода і платинового катода у герметичному термостатовановому електролізері. Як електроліт використовують концентровану хлорну кислоту, яка містить 0,1-1,0 2 моль/л перхлорату алюмінію. При поляризації постійним струмом густиною 50-150 мА/см і 1 UA 73612 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 температурі 75-95 °C вісмутовий анод розчиняється з утворенням сполук нижчих ступенів окиснення за реакцією о + Ві →Ві +е . (1) + Утворений іон Ві димеризується по реакції (2) + + 2+ Ві +Ві ↔Ві2 (2) з наступною реакцією диспропорціонування 2+ о 3+ 3Ві2 ↔2Ві +2Ві . (3) + 2+ Одержані сполуки вісмуту нижчих ступенів окиснення Ві , Ві2 стабілізують перхлоратом алюмінію по кислотно-основному механізму з утворенням сполуки АlВі(СlO 4)4. Сполука АlВі(СlO4)4 дисоціює, а утворені сполуки вісмуту нижчих ступенів окиснення розряджаються на катоді, ініціюючи реакцію диспропорцінування (3) з утворенням ультрадисперсних пластинок вісмуту високої чистоти, що відділяються від катоду і випадають на дно в осад. Приклади, що ілюструють заявлений спосіб наведено нижче. Приклад 1. Електрохімічний синтез ультрадисперсних пластинок вісмуту високої чистоти проводили в герметичному термостатованому електролізері. Як електроліт застосовували концентровану хлорну кислоту, яка містить 0,1 моль/л перхлорату алюмінію при поляризації 2 постійним струмом густиною 50 мА/см і температурі 75 °C. Отримані пластинки вісмуту відмивали від електроліту, висушували при температурі 90-120 °C. Анодний вихід по току вісмуту складає 109 %, а катодний 98 %. Приклад 2. Електрохімічний синтез ультрадисперсних пластинок вісмуту високої чистоти проводили в герметичному термостатованому електролізері. Як електроліт застосовували концентровану хлорну кислоту, яка містить 0,5 моль/л перхлорату алюмінію при поляризації 2 постійним струмом густиною 100 мА/см і температурі 85 °C. Отримані пластинки вісмуту відмивали від електроліту, висушували при температурі 90-120 °C. Анодний вихід по току вісмуту складає 117 %, а катодний 99 %. Приклад 3. Електрохімічний синтез ультрадисперсних пластинок вісмуту високої чистоти проводили в герметичному термостатованому електролізері. Як електроліт застосовували концентровану хлорну кислоту, яка містить 1,0 моль/л перхлорату алюмінію при поляризації 2 постійним струмом густиною 150 мА/см і температурі 95 °C. Отримані пластинки вісмуту відмивали від електроліту, висушували при температурі 90-120 °C. Анодний вихід по току вісмуту складає 113 %, а катодний 96 %. -5 Порошок вісмуту мав наступний склад, мас. %: вісмут 99.9999; As, Fe, Hg, Pb, Zn - 1-2·10 ; -6 -7 In, Cu, Sn, Al, Co, Sb, Cr - 2-5·10 ; Cd, Mn, Ag - 5-7·10 . За вмістом домішкових металів вісмут відповідає марці Ві-0000. Середній розмір ультрадисперсних пластинок вісмуту складає: ширина 2-3 мм товщина 0,5-1,0 мкм. Джерела інформаціі: 1. Fu Ruiling, Xu Shu, Lu Vi-Nong, Zhu Jun-Jie Synthesis and Characterization of triangular bismuth nanoplates // Cryst. Growth and Des. 2005, V. 5, № 4, p. 1378. 2. Патент Ru 2225282, МПК В22F 9/24, С22В 30/06. Способ получения порошкообразного висмута. Юхин Ю.М., Бохонов Б.Б., Тухтаев Р.К., Удалова Т.А. Заявл. 13. 06. 2002 г., Опубл. 10.03.2004, Бюл. № 7. 3. Патент Ru 2424876, МПК В22F 9/24, С22В 30/06. Способ получения модифицированного порошкообразного висмута. Бохонов Б.Б., Юхин Ю.М., Заявл. 01.06.2010 г., Опубл. 27.07.2011, Бюл. № 21. 4. Патент Ru 2426625, МПК В22F 9/12, С22В 30/06. Способ получения ультрадисперсных порошков висмута. Толочко Б.П., Анхотин Е.И., Юхин Ю.М., Елисеев B.C., Голковский М.Г., Ляхов Н.З. Заявл. 29.04.2010 г., Опубл. 20.08.2011, Бюл. № 23. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 55 Спосіб одержання ультрадисперсних пластинок вісмуту високої чистоти в перхлоратних електролітах, що включає диспергування потоком електронів, який відрізняється тим, що 2 процес реалізують при поляризації вісмуту постійним струмом густиною 50-150 мА/см в розчині, що містить концентровану хлорну кислоту та 0,1-1,0 моль/л перхлорату алюмінію в температурному інтервалі 75-95 °C. 2 UA 73612 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3