Способ получения купратов щелочно-земельных металлов

Способ получения купратов щелочно-земельных металлов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (s1)s С 01 G 3/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

:»; - »» »»=- — =яр»:.»»»»»»»»»» +3 -..К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4897041/26 (22) 28.12.90 (46) 15.10.92, Бюл. ¹ 38 (71) Институт структурной макрокинетики

АН СССР (72) А,Г. Пересада, M,Ä. Нерсесян и И.П. Боровинская (56) 1. Teske СЛ, Muller А.К. е а 2, Anorg

allgem. Chem., 1970, Bd 379. $, 113.

2. Быков А.Б., Демьянец Л,И. и др. Кристаллизация высокотемпературных сверхпроводимых материалов из нестехиометрических расплавов, ДАН СССР, 1988, 300, ¹ 3, с, 611 — 613.

Изобретение относится к области неорганической химии, в частности к способам получения купратов щелочноземельных металлов, которые могут быть использованы для синтеза высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП).

Известен способ получения купратов щелочноземельных металлов, в частности купрата стронция SrCuzOz, включающий смещение свежеприготовленных оксидов. стронция SrO и меди CuzO в эквимолярном соотношении, размещение оксидов в бомбу и выдержку смеси в атмосфере аргона при

700-800 С в течение не менее 10 ч (1).

Способ отличается длительностью процесса, сложен в аппаратурном оформлении, требует предварительного получения оксидов; SrO получают из Sr(OH)2 8Н20 отжигом при 500 С; Cuz0 получают восстановлением водного раствора ацетата меди гидрази н гидратом.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является способ пол(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КУПРАТОВ ЩЕЛОЧНОЗЕМЕЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ (57) Сущность изобретения: получение купратов щелочноземельных металлов общей формулы МеСи202, где Me — щелочноземельный металл, путем нагрева смеси, содержащей пероксид щелочноземельного металла и металлической меди, до 300600 С в атмосфере аргона и/или азота и осуществления процесса горения смеси до выделения целевого продукта. учения купрата щелочноземельного металла, в частности купрата бария ВаС )гО2, включающий нагрев эквимолярной смеси исходных компонентов ВаО и CuzO в вакуумированной медной ампуле до 800 С и выдержку смеси в течение 20 ч до полного реагирования исходных компонентов (2), Недостатком этого способа является длительность процесса, высокая температура синтеза и сложйость используемого оборудования, Целью изобретения является упрощение способа получения купрата щелочноземельного металла.

Цель достигается тем, что способ получения купратов щелочноземельных металлов общей формулы MeCuzOz, где Ме — Са, Sr, Ва включает приготовление исходной смеси компонентов из пероксида щелочноземельного металла и меди, нагрев смеси до

300 — 600 С в инертной атмосфере аргона и/или азота с последующим проведением процесса в режиме горения, 1768515

Сущность способа заключается в следующем.

Готовят смесь из пероксида одного из щелочноземельных металлов: CaOz, SrOz или ВаО с порошком меди в мольном соот- 5 ношении 1:2. Смесь помещают в замкнутый реакционный объем, заполняют его инертным газом: аргоном и/или азотом, при этом в качестве замкнутого реакционного объема может служйть вакуумная влечь или реактор 10 самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), затем осуществляют нагрев смеси д о 300 — 600 С с последующим йроведением процесса в режиме горения, 15

Проведение процесса в режиме горения осуществляют двумя путями. В первом случае смесь исходных KQMlloHGHTQB нагревают до температуры воспламенения смеси, во втором случае нагрев проводят до 20 температуры ниже температуры воспламенения смеси с дополнительным инициированием процесса горения, Так, температура воспламенения смеси

BaOz+2Cu составляет 450 С, поэтому пер-, 25 вый путь: нагрев смеси до 450 С, смесь воспламеняется и осуществляется процесс горения с образованием BaCuzOz; второй путь: нагрев смеси ведут до 400 С, т.е. до температуры ниже температуры воспламе- 30 нения, и проводят инициирование процесса горения локальным воспламенением смеси вольфрамовой спиралью.

Использование пероксидов щелочноземельных металлов любой марки, которые 35 служат одновременно источником кислорода и щелочноземельного металла позволяют проводить процесс в инертной атмосфере с использованием меди, а не

CuzO в отличие от известных способов, не 40 накладывает жестких требований к чистоте исходных компонентов, что упрощает процесс. Aarpes смеси ниже 300 С недостаточен для проведения процесса, а выше 600 С усложняет процесс и не влияет на чистоту 45 целевого продукта.

B качестве исходных компонентов могут быть использованы пероксиды и медь. марок: "Ч", "ХЧ", технической чистоты, дисперсностью до 100 мкм и инертные газы 50 (аргон и азот) марки "Ч". Соотношение азота в смеси с аргоном мало влияет на процесс, однако экспериментально установлено его оптимальное соотношение, равное по объему 1:1. 55

Проведение процесса в инертной атмосфере способствует повышению выхода целевого материала и его содержанию в продукте синтеза. Проведение процесса на воздухе приводит к образованию купрата состава BaCuOz за счет увеличения общего содержания кислорода, что снижает выход целевого материала и его содержание в продукте синтеза. Снижение выхода целевого продукта усложняет процесс, т.к. требуется необходимость дополнительной очистки и родукта.

Пример 1. Готовят смесь в количестве

100 г из исходных компонентов 1 М Ва02 и

2 М Си, засыпают на дно реакционного объема печи, заполняют его аргоном, включают нагрев до 450 С, при этой температуре в объеме реакционного объема начинается воспламенение смеси и осуществляется процесс в режиме горения с образованием

BaCuzOz. После прохождения синтеза (5 мин), содержимое реакционного объема охлаждают и продукт извлекают. Общее время синтеза 30 мин. Целевой продукт представ-. ляет собой легкоизмельчаемую пористую массу светлого цвета, по данным рентгенофазового анализа соответствует BaCuzOz, изоструктурный SrCuzOz. Содержание основного вещества по данным химического анализа 99,5%.

Пример 2. Смесь примера 1 нагревают до 400 С и инициируют проведение процесса горения локальным воспламенением смеси подачей электрического тока на вольфрамовую спираль. Общеевремя синтеза 20 минут. Содержание основного вещества

ВаСи202 составляет 99,6%.

Пример 3. Смесь в количестве 100 г из 1 м CaOz+2 М Си помещают в реактор

СВС, заполняют объем реактора смесью аргона с 50 об. азота до давления 3 атм, нагревают объем до 300 С и инициируют процесс горения в смеси подачей кратковременного тока на вольфрамовую спираль.

Время синтеза 20 мин. Целевой продукт представляет собой фазовочистый CaCuzOz, с содержанием основного вещества 99,3% и изоструктурный с $гС0202.

Пример 4. То же, что и в 3, но проведение процесса в режиме горения осуществляют нагревом смеси до 600 С в атмосфере аргона. При указанной температуре в смеси происходит объемное горение с образованием фазовочистого

СаСщО . Общее время синтеза 40 мин.

Пример 5. Смесь в количестве 100 г из 1 МЗгОг+2 м Си помещарт в реактор СВС и под давлением азота в 1 атм проводят нагрев смеси до 500 С при которой начина-! ется объемное горение и процесс образования фазовочистого SrCuzOz осуществляется в режиме горения. Общее время синтеза 40 мин. Содержание основного вещества составляет 99,2%, 1768515

Составитель А, Пересада

Техред М.Моргентал Корректор Н. Тупица

Редактор

Заказ 3616 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

/ (Пример 6. Как в примере 5, но нагрев смеси проводят до 350 С и при этой температуре проводят инициирование смеси с последующим проведением процесса в режиме горения. Общее время синтеза 1 ч, 5

Содержание основного продукта 99,4,(,.

Аналогично описанным примерам может быть получен также купрат магния (Mg СН202). 10

Предлагаемый способ по сравнению с прототипом позволяет упростить способ получения купратов щелочноземельных металлов за счет сокращения времени синтеза до 20-60 мин по сравнению с 20 часами для 15 известного способа и температуры процесса до 300 — 600 С, позволяет снизить энергозатраты и получать целевой материал высокой степени чистоты.

Формула изобретения

Способ получения купратов щелочноземельных металлов общей формулы

МеСнгОг, где Ме — щелочноземельный металл, включающий нагрев эквимолярной смеси, содержащей соединения щелочноземельного металла и медьсодержащий компонент, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса, снижения энергозатрат при одновременном сохранении качества получаемого продукта, в качестве соединения щелочноземельного соединения используют пероксиды щелочноземельных металлов, а в качестве медьсодержащего компонента — металлическую медь, смесь нагревают в атмосфере аргона и/или азота до 300 — 600 С и осуществляют процесс горения смеси до выделения целевого продукта.