RU2466217C1 - Electrolytic method of obtaining ultrafine powder of gadolinium hexaboride - Google Patents

Electrolytic method of obtaining ultrafine powder of gadolinium hexaboride Download PDF

Info

Publication number
RU2466217C1
RU2466217C1 RU2011120024/07A RU2011120024A RU2466217C1 RU 2466217 C1 RU2466217 C1 RU 2466217C1 RU 2011120024/07 A RU2011120024/07 A RU 2011120024/07A RU 2011120024 A RU2011120024 A RU 2011120024A RU 2466217 C1 RU2466217 C1 RU 2466217C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gadolinium
potassium
chloride
electrolysis
hexaboride
Prior art date
Application number
RU2011120024/07A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Хасби Билялович Кушхов (RU)
Хасби Билялович Кушхов
Азиза Суфияновна Узденова (RU)
Азиза Суфияновна Узденова
Радина Аслановна Мукожева (RU)
Радина Аслановна Мукожева
Мадзера Кадировна Виндижева (RU)
Мадзера Кадировна Виндижева
Махмуд Мохаммед Али Салех (RU)
Махмуд Мохаммед Али Салех
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова
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 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова
Priority to RU2011120024/07A priority Critical patent/RU2466217C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2466217C1 publication Critical patent/RU2466217C1/en

Links

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: Anhydrous gadolinium trichloride is used as gadolinium source, potassium fluoroborate is used as boron source, and equimolar mixture of potassium and sodium chlorides is used as base electrolyte. Electrolysis is carried out in potentiostatic mode at temperature of 700±10°C, current densities of - 0.1 to - 1.0 A/cm2 and electrolysis potential of - 2.6 to -2.8 V relative to glass-carbon quasi-stationary comparison electrode.
EFFECT: obtaining pure ultrafine powder of gadolinium hexaboride; increase in synthesis rate of target product from molten electrolyte and reduction of costs.
2 cl, 3 ex

Description

Изобретение относится к электролитическим способам получения чистого гексаборида гадолиния.The invention relates to electrolytic methods for producing pure gadolinium hexaboride.

Наиболее близким является способ получения гексаборида гадолиния при помощи электролиза расплавленных сред [Самсонов Г.В. Тугоплавкие соединения редкоземельных металлов. М.: Изд-во «Металлургия», 1964, стр.53-55]. Электролиз осуществляется в графитовых тиглях, служащих одновременно анодом; катод изготовляется из графита или молибдена. В состав ванны для электролиза входят окислы редкоземельных металлов и борный ангидрид с добавками фторидов щелочных и щелочноземельных металлов для снижения температуры и вязкости ванны. Температура электролиза смесей составляет 950-1000°С, напряжение на ванне 3-15 В, плотность тока 0,3-3,0 А/см2. Состав ванны для получения гексаборида гадолиния: Сd2О3+2B2O3+MgO+MgF.The closest is a method for producing gadolinium hexaboride using electrolysis of molten media [G. Samsonov Refractory compounds of rare earth metals. M .: Publishing house "Metallurgy", 1964, p. 53-55]. Electrolysis is carried out in graphite crucibles, which simultaneously serve as an anode; the cathode is made of graphite or molybdenum. The composition of the bath for electrolysis includes oxides of rare earth metals and boric anhydride with the addition of alkali and alkaline earth metal fluorides to reduce the temperature and viscosity of the bath. The electrolysis temperature of the mixtures is 950-1000 ° C, the voltage on the bath 3-15 V, the current density of 0.3-3.0 A / cm 2 . The composition of the bath to obtain gadolinium hexaboride: Cd 2 O 3 + 2B 2 O 3 + MgO + MgF.

Как отмечается [Самсонов Г.В. Тугоплавкие соединения редкоземельных металлов. М.: Изд-во «Металлургия», 1964, стр.53-55], получение индивидуальной боридной фазы практически невозможно или очень затруднительно. Недостатками также являются высокая температура синтеза и сложность отделения целевого продукта от расплавленного электролита из-за низкой растворимости боратов и фторидов, загрязнение побочными продуктами, например боратами.As noted [G. Samsonov Refractory compounds of rare earth metals. M .: Publishing house "Metallurgy", 1964, p. 53-55], obtaining an individual boride phase is almost impossible or very difficult. The disadvantages are the high synthesis temperature and the difficulty of separating the target product from the molten electrolyte due to the low solubility of borates and fluorides, contamination by-products, such as borates.

Задачей изобретения является получение чистого ультрадисперсного порошка гексаборида гадолиния, повышение скорости синтеза целевого продукта из расплавленного электролита и снижение энергозатрат.The objective of the invention is to obtain a pure ultrafine powder of gadolinium hexaboride, increasing the rate of synthesis of the target product from the molten electrolyte and reducing energy consumption.

Сущность изобретения заключается в том, что осуществляется совместное электровыделение гадолиния и бора из хлоридного расплава на катоде и последующее взаимодействие их на атомарном уровне с образованием ультрадисперсных порошков гексаборида гадолиния. Процесс осуществляется в трехэлектродной кварцевой ячейке, где в качестве катода используется вольфрамовый стержень; электрод сравнения - стеклоуглеродная пластина; анод и одновременно контейнер - стеклоуглеродный тигель (также использовался алундовый тигель в качестве контейнера для расплава и стеклоуглеродная пластина в качестве анода).The essence of the invention lies in the fact that there is a joint electrowinning of gadolinium and boron from a chloride melt at the cathode and their subsequent interaction at the atomic level with the formation of ultrafine powders of gadolinium hexaboride. The process is carried out in a three-electrode quartz cell, where a tungsten rod is used as a cathode; reference electrode - glassy carbon plate; the anode and at the same time the container is a glassy carbon crucible (alundum crucible was also used as a container for melt and a glassy carbon plate as an anode).

Синтез ультрадисперсного порошка гексаборида гадолиния проводят посредством потенциостатического электролиза из эквимольного расплава KCl-NaCl, содержащего трихлорид гадолиния и фторборат калия. Потенцио-статический электролиз эквимольного расплава KCl-NaCl-GdCl3-KBF4 проводят на вольфрамовом электроде в пределах от -2,6 до -2,8 В относительно стеклоуглеродного квазистационарного электрода сравнения. Синтез проводят в атмосфере очищенного и осушенного аргона. Катодно-солевую грушу отмывают от фторида гадолиния во фториде калия.The ultrafine gadolinium hexaboride powder is synthesized by potentiostatic electrolysis from an equimolar KCl-NaCl melt containing gadolinium trichloride and potassium fluoroborate. Potentiostatic electrolysis of the equimolar melt KCl-NaCl-GdCl 3 -KBF 4 is carried out on a tungsten electrode in the range from -2.6 to -2.8 V relative to the glassy carbon quasistationary reference electrode. The synthesis is carried out in an atmosphere of purified and dried argon. The cathode-salt pear is washed from gadolinium fluoride in potassium fluoride.

В качества источника гадолиния используют безводный трихлорид гадолиния, в качестве источника бора - фторборат калия, в качестве фонового электролита - эквимольную смесь хлоридов калия и натрия при следующем соотношении компонентов, мас.%:Anhydrous gadolinium trichloride is used as a gadolinium source, potassium fluoroborate is used as a boron source, and an equimolar mixture of potassium and sodium chlorides is used as a background electrolyte in the following ratio of components, wt.%:

хлорид гадолиния 5,0-6,5gadolinium chloride 5.0-6.5

фторборат калия 7,5-10,5potassium fluoroborate 7.5-10.5

остальное - эквимольная смесь хлоридов калия и натрия.the rest is an equimolar mixture of potassium and sodium chlorides.

Электролиз ведут в потенциостатическом режиме при температуре 700±10°С, оптимальной для данного растворителя. Возможно осуществление синтеза и при более высокой температуре, однако повышение температуры приводит к испарению расплава, увеличению давления пара над расплавом, потере фторбората калия ввиду его термической нестойкости.The electrolysis is carried out in potentiostatic mode at a temperature of 700 ± 10 ° C, optimal for this solvent. It is possible to carry out synthesis at a higher temperature, however, an increase in temperature leads to evaporation of the melt, an increase in the vapor pressure above the melt, and a loss of potassium fluoroborate due to its thermal instability.

Выбор компонентов электролитической ванны произведен на основании термодинамического анализа и кинетических измерений совместного электровыделения гадолиния и бора из хлоридных расплавов. Из соединений гадолиния и бора, не содержащих кислород, хлорид гадолиния и фторборат калия являются достаточно низкоплавкими и хорошо растворимыми в эквимольном расплаве KCl-NaCl. Данный фоновый электролит выбран из следующих соображений: напряжение разложения расплавленной смеси KCl-NaCl больше напряжения разложения для расплавов GdCl3 и KBF4, к тому же хлориды щелочных металлов хорошо растворимы в воде.The components of the electrolytic bath were selected based on thermodynamic analysis and kinetic measurements of the combined electrowinning of gadolinium and boron from chloride melts. Of the oxygen-free gadolinium and boron compounds, gadolinium chloride and potassium fluoroborate are fairly low melting and well soluble in the equimolar KCl-NaCl melt. This background electrolyte is selected from the following considerations: the decomposition voltage of the molten KCl-NaCl mixture is greater than the decomposition voltage for the GdCl 3 and KBF 4 melts; moreover, alkali metal chlorides are highly soluble in water.

Фазовый состав идентифицирован методом рентгенофазового анализа на дифрактометре ДРОН-6, результаты констатировали наличие только фазы GdB6.The phase composition was identified by X-ray phase analysis on a DRON-6 diffractometer, the results observed the presence of only the GdB 6 phase.

Пример 1. В стеклоуглеродный тигель объемом 40 см3 помещали солевую смесь массой 38,37 г, содержащую 2,1 г GdCl3 (5,5 мас.%); 3,01 г KBF4 (7,8 мас.%); 18,63 г KCl (48,6 мас.%); 14,63 г NaCl (38,1 мас.%). Тигель с солевой смесью помещают в кварцевую ячейку и в атмосфере сухого аргона выдерживают до температуры расплавления системы (700±10°С). По достижении рабочей температуры в расплав опускают вольфрамовый катод. Электролиз проводят при потенциале -2,6÷-2,8 В относительно стеклоуглеродного электрода сравнения (плотность тока - 0,80 А/см2), продолжительность электролиза 110-120 мин. Катодно-солевую грушу отмывают от фторида гадолиния во фториде калия. Удельная поверхность порошков GdB6 - 5÷10 м2/г.Example 1. In a glass-carbon crucible with a volume of 40 cm 3 was placed a salt mixture weighing 38.37 g, containing 2.1 g of GdCl 3 (5.5 wt.%); 3.01 g of KBF 4 (7.8 wt.%); 18.63 g of KCl (48.6 wt.%); 14.63 g of NaCl (38.1 wt.%). The crucible with the salt mixture is placed in a quartz cell and kept in a dry argon atmosphere until the system melts (700 ± 10 ° С). Upon reaching operating temperature, a tungsten cathode is lowered into the melt. The electrolysis is carried out at a potential of -2.6 ÷ -2.8 V relative to the glassy carbon reference electrode (current density - 0.80 A / cm 2 ), the duration of the electrolysis is 110-120 minutes The cathode-salt pear is washed from gadolinium fluoride in potassium fluoride. The specific surface of GdB 6 powders is 5 ÷ 10 m 2 / g.

Пример 2. В стеклоуглеродный тигель объемом 40 см3 помещали солевую смесь массой 38,1 г, содержащую 2,3 г GdCl3 (6,0 мас.%); 3,3 г KBF4 (8,7 мас.%); 18,2 г KCl (47,8 мас.%); 14,3 г NaCl (37,5 мас.%). Тигель с солевой смесью помещают в кварцевую ячейку и в атмосфере сухого аргона выдерживают до температуры расплавления системы (700±10°С). По достижении рабочей температуры в расплав опускают вольфрамовый катод. Электролиз проводят при потенциале -2,7÷-2,9 В относительно стеклоуглеродного электрода сравнения (плотность тока - 0,85 А/см2), продолжительность электролиза 110-120 мин. Катодно-солевую грушу отмывают от фторида гадолиния во фториде калия. Удельная поверхность порошков GdB6 - 5÷10 м2/г.Example 2. In a glass-carbon crucible with a volume of 40 cm 3 was placed a salt mixture weighing 38.1 g, containing 2.3 g of GdCl 3 (6.0 wt.%); 3.3 g KBF 4 (8.7 wt.%); 18.2 g of KCl (47.8 wt.%); 14.3 g of NaCl (37.5 wt.%). The crucible with the salt mixture is placed in a quartz cell and kept in a dry argon atmosphere until the system melts (700 ± 10 ° С). Upon reaching operating temperature, a tungsten cathode is lowered into the melt. The electrolysis is carried out at a potential of -2.7 ÷ -2.9 V relative to the glassy carbon reference electrode (current density - 0.85 A / cm 2 ), the duration of the electrolysis is 110-120 minutes The cathode-salt pear is washed from gadolinium fluoride in potassium fluoride. The specific surface of GdB 6 powders is 5 ÷ 10 m 2 / g.

Пример 3. В алундовый тигель объемом 60 см3 помещали солевую смесь массой 51,13 г, содержащую 2,8 г GdCl3 (5,5 мас.%); 4,0 г KBF4 (7,8 мас.%); 24,83 г KCl (48,6 мас.%); 19,5 г NaCl (38,1 мас.%). Тигель с солевой смесью помещают в кварцевую ячейку и в атмосфере сухого аргона выдерживают до температуры расплавления системы (700±10°С). По достижении рабочей температуры в расплав опускают вольфрамовый катод. Электролиз проводят при потенциале -2,7÷-2,9 В относительно стеклоуглеродного электрода сравнения (плотность тока -0,9 А/см2), продолжительность электролиза 110-120 мин. Катодно-солевую грушу отмывают от фторида гадолиния во фториде калия. Удельная поверхность порошков GdB6 - 5÷10 м2/г.Example 3. In an alundum crucible with a volume of 60 cm 3, a salt mixture weighing 51.13 g containing 2.8 g of GdCl 3 (5.5 wt.%) Was placed; 4.0 g KBF 4 (7.8 wt.%); 24.83 g of KCl (48.6 wt.%); 19.5 g of NaCl (38.1 wt.%). The crucible with the salt mixture is placed in a quartz cell and kept in a dry argon atmosphere until the system melts (700 ± 10 ° С). Upon reaching operating temperature, a tungsten cathode is lowered into the melt. The electrolysis is carried out at a potential of -2.7 ÷ -2.9 V relative to the glassy carbon reference electrode (current density -0.9 A / cm 2 ), the duration of the electrolysis is 110-120 minutes The cathode-salt pear is washed from gadolinium fluoride in potassium fluoride. The specific surface of GdB 6 powders is 5 ÷ 10 m 2 / g.

Техническим результатом является получение чистого ультрадисперсного порошка гексаборида гадолиния, повышение скорости синтеза целевого продукта из расплавленного электролита и снижение энергозатрат.The technical result is to obtain a pure ultrafine powder of gadolinium hexaboride, increasing the synthesis rate of the target product from the molten electrolyte and reducing energy consumption.

Claims (2)

1. Электролитический способ получения ультрадисперсного порошка гексаборида гадолиния, включающий синтез гексаборида гадолиния из расплавленных сред, отличающийся тем, что синтез проводят из хлоридного расплава в атмосфере очищенного и осушенного аргона, в качестве источника гадолиния используют безводный хлорид гадолиния, источника бора - фторборат калия, фонового электролита - эквимольную смесь хлорид калия и хлорид натрия при следующем соотношении компонентов, мас.%:
хлорид гадолиния 5,0-6,5 фторборат калия 7,5-10,5 эквимолярная смесь хлоридов калия и натрия остальное
1. The electrolytic method for producing ultrafine powder of gadolinium hexaboride, including the synthesis of gadolinium hexaboride from molten media, characterized in that the synthesis is carried out from a chloride melt in an atmosphere of purified and dried argon, anhydrous gadolinium chloride, a source of boron fluoride, boron fluoride are used as a gadolinium source electrolyte - equimolar mixture of potassium chloride and sodium chloride in the following ratio of components, wt.%:
gadolinium chloride 5.0-6.5 potassium fluoroborate 7.5-10.5 equimolar mixture of potassium and sodium chlorides rest
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что синтез проводят при температуре 700±10°С, плотностях тока от -0,1 до -1,0 А/см2 и потенциалах электролиза от -2,6 до -2,8 В относительно стеклоуглеродного квазистационарного электрода сравнения. 2. The method according to claim 1, characterized in that the synthesis is carried out at a temperature of 700 ± 10 ° C, current densities from -0.1 to -1.0 A / cm 2 and electrolysis potentials from -2.6 to -2, 8 V with respect to the glassy carbon quasistationary reference electrode.
RU2011120024/07A 2011-05-18 2011-05-18 Electrolytic method of obtaining ultrafine powder of gadolinium hexaboride RU2466217C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011120024/07A RU2466217C1 (en) 2011-05-18 2011-05-18 Electrolytic method of obtaining ultrafine powder of gadolinium hexaboride

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011120024/07A RU2466217C1 (en) 2011-05-18 2011-05-18 Electrolytic method of obtaining ultrafine powder of gadolinium hexaboride

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2466217C1 true RU2466217C1 (en) 2012-11-10

Family

ID=47322292

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011120024/07A RU2466217C1 (en) 2011-05-18 2011-05-18 Electrolytic method of obtaining ultrafine powder of gadolinium hexaboride

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2466217C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4146438A (en) * 1976-03-31 1979-03-27 Diamond Shamrock Technologies S.A. Sintered electrodes with electrocatalytic coating
RU2123975C1 (en) * 1997-09-05 1998-12-27 Институт неорганической химии СО РАН Method of preparing rare-earth metal borides
RU2389684C2 (en) * 2008-04-07 2010-05-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова Electrolytic method of obtaining nanosized powder of neodymium hexoboride
RU2393115C2 (en) * 2008-08-04 2010-06-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова Electrolytic method for synthesis of praseodymium hexaboride

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4146438A (en) * 1976-03-31 1979-03-27 Diamond Shamrock Technologies S.A. Sintered electrodes with electrocatalytic coating
RU2123975C1 (en) * 1997-09-05 1998-12-27 Институт неорганической химии СО РАН Method of preparing rare-earth metal borides
RU2389684C2 (en) * 2008-04-07 2010-05-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова Electrolytic method of obtaining nanosized powder of neodymium hexoboride
RU2393115C2 (en) * 2008-08-04 2010-06-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова Electrolytic method for synthesis of praseodymium hexaboride

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
САМСОНОВ Г.В. Тугоплавкие соединения редкоземельных металлов. - М.: Металлургия, 1964, с.53-55. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lee et al. Development of a novel electrolytic process for producing high-purity magnesium metal from magnesium oxide using a liquid tin cathode
GB682919A (en) A new or improved process for the production of metallic titanium
KR880012798A (en) Process for producing a master alloy consisting of iron and neodymium by electrolysis
RU2477340C2 (en) Electrolytic method for obtaining ultradisperse powder of lanthanum hexaboride
Haarberg et al. Electrodeposition of iron from molten mixed chloride/fluoride electrolytes
RU2389684C2 (en) Electrolytic method of obtaining nanosized powder of neodymium hexoboride
CN102433572A (en) Production process for preparing magnesium-gadolinium alloy by fused salt electrolysis method
RU2722753C1 (en) Electrochemical method of producing microdisperse powders of metal hexaborides of lanthanide group
Sharma A new electrolytic magnesium production process
RU2466217C1 (en) Electrolytic method of obtaining ultrafine powder of gadolinium hexaboride
RU2393115C2 (en) Electrolytic method for synthesis of praseodymium hexaboride
JP2003049291A (en) Method for manufacturing metal lithium
RU2466090C1 (en) Electrolytic method of producing ultrafine cerium hexaboride powder
RU2510630C1 (en) Electrolytic method for obtaining ultrafine powder of dysprosium hexaboride
Jeoung et al. A novel electrolytic process using a Cu cathode for the production of Mg metal from MgO
RU2274680C2 (en) Method of production of metals by electrolysis of the molten salts
RU2540277C1 (en) Electrolytic method of obtaining nanosized cerium hexaboride powder
Kjos et al. Electrochemical production of titanium from oxycarbide anodes
US2798844A (en) Electrolyte for titanium production
RU2507314C1 (en) Electrolytic method of producing ultrafine gadolinium hexaboride powder
RU2629184C2 (en) Electrolytic method of obtaining nanosized lanthanum silicide powders
US3902973A (en) Electrolytic preparation of lanthanide and actinide hexaborides using a molten, cryolite-base electrolyte
RU2415973C2 (en) Procedure for production of aluminium by electrolysis of melt
US2848396A (en) Electrochemical preparation of boron
RU2539523C1 (en) Electrolytic method of obtaining nanosized cerium disilicide powder

Legal Events

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

Effective date: 20140519