DD239395B1 - METHOD FOR PRODUCING THORIUM YTTRIUM MIXED OXIDE POWDER - Google Patents
METHOD FOR PRODUCING THORIUM YTTRIUM MIXED OXIDE POWDERInfo
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Description
LösenTo solve
Mischen Mahlen SiebenMixing Milling Seven
wasserlösl. Y-VerbinduniWater soluble. Y Verbinduni
LösenTo solve
Mischen IMixing I
Kofällung ICo-precipitation I
Filtrationfiltration
Trocknungdesiccation
Kalzinierencalcine
Formgebung SinternShaping sintering
Der pulverkeramische Verfahrensweg hat gravierende Nachteile gegenüber dem chemischen Verfahrensweg. Das sind vor allem der Eintrag von Abrieb beim Mahlen der Pulvermischung und eine im aI!gemeinen schlechtere Sinterfähigkeit des Pulvers wegen des geringen Dispersitätsgrades. Auch für keramische Pulver auf ThOj-Basis zeichnet sich daher die Tendenz ab, feindispese Pulver durch einen chemischen Prozeß herzustellen.The powder-ceramic process route has serious disadvantages compared to the chemical process route. These are, above all, the occurrence of abrasion during the grinding of the powder mixture and, in general, a poorer sinterability of the powder due to the low degree of dispersity. Also, for ThOj-based ceramic powders, there is a tendency to produce finely divided powders by a chemical process.
Als wasserlösliche Ausgangsverbindung für den chemischen Herstellungsweg werden vorzugsweise Nitrate eingesetzt. Es sind hierfür optimale Verfahrensparameter bekannt geworden, unter denen ein kogefalltes Thorium-Yttrium-Mischoxidpulver erhalten werden kann, welches sich nach Formgebung schon bei relativ niedrigen Temperaturen zu dichten Körpern sintern läßt [DD-WP 155060].As the water-soluble starting compound for the chemical preparation route nitrates are preferably used. For this purpose, optimum process parameters have become known under which a precipitated thorium-yttrium mixed oxide powder can be obtained which, after shaping, can be sintered to dense bodies even at relatively low temperatures [DD-WP 155060].
Häufig stehen jedoch keine wasserlöslichen Ausgangsverbindungen des Thoriums zur Verfugung, sondern unlösliches Oxalat So fallt Thonumoxalat bei der Aufbereitung natürlicher Materialien, wie Monazitsand oder bei der Isolierung aus technischen Produkten, wie thonumhaltigen Katalysatoren anFrequently, however, no water-soluble starting compounds of thorium are available, but insoluble oxalate. Thonumoxalate is obtained in the treatment of natural materials, such as monazite sand or in the isolation of technical products, such as thonumhaltigen catalysts
Es ist bereits ein Verfahren bekannt geworden, aus Thonumoxalat über die Bildung eines Oxalato-Karbonato-Komplexes und dessen Zersetzung in saurer Losung ein reines Thonumoxalat zu gewinnen, welches bei geeigneter Prozeßfuhrung nach Kalzinieren ein gut sinterfahiges Oxidpulver liefert [DD-WP 21 7 733 IIt is already known a method to obtain from Thonumoxalat on the formation of an oxalato-carbonate complex and its decomposition in acidic solution a pure Thonumoxalat which supplies a good sinterable oxide powder with suitable Prozeßfuhrung after calcination [DD-WP 21 7 733 I
Fur die Herstellung eines homogenen Thorium-Yttriumoxids ist jedoch dieses Verfahren nicht geeignet, weil sich Yttrium in der Karbonato-Komplexlosung als flockiger, unlöslicher Hydroxidniederschlag ausscheidet Damit ist aus der Komplexlosung beim Zersetzen kein zeitlich konstantes Verhältnis von Th zu Y vorhanden, was zu Inhomogenitäten der Y-Verteilung im Pulver und letztlich in der Keramik fuhrt Daruberhmaus sind Forderung und Dosierung der Hydroxidsuspension schwieriger als bei klaren Losungen Prinzipiell sind die genannten Schwierigkeiten zu umgehen, wenn alle Reaktanden Thoriumoxalato-Karbonatokomplex,For the production of a homogeneous thorium-yttrium oxide, however, this method is not suitable because yttrium precipitates in the carbonated solution as a flaky, insoluble Hydroxidniederschlag Thus, from the Komplexlosung during decomposition no temporally constant ratio of Th to Y is present, resulting in inhomogeneities of Y-distribution in the powder and ultimately in the ceramic leads Daruberhmaus demand and dosage of the hydroxide suspension are more difficult than with clear solutions In principle, the difficulties mentioned to work around, if all the reactants thorium oxalato-Karbonatokomplex,
Saure zur Zersetzung des Komplexes,Acid to decompose the complex,
Yttnumsalzlosung undYttnumsalzlosung and
Oxalsaurelosung zur Fallung des Y-OxalatesOxalic acid solution to precipitate the Y oxalate
in getrennten, dem gewünschten Th/Y-Verhaltnis proportionalen Mengenstromen zum Reaktionsort gefordert wurden Hierbei sind jedoch apparativ aufwendige und regelungstechnisch komplizierte Losungen erforderlich.In separate, the desired Th / Y ratio proportional flow to the reaction site were required Here, however, complex and complicated control engineering complex solutions are required.
Das Ziel der Erfindung besteht darm, ein ausThroiumoxalat und Yttnumsa Iz erzeugtes rein es Th on um-Yttnum-IVIischoxid pulver bereitzustellen, das gut sinterbar ist und eine homogene Th/Y-Verteilung im vorgegebenen Mischungsverhältnis aufweistThe object of the invention is to provide a pure Th on um-Yttnum-IVIischoxid powder produced from throium oxalate and Yttnumsa Iz, which is good sinterable and has a homogeneous Th / Y distribution in the predetermined mixing ratio
Der Erfindung hegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem aus einer basischen Thonumoxalato-Komplexlosung und einer Yttriumsalzlosung ein Niederschlag gewonnen werden kann, der die beiden Fallkomponenten in optimaler homogener Verteilung und im vorgegebenen Mischungsverhältnis enthalt und der nach Kalzinieren ein Mischoxid hoher Sinterfahigkeit liefert.The invention has the object to provide a method by which a precipitate can be obtained from a basic Thonumoxalato-Komplexlosung and a Yttriumsalzlosung containing the two case components in optimal homogeneous distribution and in the predetermined mixing ratio and after calcination a mixed oxide high sinterability supplies.
Diese Aufgabe wird erfmdungsgemaß dadurch gelost, daß die Thoriumoxalato-Karbonato-Komplexlosung auf einen pH-Wert zwischen 7 und 9 eingestellt wird und diese Losung unter Aufrechterhaltung des pH-Wertes mtt Oxalationen in der Menge versetzt wird, die der 1,5 bis 3fachen Molmenge des eingesetzten Yttriums entspricht, daß die Yttnumlosung durch Losen des Salzes in einer Saure separat hergestellt wird und mit der Karbonato-Komplexlosung so vermischt wird, daß der pH-Wert der vereinigten Losung stets zwischen 1 und 3 gehalten wirdThis object is erfmdungsgemaß solved by the Thoriumoxalato-carbonated complex solution is adjusted to a pH value between 7 and 9 and this solution is added while maintaining the pH mtt oxalations in the amount of 1.5 to 3 times the molar amount of the yttrium used corresponds to the fact that the solution of starch is prepared separately by dissolving the salt in an acid and mixed with the carbonate complex solution so that the pH of the combined solution is always kept between 1 and 3
Mit der Erfindung ist es möglich, durch Vereinigung von nur zwei einphasigen Losungen und der Verwendung einzig des pH-Wertes im Reaktionsgefaß zur Regelung der Massestrome ein Oxalatgemisch mit homogener Th/Y-Verteilung zu erzielen, welches nach Kalzinieren ein gut sinterfahiges, reines und feindisperses Mischoxidpulver liefert Die Thoriumoxalato-Karbonato-Komplexlosung wird hergestellt, indem zu einer Aufschlämmung des Thoriumoxalates in Wasser ein wasserlösliches Karbonat oder CO2 zugesetzt wirdWith the invention, it is possible, by combining only two single-phase solutions and the use of only the pH in the reaction vessel to control the mass flows to achieve a Oxalatgemisch with homogeneous Th / Y distribution, which after calcining a good sinterable, pure and finely dispersed Mixed Oxide Powder Provides The Thorium Oxalato Carbonate Complex Solution is prepared by adding a water soluble carbonate or CO2 to a slurry of thorium oxalate in water
Der einsetzende Losevorgang kann durch Ruhren oder Temperaturerhöhung beschleunigt werden Durch Zusatz von Ammoniak, Base oder Saure wird gegen Ende des Losevorganges ein pH-Wert zwischen 7 und 9 eingestellt Zweckmaßigerweise wird sowohl der pH-Wert als auch die Temperatur wahrend des Losevorganges so gewählt, daß keine Gasentwicklung auftritt, die zu einem zusatzlichen Karbonatverbrauch fuhren wurdeThe onset of the loosening process can be accelerated by stirring or increasing the temperature. By adding ammonia, base or acid, a pH value between 7 and 9 is set towards the end of the loosening process. Expediently, both the pH value and the temperature during the loosening process are selected such that no gas evolution occurs, which would lead to an additional carbonate consumption
Statt der Ammoniumverbindungen können natürlich auch die Alkali-(hydrogen-)karbonate verwendet werden Nach Ende des Losevorganges wird die Losung von unlöslichen Produkten, wie schwerlöslichen Karbonaten, nicht komplex gebundenen Hydroxiden oder wasserunlöslichen Ruckstanden, ζ B durch Filtration getrennt, woraus sich zusätzlich ein Reinigungseffekt ergibtInstead of the ammonium compounds, it is of course also possible to use the alkali (hydrogen) carbonates. After the end of the loosening process, the solution of insoluble products, such as sparingly soluble carbonates, non-complexed hydroxides or water-insoluble residues, is separated by filtration, which in turn results in a cleaning effect results
Die klare Karbonatokomplexlosung wird mit Oxalsäure, Ammoniumoxalat oder Alkalioxalat versetzt Falls notig, wird zur Aufrechterhaltung des pH-Wertes zwischen 7 und 9 gleichzeitig Ammoniaklösung zugesetzt Die Menge an Oxalationen in Mol (nox) richtet sich zunächst nach der in der Losung enthaltenen Thoriummenge (nTh) und dem im Endprodukt gewünschten Molverhaltnis von Yttrium zu Thorium Χγ/jh und ergibt sich ausOxalic acid, ammonium oxalate or alkali oxalate is added to the clear solution of carbonatoe If necessary, ammonia solution is added simultaneously to maintain the pH between 7 and 9. The amount of oxalate ions in moles (nox) depends first on the amount of thorium contained in the solution (n Th ) and the desired molar ratio of yttrium to thorium Χγ / jh in the end product and results from
n<3x = Χγ/Th nTh 1,5 an <3x = γγ / Th nTh 1.5 a
Bei stochiometrischem Umsatz hatte der Faktor a den Wert a = 1 Obwohl allgemein bekannt ist, daß Yttriumoxalat auch in sauerer Losung praktisch unlöslich ist [z B H Remy, Lehrbuch der Anorganischen Chemie, Akademischen Verlagsgesellschaft Geest & Portig K -G Leipzig, 1954, 7 Auf I S 516 ff ], tritt bei dem erfindungsgemaßen Verfahren eine vollständige Ausfall u ng des Yttriumoxalates erst bei Werten a großer 1 auf Gunstig hat sich ein Wert von 1,4 < a < 2 erwiesen Die Saurelosung wird durch Losen eines Yttriumsalzes in Mineralsaure, vorzugsweise Salpetersaure zubereitet Die Sauremenge ergibt sich aus der in der Karbonatokomplexlosung enthaltenen Karbonatmenge (im Komplex gebunden und frei ι η Losung) und aus dem pH-Wert der Komplexlosung Eine Berechnung der erforderlichen Sauremenge fur die Zersetzung des Karbonatkomplexes und Einstellung eines bestimmten pH-Wertes im Reaktionsraum ist möglich Einfacher ist die titrimetrische Bestimmung der Sauremenge Dazu wird eine kleine Probe an Komplexlosung mit Saure auf den gewünschten pH-Wert titriert Daraus ergibt sich sofort die fur die gesamte Komplexlosung notwendige Sauremenge Wird statt des Yttriumsalzes Yttriumoxid in der Mineralsaure gelost, ist dies bei der Bestimmung der notwendigen Sauremenge zu berücksichtigenAt stoichiometric conversion, the factor a had the value a = 1 Although it is well known that yttrium oxalate is practically insoluble even in acidic solution [z BH Remy, textbook of inorganic chemistry, Academic publishing Geest & Portig K -G Leipzig, 1954, 7 IS 516 ff], occurs in the inventive method a complete failure u ng the yttrium oxalate only at values a large 1 on Favor has a value of 1.4 <a <2 proved The acid solution is by dissolving an yttrium salt in mineral acid, preferably nitric acid The amount of acid is calculated from the amount of carbonate contained in the complex of carbonatoside (bound in the complex and free from solution) and from the pH of the complex solution. A calculation of the amount of acid required for the decomposition of the carbonate complex and adjustment of a specific pH in the reaction space possible The titrimetric determination of the amount of acid is simpler titration of the complex solution with acid to the desired pH immediately results in the amount of acid required for the entire complex solution. If yttrium oxide is dissolved in the mineral acid instead of the yttrium salt, this must be taken into account when determining the amount of acid required
Die so zubereitete yttriumenthaltende Saurelosung wird nun in einem Reaktionsgefaß mit der oxalsaurehaltigen Thoriumoxalato-Karbonatokomplexlosung unter kraftiger Durchmischung ζ B mittels Ruhrwerk so vereinigt, daß der pH-Wert stets zwischen 1 und 3 liegt Dabei zersetzt sich der Karbonato-Komplex unter Abscheidung von Thoriumoxalat Gleichzeitig reagiert Yttrium zu schwer löslichem Yttriumoxalat Der fur die Herstellung reinen Thoriumoxalates über den Thoriumoxalato Karbonatokomplex empfohlene pH-Wert unter 1 [DD WP 21 7 7~--3 ] fuhrt bei der Fallung des Th Y Mischoxalates überraschenderweise zu Produkten, die nach Kalzinieren schlecht sinterfahig sind Die beste Sinterfahigkeit des resultierenden Oxidpulvergemisches wird dagegen bei pH-Werten um 2 erhalten Das in der Saurelosung eingestellte Konzentrationsverhaltnisse von Protonen und Yttrium gewährleistet, daß die Abscheidung von Thorium- und Yttriumoxalat stets im gleichen Moiverhaltnis erfolgtThe yttrium-containing acid solution prepared in this way is now combined in a reaction vessel with the oxalic acid-containing thorium oxalato-carbonatocomplex solution with vigorous mixing ζ B by means of a stirrer so that the pH value is always between 1 and 3. In this process, the carbonate complex decomposes with the deposition of thorium oxalate Yttrium to poorly soluble yttrium oxalate The pH below 1 [DD WP 21 7 7 ~ - 3] recommended for the preparation of pure thorium oxalate via the thorium oxalato carbonate complex surprisingly leads to the precipitation of Th Y mixed oxalate products which are poorly sinterable after calcination On the other hand, the best sintering ability of the resulting oxide powder mixture is obtained at pH values of about 2. The concentration ratios of protons and yttrium set in the acid solution ensure that the deposition of thorium and yttrium oxalate always takes place in the same ratio
Der Fallprozeß kann sowohl kontinuierlich als auch diskontinuierlich erfolgen Die Temperatur im Reaktionsraum beeinflußt stark das Kornspektrum sowohl des Oxalates als auch des daraus herstellbaren Oxid pul ve rs Fur die Gewinnung eines gut si nterf ah igen Mischoxidpulvers ist die Reaktionstemperatur unter 50 0C zu erhalten Nach Beendigung der Fallung werden die Oxalate ζ B durch Filtration von der Losung getrennt, gewaschen und getrocknet Die Kalzination erfolgt zweckmaßigerweise bei Temperaturen zwischen 600 und 1 2000C an LuftatmosphareThe case process can be carried out either continuously or intermittently, the temperature in the reaction chamber greatly affects the particle size distribution of both the oxalate and the prepared therefrom oxide pul ve rs For obtaining a good si nterf ah owned mixed oxide powder is to maintain the reaction temperature below 50 0 C. After completion the precipitation, the oxalates ζ B are separated by filtration from the solution, washed and dried The calcination is expediently carried out at temperatures between 600 and 1 200 0 C in air
Ausfuhrungsbeispielexemplary
An einem Ausfuhrungsbeispiel fur die Herstellung eines Mischoxidpulvers mit 7,5Gew -% Y2O3 soll die allgemeine Verfahrensfuhrung weiter erläutert werden "An exemplary embodiment for the production of a mixed oxide powder with 7.5% by weight of Y.sub.2 O.sub.3 is intended to explain the general procedure further.
1 000g Thoriumoxalat (Fremdstoffgehalt 2%) werden in 2I Wasser aufgeschlammt Dieser Suspension werden 460g Ammoniumhydrogenkarbonat und 450 ml konzentrierte Ammoniaklösung (25%ig) zugesetzt Durch mehrmaliges Auf rühren gefordert ist der Loseprozeß nach 5 Stunden beendet Die Losung wird mit wenig Ammoniaklösung auf einen pH-Wert von 8 3 eingestellt und durch ein mittelhartes Filter gesaugt Dem klaren Filtrat werden 144g in Wasser gelosten Ammomumoxalates zugesetzt die Gesamtlosungsmenge wird durch Zusatz von Wasser auf 5I erhöht und der pH-Wert erneut auf den Wert von 8,3 korrigiert1 000g of thorium oxalate (impurity content 2%) are slurried in 2 l of water. To this suspension are added 460 g of ammonium bicarbonate and 450 ml of concentrated ammonia solution (25% strength). The batch process is terminated after 5 hours by repeated stirring. The solution is brought to pH with a small amount of ammonia solution Value of 8 3 was adjusted and sucked through a medium-hard filter. To the clear filtrate, 144 g of ammomum oxalate dissolved in water are added, the total amount of solution is increased to 5 μl by addition of water and the pH is corrected again to the value of 8.3
25 ml der Gesamtlosung werden nun mit konzentrierter Salpetersaure bis auf einen pH Wert von 2,0 titriert Dafür werden 3,6 ml konzentrierte Saure benotigt Daher werden in 720 ml ko nzentrierter Sa I petersaure Yttrium nitrat entsprechend einerMengevon 39,3g Y2O3 gelost Beide Losungen werden bei Raumtemperatur gleichzeitig so in das Reaktionsgefaß gegeben, daß stündlich ca25 ml of the total solution are then titrated with concentrated nitric acid to a pH of 2.0. Therefore, 3.6 ml of concentrated acid are required. Thus 720 ml of co-centered hydrochloric acid yttrium nitrate are dissolved corresponding to a quantity of 39.3 g of Y 2 O 3 Both solutions are simultaneously added to the reaction vessel at room temperature in such a way that approx
2 2Komplexlosung umgesetzt werden Das Reaktionsgefaß ist mit Ruhrwerk und Glaselektrode ausgestattet Die yttnumhaltige Sauremenge wird so dosiert, daß die Glaselektrode stets Werte um pH-2 anzeigt Nach ca 2h ist der Fallvorgang beendet, beide Losungen sind vollständig vereinigt, der pH-Wert der Losung liegt bei 2,0 Nach Absetzen des Niederschlages und Abdekantieren der überstehenden klaren Losung wird durch ein mittelhartes Filter filtriert Der Niederschlag wird mit 21 destilliertem Wasser und abschließend mit 200 ml Alkohol gewaschen Nach dem Trocknen (12 h bei 8O0C, anschließend 8h bei 2000C) und Kalzinieren (2h an Luft bei 800°C in Sinterkorundschalen) wird ein reines feindisperses Mischoxid pulver erhalten, welches ohne Zugabe von Hilfsmitteln bei einem Druck von 150MPa durch Kaltpressen verdichtet werden kann und bei der Sinterung in Wasserstoff bei 1 7000C und 2 h Temperaturhaltezeit einen Formkörper von mehr als 95% der theoretischen Dichte liefertThe reaction vessel is equipped with a stirrer and a glass electrode. The quantity of acid contained is always adjusted so that the glass electrode always displays values around pH-2. After approx. 2 hours, the precipitation process is complete; both solutions are completely combined and the pH of the solution is reached at 2.0 After settling of precipitate and decantation of the supernatant clear solution is filtered through a medium-hard filter The precipitate is washed with 21% distilled water and finally with 200 ml of alcohol After drying (12 h at 8O 0 C, then 8h at 200 0 C) and calcination (2h in air at 800 ° C in sintered shells) is a pure finely dispersed mixed oxide powder obtained, which can be compacted without addition of auxiliaries at a pressure of 150 MPa by cold pressing and sintering in hydrogen at 1700 0 C and 2 h temperature retention time provides a shaped body of more than 95% of the theoretical density
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Priority Applications (1)
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DD27857285A DD239395B1 (en) | 1985-07-15 | 1985-07-15 | METHOD FOR PRODUCING THORIUM YTTRIUM MIXED OXIDE POWDER |
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DD239395B1 true DD239395B1 (en) | 1987-12-09 |
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