Спосіб отримання високочистого оксиду вольфраму (vi)
Власники патенту UA 2341461:
Винахід може бути використаний при отриманні високочистого оксиду вольфраму (VI), що застосовується в синтезі матеріалів для волоконної оптики та інших областях. Спосіб отримання високочистого оксиду вольфраму (VI) включає гідроліз очищеного гексафториду вольфраму з подальшим виділенням оксиду вольфраму з розчину продуктів гідролізу і прожарюванням останнього, при цьому очищення гексафториду вольфраму проводять дистиляцією з подальшою фільтрацією потоку гексафториду. Дистиляцію вольфраму гексафториду ведуть при швидкості випаровування не більше 5·10 -4 г/(см 2 ·с), фільтрацію - при проходженні потоку газоподібного гексафториду вольфраму через фільтр з лінійною швидкістю 0,3-1 см/с. Прожарювання виділеного оксиду вольфраму ведуть струмі кисню при 400-900°С. Винахід дозволяє отримати оксид вольфраму (VI) з чистотою металів ≤1·10 -5 %, придатний для використання при виготовленні телуритного скла. 2 з.п. ф-ли, 1 табл.
Заявляється винахід відноситься до технології неорганічних матеріалів, зокрема оксидів металів, і стосується розробки способу отримання високочистого оксиду вольфраму (VI), що використовується при синтезі телуритного скла, що є перспективними для виготовлення активних та пасивних елементів волоконної та інтегральної ІЧ-оптики, а також при отриманні кристалів вольфраматів для сцинтиляційних лічильників
Відомий спосіб отримання високочистого оксиду вольфраму (VI) перекладом вольфрамсодержащей сировини в кислий водний розчин з перекисом водню, очищенням цього розчину на іонообмінних смолах з подальшим його упарюванням (патент США №4762695).
Вміст домішок радіоактивних елементів в отриманому оксиді вольфрамунижче 0,5 ppb, домішок Fe, Ni, Cr нижче 0,1 ppm.
Відомий спосіб є багатостадійним, вимагає великої кількості високочистих реактивів, у тому числі ретельного відмивання іонообмінної смоли.
Як було зазначено вище, для отримання високочистого оксиду вольфраму необхідні високочисті матеріали. В даному випадку цікавить використовувати леткі сполуки вольфраму, які значно легше очистити від більшості домішок, що лімітуються, поєднанням різних методів очищення. Таким з'єднанням є гексафторид вольфраму, температура плавлення якого 2,5°З температура кипіння 17,3°С. Летючі фториди утворюють небагато елементів, тому вже під час синтезу гексафториду вольфраму звільняється від більшості домішок. Від домішок як летких сполук гексафторид вольфраму очищають дистиляційними методами. Більшість фторидів перехідних металів (Fe, Mn, Ni, Cu, C) є нелетючими і знаходяться в гексафториді вольфраму у вигляді завислих частинок, які можна видалити фільтрацією.
Відомий спосіб отримання високочистого оксиду вольфраму гідролізом очищеного гексафториду вольфраму з подальшим виділенням оксиду з розчину продуктів гідролізу і прожарюванням останнього при 500°С (І.А.Краєв, А.Н.Моїсеєв. Отримання оксиду вольфраму (VI) високої чистоти. // Тезові доповіді XIII конференції "Високочисті речовини та матеріали. Отримання, аналіз, застосування" Нижній Новгород, 28-31 травня 2007 р., с.112-113).
Для очищення вихідного гексафториду вольфраму використовували дистиляцію з подальшою фільтрацією через волокнистий фторопластовий фільтр. Очищений гексафторид вольфраму піддавали гідролізу, отриманий розчин упарювали і осад прожарювали при 500°С.
У відомому способі вихід по оксидускладає близько 90%. Вміст домішок металів в отриманому продукті нижче за межу виявлення прямого спектрального аналізу (-4 -10 -5 мас.%). Згаданий спосіб обраний як прототип.
У відомому способі показана можливість отримання високочистого оксиду вольфраму, але не показано технологію виготовлення цього продукту.
Завданням, на вирішення якої спрямовано винахід, є розробка способу отримання високочистого оксиду вольфраму (VI), придатного для використання в якості вихідного матеріалу при виготовленні телуритного скла для волоконної оптики.
Эта задача решается за счет того, что в способе получения высокочистого оксида вольфрама гидролизом очищенного гексафторида вольфрама с последующим выделением целевого продукта из раствора продуктов гидролиза и прокаливанием последнего, при этом очистку гексафторида вольфрама проводят дистилляцией с последующей фильтрацией через фторопластовый волокнистый фильтр, согласно заявляемому изобретению дистилляцию гексафториду вольфраму ведуть зі швидкістю випаровування не більше 5·10 -4 г/(см 2 ·с), фільтрацію - при проходженні потоку газоподібного гексафториду вольфраму через фільтр зі лінійною швидкістю 0,3-1 см/с, а прожарювання виділеного осаду ведуть струмі кисню за 400-900°С.
З точки зору простоти та технологічності виділення оксиду вольфраму (VI) переважно проводити упарюванням продукту гідролізу - фторвольфрамової кислоти - і прожарюванням отриманого осаду в струмі кисню при 500°С. Переважна температура прожарювання осаду 500°С обрана з умови досить повного розкладання оксифторидів вольфраму (побічних продуктів гідролізу), але при збереженні залишкового вмісту фтору в оксиді на рівні n·10 -1 %, який при використанні оксидувольфраму як вихідний компонент телуритного скла, допомагає видаляти залишкову вологу з нього.
З точки зору простоти та технологічності виділення оксиду вольфраму переважно проводити хімічним зв'язуванням утворюється при гідролізі гексафториду вольфраму фторвольфрамової та фтористоводневої кислот аміачною водою і прожарюванням отриманого осаду в струмі кисню при 500°С.
Оксид вольфраму, отриманий за пропонованим способом, за даними спектрального та хіміко-спектрального аналізів має чистоту по металах ≤1·10 -5 %, що дозволяє використовувати його при синтезі телуритного скла. Вихід за оксидом вольфраму становить 88-92%.
Новим способом є те, що дистиляцію вихідного гексафториду вольфраму ведуть зі швидкістю випаровування не більше 5·10 -4 г/(см 2 ·с), фільтрацію - при проходженні потоку газоподібного гексафториду вольфраму через фільтр з лінійною швидкістю 0,3-1 см /с, а прожарювання виділеного оксиду вольфраму ведуть у струмі кисню при 400-900°С.
Швидкість випаровування вольфраму гексафториду при проведенні дистиляції і лінійна швидкість проходження потоку речовини через фільтр при фільтрації були підібрані дослідним шляхом і, як показали експерименти, є оптимальними з точки зору ефективності очищення і продуктивності способу.
Дистиляція гексафториду вольфраму із зазначеною швидкістю випаровування забезпечує очищення від нелетючих домішок перехідних металів. При проведенні дистиляції зі швидкістю випаровування понад 5·10 -4 г/(см 2 ·с) збільшується винесення парової фазою нелетких домішок перехідних металів, що призводить до помітного зниження ефективності очищення (в 3 і більше разів). Фільтрування із зазначеною лінійною швидкістю забезпечує додаткове ефективне очищення гексафториду вольфраму відперехідних металів у вигляді завислих частинок. При лінійній швидкості менше 0,3 см/с помітно падає продуктивність процесу очищення, а проведення фільтрації при лінійній швидкості більше 1 см/с збільшує проскок через фільтр перехідних металів у вигляді завислих частинок, що призводить до зниження ефективності очищення (2 і більше разів). ).
Приклад 1. Гексафторид вольфраму випаровується з металевого балона (нержавіюча сталь) при кімнатній температурі зі швидкістю випаровування 2·10 -4 г/(см 2 ·с) і прямує з лінійною швидкістю 0,5 см/с через волокнистий фільтр фторопластовий фірми «Sartorius » із середнім розміром пор не більше 0,2 мкм. Газоподібний гексафторид вольфраму, що пройшов через фільтр, пропускають через бідистильовану воду, налиту в колбу з фторопласту Ф-42. Всі комунікації виготовлені з нержавіючої сталі, вихід гексафториду вольфраму у воду здійснюється через трубки з фторопласту Ф-4. Продуктом гідролізу є прозорий розчин фторвольфрамової кислоти у плавиковій кислоті. Виділення оксиду вольфраму проводять упарюванням отриманого розчину з тигля, зробленого зі скловуглецю. Отриманий осад перевантажують в човник з кварцового скла і прожарюють при 500°С протягом 2 годин у струмі кисню. Отриманий оксид вольфраму має жовтий колір. Вихід за оксидом вольфраму становить 92%. Дані вмісту домішок в отриманому оксиді наведені в таблиці.
Приклад 2. Умови досвіду, як у прикладі 1, тільки виділення оксиду вольфраму проводять шляхом нейтралізації розчину продуктів гідролізу водним розчином аміаку ОСЧ 27-5 з подальшим промиванням білого осаду від фториду амонію бидистиллированной водою.
Отриманий оксид вольфраму має жовтий колір. Вихід за оксидом становить 88%. Вміст домішок металів в оксиді вольфрамуданим хіміко-спектрального аналізу наведено у таблиці.
| Таблиця | ||
| Вміст домішок у зразках триоксиду вольфраму | ||
| Домішка | Отриманий упарюванням розчину | Отриманий нейтралізацією розчину |
| Ag | -8 | -8 |
| Al | 3·10 -7 | 5·10 -7 |
| Bi | -7 | -7 |
| Cd | -6 | -6 |
| З | -6 | -6 |
| Cu | 2·10 -7 | 4·10 -7 |
| Са | -6 | -6 |
| Fe | ≤6·10 -7 | 8·10 -7 |
| Mg | -7 | -7 |
| Mn | ≤1·10 -7 | -7 |
| Ni | -6 | -6 |
| Pb | -7 | -7 |
| Sn | -7 | -7 |
| Ti | -6 | -6 |
| V | -6 | -6 |
1. Спосіб отримання високочистого оксиду вольфраму (IV) гідролізом очищеного гексафториду вольфраму з подальшим виділенням оксиду вольфраму з розчину продуктів гідролізу і прожарюванням останнього, при цьому очищення гексафториду вольфраму проводять дистиляцією з подальшою фільтрацією потоку волокна ся тим, що дистиляцію гексафториду вольфраму ведуть при швидкості випаровування не більше 5·10 -4 г/(см 2 ·с), фільтрацію - при проходженні потоку газоподібного вольфраму гексафториду через фільтр з лінійною швидкістю 0,3-1 см/с, а прожарювання виділеного оксиду вольфраму ведуть у струмі кисню за 400-900°С.
2. Спосіб отримання високочистого оксиду вольфраму за п.1, який відрізняється тим, що виділення оксиду вольфраму проводять упарюванням продукту гідролізу - фторвольфрамового розчину іфтористоводневої кислоти.
3. Спосіб отримання високочистого оксиду вольфраму за п.1, який відрізняється тим, що виділення оксиду вольфраму проводять хімічним зв'язуванням аміачною водою, що утворюється при гідролізі гексафториду вольфраму фторвольфрамової і фтористоводневої кислот.