RU2466217C1 - Electrolytic method of obtaining ultrafine powder of gadolinium hexaboride - Google Patents
Electrolytic method of obtaining ultrafine powder of gadolinium hexaboride Download PDFInfo
- 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
Links
Abstract
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)
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)
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 |
-
2011
- 2011-05-18 RU RU2011120024/07A patent/RU2466217C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
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)
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 |