RU2158712C2 - Method of preparing cerium hydride - Google Patents

Method of preparing cerium hydride Download PDF

Info

Publication number
RU2158712C2
RU2158712C2 RU98123709/12A RU98123709A RU2158712C2 RU 2158712 C2 RU2158712 C2 RU 2158712C2 RU 98123709/12 A RU98123709/12 A RU 98123709/12A RU 98123709 A RU98123709 A RU 98123709A RU 2158712 C2 RU2158712 C2 RU 2158712C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cerium
hydride
ceh
heat treatment
phases
Prior art date
Application number
RU98123709/12A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU98123709A (en
Inventor
Л.И. Осадчая
А.А. Камарзин
В.В. Соколов
Л.Н. Трушникова
А.П. Зубарева
Original Assignee
Институт неорганической химии СО РАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт неорганической химии СО РАН filed Critical Институт неорганической химии СО РАН
Priority to RU98123709/12A priority Critical patent/RU2158712C2/en
Publication of RU98123709A publication Critical patent/RU98123709A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2158712C2 publication Critical patent/RU2158712C2/en

Links

Landscapes

  • Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

FIELD: chemical industry. SUBSTANCE: anhydrous cerium chloride and lithium hydride are heated at 700-1000 C in inert atmosphere. Reaction mixture is discharged into cooled water and product is tried with alcohol. Heat treatment at 700-740 C gives cerium hydride composed of CeH2,73. Heat treatment at 720 C and then at 1000 C gives CeH2 composed of β and γ phases. EFFECT: more efficient preparation method. 3 cl, 2 ex

Description

Изобретение относится к способу получения гидридов переходных металлов, а именно к получению гидрида церия различных составов и фаз, таких как CeH2 (β- и γ - фазы) и CeH3.The invention relates to a method for producing transition metal hydrides, namely, to the production of cerium hydride of various compositions and phases, such as CeH 2 (β and γ phases) and CeH 3 .

Разработка способов получения высокодисперсного церия (ВДЦ) представляет практический интерес. В качестве источника ВДЦ может использоваться гидрид церия. Промышленные металлургические способы приводят к получению компактного металла в виде слитков, диспергирование которых представляет большие трудности. The development of methods for producing finely dispersed cerium (VDC) is of practical interest. Cerium hydride can be used as a source of VDC. Industrial metallurgical methods lead to the production of compact metal in the form of ingots, the dispersion of which is very difficult.

ВДЦ может найти применение в синтезе различных соединений церия, таких как, например: γ-Ce2S3, интерметаллидов. На основе γ-Ce2S3 получены пигменты, используемые в пластиках, резине, красках, косметике, красителях и покровных материалах (ЕР 680930, М.кл. C 01 F 17/00, 1995 [1]). Интерметаллиды, содержащие церий, предложены в качестве металлогидридных электродов высокоемких и стабильных к циклированию аккумуляторов (Петрий О.А., Васина С.Я., Коробов И.И., Успехи химии, т. 65, вып. 3, 195 (1996) [2]).VDC can find application in the synthesis of various cerium compounds, such as, for example: γ-Ce 2 S 3 , intermetallic compounds. Based on γ-Ce 2 S 3 , pigments were used that are used in plastics, rubber, paints, cosmetics, dyes, and coating materials (EP 680930, Mcl C 01 F 17/00, 1995 [1]). Intermetallides containing cerium have been proposed as metal hydride electrodes of high capacity and stable to cycling batteries (Petrii O.A., Vasina S.Ya., Korobov II, Uspekhi Khimii, vol. 65, issue 3, 195 (1996) [2]).

Теоретический и практический интерес представляют магнитные свойства интерметаллидов церия (Физика и химия редкоземельных элементов. Справочник. М. : Металлургия, 1982, 336 с. [3]). Of theoretical and practical interest are the magnetic properties of cerium intermetallic compounds (Physics and Chemistry of Rare Earth Elements. Handbook. M.: Metallurgy, 1982, 336 p. [3]).

Традиционно используемый метод синтеза ди- и тригидрида церия связан с применением вакуумной установки Сивертса. В реактор установки загружают измельченный церий (куски массой 1 - 3 г), тщательно очищенные от поверхностных окислов, систему вакуумируют до давления 10-3-10-4 Тор, затем заполняют очищенным водородом. Температура составляет 700-800oC для синтеза дигидрида церия (Михеева В.И., Кост М.Е., Журнал неорган. химии, т. 3, 260 (1958) [4]; Mulford R. N. R., Holley C.E., J. Phys. Chem., 59, 1222 (1955) [5]) и 150-200oC для тригидрида церия (Михеева В.И., Кост М.Е., ДАН СССР, т. 115, N 1, 100 (1957) [6]).The traditionally used method for the synthesis of cerium di- and trihydride is associated with the use of a Sieverts vacuum unit. The crushed cerium (pieces weighing 1-3 g), thoroughly cleaned from surface oxides, is loaded into the reactor of the installation, the system is vacuumized to a pressure of 10 -3 -10 -4 Torr, then filled with purified hydrogen. The temperature is 700-800 o C for the synthesis of cerium dihydride (Mikheeva V.I., Kost M.E., Journal of Inorganic Chemistry, vol. 3, 260 (1958) [4]; Mulford RNR, Holley CE, J. Phys Chem., 59, 1222 (1955) [5]) and 150-200 o C for cerium trihydride (Mikheeva V.I., Kost M.E., DAN USSR, vol. 115, No. 1, 100 (1957) [6]).

Для получения дигидрида церия также применяют получасовое нагревание тригидрида при 400oC и непрерывном откачивании выделяющегося водорода (Кост М.Е., Журнал неорган. химии, т. 2, 2689 (1957) [7]).To obtain cerium dihydride, a half-hour heating of the trihydride is also used at 400 o C and continuous evacuation of the evolved hydrogen (Kost M.E., Journal of Inorganic Chemistry, vol. 2, 2689 (1957) [7]).

По своей термической устойчивости тригидрид церия резко отличается от дигидрида церия. В то время как разложение тригидрида начинается при ~ 200oC, дигидрид практически устойчив до 800-900oC. Его интенсивное разложение наступает лишь после плавления при 1080oC, но даже при 1200oC водород еще не удаляется полностью (Михеева В.И., Кост М.Е., Успехи химии, т. 29, вып. 1, 55 (1960) [8]).In its thermal stability, cerium trihydride differs sharply from cerium dihydride. While the decomposition of the trihydride begins at ~ 200 o C, the dihydride is practically stable up to 800-900 o C. Its intense decomposition occurs only after melting at 1080 o C, but even at 1200 o C the hydrogen is not completely removed (Mikheeva V. I., Kost M.E., Advances in Chemistry, vol. 29, issue 1, 55 (1960) [8]).

Дигидрид церия менее активен в реакциях с водой и кислотами, чем тригидрид (Кост М.Е., Журнал неорган. химии, т. 2, 2689 (1957) [7]). Cerium dihydride is less active in reactions with water and acids than trihydride (Kost M.E., Journal of Inorganic Chemistry, vol. 2, 2689 (1957) [7]).

Меньшая активность дигидрида согласно гипотезе (Libowitz G.G., Gibb T.R. R., J. Phys. Chem., 60, 510 (1956) [9]) обусловлена тем, что в дигидриде выше содержание металлической связи по сравнению с тригидридом. The lower activity of the dihydride according to the hypothesis (Libowitz G.G., Gibb T.R. R., J. Phys. Chem., 60, 510 (1956) [9]) is due to the fact that the content of the metal bond in the dihydride is higher than in the trihydride.

При прямом взаимодействии водорода с церием обнаружены две фазы гидрида церия состава CeH2, имеющие кубические гранецентрированные решетки с периодами 5.581

Figure 00000001
и 5.645 ± 0.003
Figure 00000002
Образование двух фаз связано с различным расположением водорода в решетке церия: в β-фазе заняты все тетраэдрические пустоты решетки, тогда как γ-фаза характеризуется размещением атомов водорода в октаэдрических положениях (Ayphassorho C., C.r., 244, N 13, 1766 (1957) [10]).During the direct interaction of hydrogen with cerium, two phases of cerium hydride with the composition CeH 2 were discovered, which have cubic face-centered lattices with periods of 5.581
Figure 00000001
and 5.645 ± 0.003
Figure 00000002
The formation of two phases is associated with a different arrangement of hydrogen in the cerium lattice: all tetrahedral voids of the lattice are occupied in the β phase, while the γ phase is characterized by the distribution of hydrogen atoms in octahedral positions (Ayphassorho C., Cr, 244, N 13, 1766 (1957) [ten]).

Недостатком известных способов (Михеева В.И., Кост М.Е., Журнал неорган. химии, т. 3, 260 (1958) [4]; Mulford R.N.R., Holley C.E., J. Phys. Chem., 59, 1222 (1955) [5]; Михеева В.И., Кост М. Е., ДАН СССР, т: 115, N 1, 100 (1957) [6] ) является то, что для приготовления гидрида церия требуется получение чистого мелкораздробленного порошка металлического церия, очищенного от поверхностных окислов, специальные вакуумные установки (вакуум 10-3 - 10-4 Тор), очищенный молекулярный водород в температурном интервале 200-800oC.A disadvantage of the known methods (Mikheeva V.I., Kost M.E., Journal of Inorganic Chemistry, vol. 3, 260 (1958) [4]; Mulford RNR, Holley CE, J. Phys. Chem., 59, 1222 ( 1955) [5]; Mikheeva V.I., Kost M.E., DAN SSSR, t: 115, N 1, 100 (1957) [6]) is that preparation of cerium hydride requires the production of pure finely divided metal powder cerium purified from surface oxides, special vacuum plants (vacuum 10 -3 - 10 -4 Torr), purified molecular hydrogen in the temperature range 200-800 o C.

Наиболее близким способом-прототипом является получение порошков гидридов скандия, иттрия и эрбия взаимодействием хлоридов указанных металлов с гидридом лития при 800-900oC (Камарзин А.А., Соколов В.В., Трушникова Л.Н., Савельева М.В., Стонога Ю.А. Пат. РФ N 2013460 от 21.08.1992, опубл. Б.И. N 10, с. 77 (1994) [11]).The closest prototype method is the production of scandium, yttrium and erbium hydride powders by the interaction of the chlorides of these metals with lithium hydride at 800-900 o C (Kamarzin A.A., Sokolov V.V., Trushnikova L.N., Savelyeva M.V. ., Stonoga Yu.A. Pat. RF N 2013460 dated 08.21.1992, publ. B.I. N 10, p. 77 (1994) [11]).

Недостаток способа состоит в том, что он ограничен примерами получения редкоземельных металлов скандия, иттрия и эрбия, при этом гипотеза об образовании промежуточных гидридов указанных металлов не подтверждена экспериментально: отсутствуют данные рентгенофазового анализа, подтверждающие состав этих соединений. The disadvantage of this method is that it is limited to examples of the preparation of rare-earth metals of scandium, yttrium and erbium, while the hypothesis of the formation of intermediate hydrides of these metals is not experimentally confirmed: there are no x-ray phase analysis data confirming the composition of these compounds.

Задачей изобретения является расширение технологических возможностей получения гидрида церия состава CeH2, имеющего большую химическую устойчивость по сравнению с CeH3, с целью обеспечения возможности использования в различных технологических процессах как CeH3, так и CeH2.The objective of the invention is to expand the technological capabilities of producing cerium hydride of the composition CeH 2 having greater chemical stability compared to CeH 3 , in order to ensure the possibility of using in various technological processes both CeH 3 and CeH 2 .

Поставленная задача решается тем, что термическую обработку смеси безводного хлорида церия с гидридом лития проводят при 720-1000oC с последующим выщелачиванием водой и высушиванием целевого продукта. При этом получают гидрид церия состава CeH2, представленного β- и γ-фазами.The problem is solved in that the heat treatment of a mixture of anhydrous cerium chloride with lithium hydride is carried out at 720-1000 o C, followed by leaching with water and drying of the target product. In this case, cerium hydride of the composition CeH 2 , represented by β and γ phases, is obtained.

При 700-740oC и аналогичной вышеприведенной обработке получают гидрид церия состава CeH2.73. Наблюдаемая примесная фаза CeO2, вероятно, образуется в результате гидролиза и окисления неустойчивого и химически активного CeH2.73.At 700-740 ° C. and a similar treatment above, cerium hydride of the composition CeH 2.73 is obtained. The observed impurity phase of CeO 2 is probably formed as a result of hydrolysis and oxidation of unstable and chemically active CeH 2.73 .

Отличительными признаками изобретения являются: один из реагентов, последовательность и режимы термической обработки, получение конечного продукта гидрида церия двух составов - CeH2 в виде β- и γ-фаз и CeH2.73.Distinctive features of the invention are: one of the reagents, the sequence and modes of heat treatment, obtaining the final product of cerium hydride of two compositions - CeH 2 in the form of β and γ phases and CeH 2.73 .

Заявляемый интервал температур подобран экспериментально и является оптимальным. The inventive temperature range is selected experimentally and is optimal.

Применимость способа иллюстрируется примерами. The applicability of the method is illustrated by examples.

Пример 1. Получение гидрида церия состава CeH2.73
Тигель из стали (марка 1Х18Н9Т) с перемешанной шихтой, состоящей из безводного хлорида церия (III) (3.50 г, 0.014 г/мол) и гидрида лития (0.51 г, 0.064 г/мол), помещают в кварцевый реактор и устанавливают в печь. Реактор во время процесса продувают очищенным инертным газом. Температуру печи повышают в течение 90 мин до 740oC и после выдержки при этой температуре в течение 50 мин нагрев отключают. После охлаждения образовавшуюся реакционную смесь порциями выгружают в воду, охлажденную льдом. Порошок целевого продукта отфильтровывают, вытесняют из него воду спиртом, затем гексаном. Продукт хранят под гексаном.Example 1. Obtaining cerium hydride composition CeH 2.73
A steel crucible (grade 1X18H9T) with a mixed charge consisting of anhydrous cerium (III) chloride (3.50 g, 0.014 g / mol) and lithium hydride (0.51 g, 0.064 g / mol) is placed in a quartz reactor and installed in an oven. The reactor is flushed with purified inert gas during the process. The temperature of the furnace is increased over a period of 90 minutes to 740 ° C. and after holding at this temperature for 50 minutes, the heating is turned off. After cooling, the resulting reaction mixture was discharged in portions into ice-cooled water. The powder of the target product is filtered off, water is displaced from it with alcohol, then hexane. The product is stored under hexane.

По данным рентгенофазового анализа идентифицирована единственная фаза гидрида церия состава CeH2.73 с примесью CeO2. Параметры решеток,

Figure 00000003
отн. %:
CeH2.73 - 5.525 - 79%
CeO2 - 5.403 - 21%
Литературные данные: CeH2.73 a = 5.53
Figure 00000004
Кост М.Е., Гольдер Г.А., Журнал неорган, химии, т. 7, 1488 (1959) [12]); CeO2 a = 5.4110
Figure 00000005
(PDF. Inorganic Phases. Alphabetical Index. International Centre for Diffraction Data. USA. 4-0593 (1988) [13]).According to the X-ray phase analysis, the only phase of cerium hydride with the composition CeH 2.73 mixed with CeO 2 was identified. Lattice parameters,
Figure 00000003
rel. %:
CeH 2.73 - 5.525 - 79%
CeO 2 - 5.403 - 21%
References: CeH 2.73 a = 5.53
Figure 00000004
Kost M.E., Golder G.A., Journal of Inorgan, Chemistry, vol. 7, 1488 (1959) [12]); CeO 2 a = 5.4110
Figure 00000005
(PDF. Inorganic Phases. Alphabetical Index. International Center for Diffraction Data. USA. 4-0593 (1988) [13]).

Пример 2. Получение гидрида церия состава CeH2 (β- и γ-фазы)
Состав шихты: безводный хлорид церия (III) (4.00 г, 0.0162 г/мол) и гидрид лития (1.00 г, 0.126 г/мол). Процесс проводят аналогично примеру 1. Температуру печи повышают в течение 40 мин до 720oC и после выдержки при этой температуре в течение 75 мин снова повышают в течение 30 мин до 1000oC, затем нагрев отключают. По данным рентгенофазового анализа идентифицированы две фазы гидрида церия CeH2 (β и γ) с параметрами решеток,

Figure 00000006
отн. %:
(β) - 5.564 - 68%
(γ) - 5.637 - 32%
Литературные данные для фаз,
Figure 00000007

(β) - 5.581
(γ) - 5.645 (Ayphassorho C., C. r., 244, N 13, 1766 (1957)
[10]). Оксиды церия не обнаружены.Example 2. Obtaining cerium hydride composition CeH 2 (β - and γ-phase)
The composition of the charge: anhydrous cerium (III) chloride (4.00 g, 0.0162 g / mol) and lithium hydride (1.00 g, 0.126 g / mol). The process is carried out analogously to example 1. The temperature of the furnace is increased within 40 minutes to 720 o C and after holding at this temperature for 75 minutes again raised within 30 minutes to 1000 o C, then the heating is turned off. According to X-ray phase analysis, two phases of cerium hydride CeH 2 (β and γ) with lattice parameters were identified,
Figure 00000006
rel. %:
(β) - 5.564 - 68%
(γ) - 5.637 - 32%
Literature data for phases,
Figure 00000007

(β) - 5.581
(γ) - 5.645 (Ayphassorho C., C. r., 244, N 13, 1766 (1957)
[ten]). Cerium oxides were not detected.

Claims (3)

1. Способ получения гидрида церия, включающий термическую обработку исходных веществ, отличающийся тем, что в качестве исходных веществ используют безводный хлорид церия и гидрид лития, а термическую обработку ведут при 700 - 1000oC в инертной атмосфере с последующей выгрузкой реакционной массы в охлажденную воду, сушкой спиртом.1. A method of producing cerium hydride, including heat treatment of the starting materials, characterized in that anhydrous cerium chloride and lithium hydride are used as starting materials, and the heat treatment is carried out at 700 - 1000 o C in an inert atmosphere, followed by unloading the reaction mass in chilled water drying with alcohol. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для получения гидрида церия состава CeH2,73, термическую обработку ведут при 700 - 740oC.2. The method according to claim 1, characterized in that to obtain cerium hydride of the composition CeH 2.73 , the heat treatment is carried out at 700 - 740 o C. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для получения гидрида церия состава CeH2, содержащего β и γ фазы, термообработку ведут вначале при 720oC, а затем повышают температуру до 1000oC.3. The method according to claim 1, characterized in that to obtain cerium hydride of the composition CeH 2 containing β and γ phases, the heat treatment is carried out initially at 720 o C, and then the temperature is raised to 1000 o C.
RU98123709/12A 1998-12-28 1998-12-28 Method of preparing cerium hydride RU2158712C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU98123709/12A RU2158712C2 (en) 1998-12-28 1998-12-28 Method of preparing cerium hydride

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU98123709/12A RU2158712C2 (en) 1998-12-28 1998-12-28 Method of preparing cerium hydride

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU98123709A RU98123709A (en) 2000-10-20
RU2158712C2 true RU2158712C2 (en) 2000-11-10

Family

ID=20214029

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU98123709/12A RU2158712C2 (en) 1998-12-28 1998-12-28 Method of preparing cerium hydride

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2158712C2 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
КОСТ М.Е. и др. Соединения редкоземельных элементов. Гидриды, бориды, карбиды, фосфиды, иниктиды, халькогениды, псевдогалогениды. - М.: Наука, 1983, с. 7. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4215911B2 (en) Niobium powder agglomerates
Kennedy The effect of TiH2 heat treatment on gas release and foaming in Al–TiH2 preforms
Chou et al. Plasma production of metallic nanoparticles
US4241037A (en) Process for purifying silicon
Lee et al. Synthesis of nano-structured titanium carbide by Mg-thermal reduction
CN112875704B (en) Low-temperature preparation method of refractory metal carbide solid solution powder
US20100064852A1 (en) Method for purification of metal based alloy and intermetallic powders
CN112281014A (en) Preparation method of rare earth alloyed magnesium-lithium alloy or aluminum-lithium alloy
US5690889A (en) Production method for making rare earth compounds
Gani et al. The structure of plasma-prepared Al 2 O 3-TiO 2 powders
NO894770L (en) PROCEDURE FOR THE PREPARATION OF ALUMINUM NITRID.
Balakrishnan et al. Studies on the synthesis and sintering of nanocrystalline yttria
RU2158712C2 (en) Method of preparing cerium hydride
JP2000203825A (en) Gas carburization for production of pure tungsten carbide powder
Yan et al. Solid-solid synthesis and structural phase transition process of SmF3
JP2005047739A (en) TiC-BASED NANOCOMPOSITE POWDER BY METAL THERMAL REDUCTION METHOD, AND METHOD FOR SYNTHESIS OF THE SAME
US10611638B2 (en) Process for manufacturing a metal carbide, nitride, boride, or silicide in powder form
Bavbande et al. Studies on the kinetics of synthesis of TiC by calciothermic reduction of TiO 2 in presence of carbon
JP3885897B2 (en) Method for producing silicon sulfide
Osadchaya et al. Preparation of Cerium Hydrides.
Sarıyer et al. Production and Characterization of Ni0. 50 Al0. 50 and Ni0. 55 Al0. 45 Powders by Volume Combustion Synthesis
Tripathy On the thermal decomposition of vanadium nitride
US3918959A (en) Process for production of magnesium
JPH10203806A (en) Production of boron nitride powder
JPH0681011A (en) Production of alloy powder

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20081229