Способ получения танталатов или ниобатов трехвалентных редкоземельных элементов и скандия

1 Способ получения танталатов или ниобатов трехвалентных редкоземельных элементов и скандия, включающий смешивание оксидов редкоземельных элементов или скандия с оксидами тантала или ниобия в стехиометрическом соотношении, нагрев и последующее охлаждение, отличающийся тем, что, с целью достижения 100% -ного выхода конечного продукта, нагрев ведут при 1300 1600 С и давлении 50 77 кбар.

Изобретение относится к синтезу неорганических соединений, в частности к способу получения танталатов или ниобатов трехвалентных металлов, которые могут быть использованы в качестве покрытий рентгеновских экранов или экранов электронно-лучевых трубок, люминофоров, активных сред для квантовой электроники, пигментов.
Известен способ получения танталатов трехвалентных редкоземельных элементов (РЗЭ) и скандия с соотношением числа молей исходных оксидов nM₂O₃ mM'₂O₅ (M трехвалентный металл, M' - Ta или Nb). Здесь n и m целые числа. В частности, m 1,3, n 1, 3, 5, 7. По данному способу исходные оксиды, взятые в стехиометрическом соотношении, после гомогенизации обжигают на воздухе при температуре 1000 1200^oC в течение 60 100 ч. Недостатком этого способа является низкий выход (приблизительно 70%) и большое время получения целевого продукта. Этот способ является наиболее близким к предложенному.
Цель изобретения достижение 100%-ного выхода конечного продукта.
Поставленная цель достигается тем, что в способе получения танталатов или ниобатов трехвалентных РЗЭ или скандия путем нагревания на воздухе смеси оксидов соответствующих металлов и оксида тантала (или ниобия) и последующего охлаждения нагревание ведут при давлении на смесь 50 77 кбар, температуре 1300 1600^oC.
Предлагаемый способ состоит в следующем. Исходную смесь, состоящую из оксидов соответствующих металлов и оксида тантала или ниобия (M₂O₃ и Ta₂O₅ или M₂O₃ и Nb₂O₅), взятых в стехиометрическом соотношении, перетирают с этиловым спиртом. Смесь нагревают на воздухе при температуре 1300 1600^oC при одновременном давлении на смесь 50 77 кбар в течение 5 10 мин. Затем смесь произвольно охлаждают. Состав и выход продуктов контролируется химическим (ХА), рентгенофазовым анализом (РФА) и данными инфракрасной (ИК) спектроскопии. По предлагаемому способу могут быть получены танталаты и ниобаты составов: R₃TaO₇, R₃NbO₇, MTaO₄, MNbO₄, R₃Nb_xTa_1-xO₇, R_3(1-x)R'_3xTaO₇, R_3(1-x)R'_3xNbO₇, M_1-xM'_xTaO₄, M_1-xM_xNbO₄, MNb_xTa_1-xO₄, x 0^oC0,1 где M M' трехвалентные металлы, такие как Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, для паратанталатов R R' те же элементы, кроме Ce.
Для синтеза использовали пресс высокого давления ДО-137А и блокматрицу типа "Тороид". Нагревателем служил графитовый стаканчик, в который помещали исходную смесь. Температуру измеряли термопарой, давление по фазовым переходам в висмуте. В качестве среды, обеспечивающей всестороннее сжатие, использовали пирофиллит.
Пример 1. Берут 0,1619 г Y₂O₃ и 0,3309 г Ta₂O₅, тщательно перетирают в яшмовой ступке с добавлением этилового спирта. Смесь помещают в графитовый стакан и ставят в пресс высокого давления ДО-137А. Затем смесь нагревают на воздухе до 1400^oC при давлении 70 кбар в течение 7 мин. После чего смесь произвольно охлаждается при давлении, равномерно нормальному, т.е. атмосферному. По данным ХА, РФА и ИК анализов получают танталат состава YTaO₄. Выход продукта 100%
Пример 2. Берут 0,2296 г Y₂O₃ и 2703 Nb₂O₅. Смесь обрабатывают как в примере 1. По данным ХА, РФА и ИК получают ниобат состава YNbO₄. Выход продукта 100%
Пример 3. Берут 0,169 г Y₂O₃ и 0,3309 г Ta₂O₅, смесь обрабатывают как в примере 1, но нагревание проводят на воздухе при 1300^oC. По данным ХА, РФА и ИК получают танталат состава YTaO₄. Выход 100%
Пример 4. Берут 0,169 г Y₂O₃ и 0,3309 Ta O, смесь обрабатывают как в примере 1, но нагревание проводят на воздухе при 1600^oC. По данным ХА, РФА и ИК получают танталат состава YTaO₄. Выход 100%
Пример 6. Берут 0,169 г Y₂O₃ и 0,3309 г Ta₂O₅. Смесь обрабатывают как в примере 1, но нагревание проводят в течение 10 мин. По данным ХА, РФА и ИК получают танталат состава YTaO₄. Выход 100%
Пример 7. Берут 0,169 г Y₂O₃ и 0,3309 г Ta₂O₅. Смесь обрабатывают как в примере 1, но нагревание ведут при давлении на смесь, равном 50 кбар. По данным ХА, РФА и ИК получают танталат состава YTaO₄. Выход 100%
Пример 8. Берут 0,1691 г Y₂O₃ и 0,3309 г Ta₂O₂. Смесь обрабатывают как в примере 1, но нагревание ведут при давлении на смесь равной 77 кбар. По данным ХА, РФА и ИК получают танталат состава YTaO₄. Выход 100%
Для доказательства существенности заявленного интервала температур приводим пример 9.
Пример9. Берут 0,1691 г Y₂O₃ и 0,3309 г Ta₂O₅. Смесь обрабатывают как в примере 1, но нагревание проводят на воздухе при температуре 1200^oC. По данным ХА, РФА и ИК получают многофазный продукт с выходом YTaO₄ не более 80%
При повышении температуры выше 1600^oC например, до 1700^oC, получают выход продукта 100% но в данном случае имеет место необоснованное повышение температуры, и следовательно, это ведет к необоснованному перерасходу электроэнергии. Для доказательства существенности заявленного интервала применяемого давления приводим примеры 10 и 11.
Пример 10. Берут 0,169 г Y₂O₄ и 0,339 г Ta₂O₅. Смесь обрабатывают как в примере 1, но нагревание проводят при давлении на смесь, равном 40 кбар. По данным ХА, РФА. ИК получают многофазный продукт, выход YTaO₄ менее 70%
Пример 11. Берут 0,169 г Y₂O₃ и 0,3309 г Ta₂O₅, смесь обрабатывают как в примере 1, но нагревание проводят при давлении на смесь, равном 85 кбар. По данным ХА, РФА, ИК выход YTaO₄ не более 70%
Пример 12. Берут 0,1472 г La₂O₃ 0,0681 г Eu₂O₃, 0,2849 г Ta₂O₅, смесь обрабатывают как в примере 1. По данным ХА, РФА, ИК получают твердый раствор состава La_0,7Eu_0,3TaO₄. Выход 100%
Пример 13. Берут 0,1905 г La₂O₃, 0,0874 г Sm₂O₃, 0,2221 г Nb₂O₅. Смесь обрабатывают как в примере 1. По данным ХА, РФА, ИК получают твердый раствор состава La_0,7Sm_0,3NbO₄. Выход 100%
Примеры 14 108 представлены в табл. 1 и 2. Условия получения соединений и твердых растворов как в примере 1. Выход целевого продукта 100%
Таким образом, предлагаемый способ дает возможность повысить выход целевого продукта до 100% а также интенсифицировать процесс: в известном способе процесс идет 60 100 ч, а в предлагаемом 5 10 мин.
Использование: синтез неорганических соединений для покрытий рентгеновских экранов или экранов для электронно-лучевых трубок, люминофоров. Сущность изобретения: берут 0,1619 г оксида иттрия и 0,3309 г оксида тантала. Тщательно перетирают в яшмовой ступке с добавлением этилового спирта. Смесь обертывают платиновой фольгой, помещают в графитовый стакан. Стакан помещают в пресс высокого давления. Смесь нагревают на воздухе до 1400^oC при давлении 70 кбар в течение 7 мин. Затем смесь охлаждают на воздухе. Получают танталат иттрия. Выход продукта 100%., 2 табл.