Способ получения силиката натрия-иттрия или твердых растворов на его основе

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ТЕН ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Научно-исследовательский институт физической и органической химии Ростовскогогосударственного университета(56) Вепиеп 1,1 Й 1 сйозоп Р.Я. Тйергерагат 1 оп апб сЬагастег 12 абоп о 1 бепзеЫдЫу сопбцсбче Йа 5 ббЯ 14012 - Раз соп.Маег. Вез, Вц. 1980, ч. 15, М 12, р, 17171745.Патент Е РВ Й. 0151925, кл. С 01 В 33/32,1985,Нопд Н.-У- Р, КаТа 1 аз З.А., Вауагб М.Н 1 дЬ Йа+ - 1 оп сопбцст 1 ч 1 ту 1 п ЙаБУЯ 14012 -Матег Вез. Вц 1, 1978, ч. 13, М 18, р, 757. Изобретение относится к получению силиката натрия-иттрия Йа 5 УЯ 4012 и твердых растворов на его основе ЙаБ-хт 1-хЕгхЯ 14012 (О.:х 0,2), которые могут применяться как твердые электролиты для создания источников тока, электрохимических датчиков и других электрохимических устройств.Известен способ получения силиката натрия-иттрия через водные растворы карбоната натрия, силиката натрия и ацетата иттрия, которые смешивают с образованием суспензии гидроксида натрия в силикатно-карбонатном растворе. Суспезию распыляют в жидкий азот и полученный порошок освобождают от льда сушкой в вакууме (4 Па) при -65 С. Получают гомогенный высокоэффективный порошок,Ы 1730036 А 1 1)5 С 01 ВЗЗ/00, С 01 Е 17/00, С 01625/00(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СИЛИКАТА НАТРИЯ-ИТТРИЯ ИЛИ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ НА ЕГО ОСНОВЕ(57) Изобретение относится к способу получения силиката натрия-иттрия и твердых растворов на его основе и.позволяет повысить чистоту конечного продукта и сократить длительность обжига. Готовят взвесь кремниевой кислоты в водном растворе соли иттрия (или солей иттрия и циркония) и аммиака, отделяют образовавшийся осадок от раствора и промывают, после чего смешивают с карбонатом натрия и полученную смесь подвергают ступенчатой термической обработке с промежуточным перетиранием. Конечный продукт по данным рентгенофазового анализа практически свободен от посторонних примесей. Ионная проводимость для ЙаБУЯ 4012 0,13 См/см, для Йа 4,97 г 0,1 Я 14012 0,14 СМ/см,едостатком известного способа является сложность аппаратуры и длительность на стадии испарения льда в вакууме,Известен способ получения силиката натрия-иттрия распылительной сушкой, Например, смешанные водные растворы нитрата иттрия, карбоната натрия и силиката натрия Йа 20/Я 02 = 1:2(по массе) кон цент- рации 0,1, 0,2 или 0,3 М (в расчете на РЗЭ) распыляют в горячем воздухе, Этим способом также получается гомогенный порошок, Из полученных порошков спеканием получают материалы с высокой плотностью (более 970 от теоретической). Удельное сопротивление полученной поликристаллической керамики составляет 7 Ом см при 300 С.Недостатком способа является использование специального оборудования и необходимость поддерживать давление воздуха и скорость подачи раствора постоянными.Известен способ получения силиката натрия-иттрия механическим смешением и последующей термообработкой твердых соединений натрия, иттрия и кремния Ма 2 СОЗ, У 203 и Я 02 или Йа 2 С 204 У 2(С 204)Э и Я 02.Лучшие образцы получают оксалатным методом, Обжиг производят при 1170 С в течение 24 ч, затем размалывают до размера 2 мкм. Формируют в виде стержней и опять спекают при 1175-1200 С в течение 24 ч. Плотность полученной керамики 92- 95% от теоретической,Недостатками этого способа является большая продолжительность обжигов и присутствие в продукте посторонних плохо проводящих.фаз, которые обнаруживаются методом рентгенофазового анализа (РФА) (б = 4,54 и 2,66 А) и снижают удельную электропроводность керамики (а= 0,1 - 0,11 См/см при 300 С),Цель изобретения - повышение чистоты целевого продукта и сокращение длительности обжига.Цель достигается тем, что согласно способу, включающему смешение кремниевой кислоты, соединения иттрия, карбоната натрия и последующую термообработку, смешение кремниевой кислоты с соединением иттрия проводят в водном растворе соли иттрия (или солей иттрия и циркония) и аммиака.Способ заключается в том, что готовят взвесь кремниевой кислоты в водном растворе соли иттрия (или солей иттрия и циркония), затем проводят осаждение добавлением аммиака при перемешивании, отфильтровывают осадок, промывают, смешивают его механически с карбонатом натрия и подвергают термообработке при 600 - 1100 С, Смешение кремниевой кислоты с солью иттрия (солями иттрия и циркония) можно также проводить, готовя взвесь кремниевой кислоты в водном растворе аммиака с последующим добавлением водного раствора соли иттрия или солей иттрия и циркония.П р и м е р 1, Получение силиката натрия-иттрия по известному способу.Смешивают 10 г оксалата иттрия, 9,4636 г карбоната натрия и 10,8154 г кремниевой кислоты (79,55 мас.% ЯОг), В течение 2 ч смесь тщательно перетирают в агатовой ступке, прессуют и подвергают ступенчатому обжигу при 800, 1000, 1100 и 11705 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 1200 С с промежуточным перетиранием и перепрессовкой. Время спекания 10 ч,Фазовый состав контролируют рентгенографически на дифрактометре ДРОН - 2,0 в медном излучении. Для оценки чистоты продукта использовали параметр 1т = о /о + 1где о - интенсивность наиболее яркой линии йаьУЯ 401 в(б = 2,76 А);- интенсивность наиболее яркой посторонней линии с б = 2,66,Очевидно, что для однофазного материала У =1.В описанном способе фактор 1 равен 0,80, т.е. количество примесных фаз порядка 20%.П р и м е р 2. Получение силиката натрия-иттрия по предлагаемому способу,К 100 мл водного раствора нитрата иттрия (0,189 моль/л) добавляют 11,2455 г кремниевой кислоты (80,64 мас,% Я 02), взмучивают с помощью механической мешалки, добавляют аммиак до рН 7 - .9, отфильтровывают образовавшийся осадок, промывают его с отсасыванием, количественно переносят в барабан шаровой мельницы, добавляют 9,9997 г карбоната натрия, перемешивают в течение 10 ч, высушивают, после чего нагревают до 600 С и выдерживают при этой температуре 3 - 4 ч. Затем растирают в агатовой ступке и обжигают при 800 С (3 ч), 1000 С (1 ч) и 1100 С (1 - 2 ч), не прессуя, но с промежуточным перетиранием.По данным РФА фактор 1 = 1, т,е. получается практически однофазный материал. Точность определения 1 порядка 0,01.Ионная проводимость (о) полученной керамики 0,13 См/см при 300 С.П р и м е р 3. Получение твердого электролита Ма 4 ЛУ 0,9 Его,Я 40 и (х = 0,1) по предлагаемому способу.К 100 мл водного раствора нитрата иттрия (0,156 моль/л) добавляют 7,55 мл цирконилнитрата (0,46 моль/л) и 10,6044 г кремниевой кислоты (78,7 мас.% Я 02), взмучивают с помощью механической мешалки, добавляют аммиак, отфильтровывают образовавшийся осадок, промывают его с отсасыванием и количественно переносят в барабан шаровой мельницы, добавляют 9,0226 г карбоната натрия, перемешивают в течение 10 ч, высушивают, после чего нагревают до 600 С и выдерживают при этой температуре 4 ч. Затем перетираю г в агатовой ступке и обжигают при 800 С(3 ч),900 С(3 ч);1000 С(1 ч) и 1100 С (1 ч), не прессуя, но с промежуточным перетиранием. По данным РФА фактор 1 равен 1 + 0,01. При этом ионная проводимость (а)1730036 Формула изобретения Способ получения силиката натрия-иттрия или твердых растворов на его основе состава Ма 5-хУ 1-х 2 гхЯ 4012, где Ос х0,2, включающий смешение кремниевой кислоты с солью иттрия или смесью солей иттрия и циркония и карбонатом натрия и обжиг полученной смеси, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения чистоты конечного продукта и сокращения длительности обжига, перед смешением с карбонатом натрия кремниевую кислотку смешивают в водном растворе аммиака с раствором соли иттрия или смеси солей иттрия и циркония, образовавшийся осадок отделяют от раствора и промывают. 40 50 Составитель Л.МедведеваРедактор Л.Веселовская Техред М.Моргентал Корректор М.Максимишинец Заказ 1483 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 полученной керамики равна 0,14 См/см при300 С,П р и м е р 4. Получение твердого электролита ча 4,8 УО,ьг 0,234012 (х= 0,2) по предлагаемому способу. 5К 100 мл 25%-ного раствора аммиакадобавляют 10,1594 г кремниевой кислоты(79,4 мас,% 802), взмучивают с помощьюмеханической мешалки, добавляют смесь100 мл водного раствора нитрата иттрия 10(0,134 моль/л) и 7,2 мл раствора цирконилнитрата (0,347 моль/л), отфильтровываютобразовавшийся осадок, промывают его сотсасыванием и количественно переносят вбарабан шаровой мельницы, добавляют 158,535 г карбоната натрия, перемешивают втечечение 10 ч, высушивают после чего нагревают до 600 С и выдерживают при этойтемпературе 4 ч, Затем перетирают в агатовой ступке и обжигают при 800 С (3 ч), 20900 С (3 ч),1000 С (1 ч) и 1100 С (1 ч), непрессуя,но с промежуточным перетиранием. По данным РФА фактор 1 = 0,97, нарентгенограммах появились линии постояронных фаз (-3%). Ионная проводимость (о) 250,135 См/см при 300 С. Дальнейшее увеличение х в системе йа 5-хУ 1-х 2 гхЗ 401 г нецелесообразно.П р и м е р 5. Получение силиката натрия-иттрия по предлагаемому способу. 30К 100 мл водного раствора хлорида итгрия (0,162 моль/л) добавляют 9,9336 г крем-ниевой кислоты (78,4 мас,% Я 02),взмучивают с помощью механической мешалки, добавляют аммиак до рН 7 - 9, отфильтровывают образовавшийся осадок,промывают его с отсасыванием, количественно переносят в барабан шаровой мельницы, добавляют 8,5678 г карбоната натрия, перемешивают втечение 10 ч, высушивают, после чего нагревают до 600 С и выдерживают при этой температуре 3-4 ч. Затем перетирают в агатовой ступке и.обжигают при 800 С(3 ч),1000 С(1 ч)и 1100 С(1 - 2 ч), не прессуя, но с промежуточным перетиранием,По данным РФА фактор 1 = 1, т.е. получает практически однофазный материал. Ионная проводимость (о) полученной керамики 0,13 См/см при 300 С.Таким образом, применение предлагаемого способа позволяет по сравнению с прототипом снизить примерно в 20 раз содержание примесных фаз в конечном продукте, а также сократить в 5-10 раз длительность обжига, а следовательно, энергоемкость процесса,