RU2507314C1 - Electrolytic method of producing ultrafine gadolinium hexaboride powder - Google Patents
Electrolytic method of producing ultrafine gadolinium hexaboride powder Download PDFInfo
- Publication number
- RU2507314C1 RU2507314C1 RU2012147089/02A RU2012147089A RU2507314C1 RU 2507314 C1 RU2507314 C1 RU 2507314C1 RU 2012147089/02 A RU2012147089/02 A RU 2012147089/02A RU 2012147089 A RU2012147089 A RU 2012147089A RU 2507314 C1 RU2507314 C1 RU 2507314C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gadolinium
- potassium
- synthesis
- electrolysis
- powder
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к электролитическим способам получения чистого ультрадисперсного порошка гексаборида гадолиния.The invention relates to electrolytic methods for producing pure ultrafine powder of gadolinium hexaboride.
Наиболее близким является способ получения гексаборида гадолиния при помощи электролиза расплавленных сред [Кушхов Х.Б., Узденова А.С., Мукожева Р.А., Виндижева М.К., Салех М.М.А. Электролитический способ получения ультрадисперсного порошка гексаборида гадолиния. Заявка №2011120024/07(029576) Решение о выдаче патента от 21.02.2012]. Электролиз осуществляется в стеклоуглеродном тигле, служащем одновременно анодом или алундовом тигле; катод изготовляется из вольфрама. В состав ванны для электролиза входят хлорид гадолиния и фторборат калия, фоновым электролитом служила эквимольная смесь хлоридов натрия и калия. Температура электролиза смесей составляет 690-710°C, напряжение на ванне от -2,6 до -2,8 В, плотность тока 0,1-1,0 А/см2. Состав ванны для получения гексаборида гадолиния: GdCl3+KBF4+NaCl+KCl.The closest is the method of producing gadolinium hexaboride by electrolysis of molten media [Kushkhov Kh.B., Uzdenova A.S., Mukozheva R.A., Vindizheva M.K., Salekh M.M.A. Electrolytic method for producing ultrafine gadolinium hexaboride powder. Application No. 2011120024/07 (029576) Decision on the grant of a patent dated 02.21.2012]. Electrolysis is carried out in a glassy carbon crucible, which simultaneously serves as the anode or alundum crucible; the cathode is made of tungsten. The electrolysis bath contains gadolinium chloride and potassium fluoroborate; an equimolar mixture of sodium and potassium chlorides served as the background electrolyte. The temperature of the electrolysis of the mixtures is 690-710 ° C, the voltage on the bath is from -2.6 to -2.8 V, the current density is 0.1-1.0 A / cm 2 . The composition of the bath to obtain gadolinium hexaboride: GdCl 3 + KBF 4 + NaCl + KCl.
Недостатками этого способа являются высокая температура синтеза.The disadvantages of this method are the high temperature synthesis.
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 synthesis rate 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 стеклоугле-родная 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-CsCl, содержащего трихлорид гадолиния и фторборат калия. По-тенциостатический электролиз эквимольного расплава KCl-NaCl-CsCl-GdCl3-KBF4 проводят на вольфрамовом электроде в пределах от -2,4 до -2,6 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-CsCl melt containing gadolinium trichloride and potassium fluoroborate. Potentiostatic electrolysis of the equimolar melt KCl-NaCl-CsCl-GdCl 3 -KBF 4 is carried out on a tungsten electrode in the range from -2.4 to -2.6 V relative to a 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 - эвтектическую смесь хлоридов калия, натрия и цезия при следующем соотношении компонентов, мас.%:Anhydrous gadolinium trichloride is used as a gadolinium source, potassium fluoroborate is used as a boron source, and a eutectic mixture of potassium, sodium and cesium chlorides is used as a background electrolyte in the following ratio of components, wt.%:
хлорид гадолиния 3,0÷7,0;gadolinium chloride 3.0 ÷ 7.0;
фторборат калия 6,0÷10,0;potassium fluoroborate 6.0 ÷ 10.0;
остальное - эвтектическая смесь хлоридов калия, натрия и цезия.the rest is a eutectic mixture of potassium, sodium and cesium chlorides.
Электролиз ведут в потенциостатическом режиме при температуре 550±10°C, оптимальной для данного растворителя. Возможно осуществление синтеза и при более высокой температуре, однако повышение температуры приводит к испарению расплава, увеличению давления пара над расплавом, потери фторбората калия ввиду его термической нестойкости.The electrolysis is carried out in potentiostatic mode at a temperature of 550 ± 10 ° C, optimal for this solvent. It is possible to carry out synthesis at a higher temperature, however, an increase in temperature leads to the evaporation of the melt, an increase in the vapor pressure above the melt, and the 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-CsCl. Данный фоновый электролит выбран из следующих соображений: напряжение разложения расплавленной смеси KCl-NaCl-CsCl 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-CsCl melt. This background electrolyte is selected from the following considerations: the decomposition voltage of the molten KCl-NaCl-CsCl 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 diffraction analysis on a DRON-6 diffractometer, the results noted the presence of only the GdB6 phase.
Пример 1. В стеклоуглеродный тигель объемом 40 см3 помещали солевую смесь массой 37,61 г, содержащую 2,53 г GdCl3 (6,7 мас.%); 3,63 г KBF4 (9,66 мас.%); 20,67 г CsCl (54,97 мас.%), 5,48 г KCl (14,57 мас.%); 5,3 г NaCl (14,1 мас.%). Тигель с солевой смесью помещают в кварцевую ячейку, и в атмосфере сухого аргона выдерживают до температуры расплавления системы (550°C). По достижении рабочей температуры в расплав опускают вольфрамовый катод. Электролиз проводят при потенциале -2,4÷2,5 В относи-тельно стеклоуглеродного электрода сравнения (плотность тока -0,85 А/см2), продолжительность электролиза 110÷120 мин. Катодно-солевую грушу отмывают от фторида гадолиния во фториде калия. Размер частиц полученного порошка гексаборида гадолиния 50-70 nm.Example 1. In a glass-carbon crucible with a volume of 40 cm 3 was placed a salt mixture weighing 37.61 g, containing 2.53 g of GdCl3 (6.7 wt.%); 3.63 g of KBF 4 (9.66 wt.%); 20.67 g of CsCl (54.97 wt.%), 5.48 g of KCl (14.57 wt.%); 5.3 g of NaCl (14.1 wt.%). The crucible with the salt mixture is placed in a quartz cell, and in a dry argon atmosphere is maintained until the system melts (550 ° C). Upon reaching operating temperature, a tungsten cathode is lowered into the melt. The electrolysis is carried out at a potential of -2.4 ÷ 2.5 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 particle size of the obtained gadolinium hexaboride powder is 50-70 nm.
Пример 2. В стеклоуглеродный тигель объемом 40 см3 помещали солевую смесь массой 35,8 г, содержащую 2,2 г GdCl3 (6,1 мас.%); 2,15 г KBF4 (6,05 мас.%); 20,67 г CsCl (57,75 мас.%), 5,48 г KCl (15,3 мас.%); 5,3 г NaCl (14,8 мас.%). Тигель с солевой смесью помещают в кварцевую ячейку и в атмосфере сухого аргона выдерживают до температуры расплавления системы (550°C). По достижении рабочей температуры в расплав опускают вольфрамовый катод. Электролиз проводят при потенциале -2,5÷-2,6 В относительно стеклоуглеродного электрода сравнения (плотность тока -0,12 А/см2), продолжительность электролиза 110÷120 мин. Катодно-солевую грушу отмывают от фторида гадолиния во фториде калия. Размер частиц полученного порошка гексаборида гадолиния 90-110 nm.Example 2. In a glass-carbon crucible with a volume of 40 cm 3 was placed a salt mixture weighing 35.8 g, containing 2.2 g of GdCl 3 (6.1 wt.%); 2.15 g KBF 4 (6.05 wt.%); 20.67 g of CsCl (57.75 wt.%), 5.48 g of KCl (15.3 wt.%); 5.3 g of NaCl (14.8 wt.%). The crucible with the salt mixture is placed in a quartz cell and kept in a dry argon atmosphere until the system melts (550 ° C). Upon reaching operating temperature, a tungsten cathode is lowered into the melt. The electrolysis is carried out at a potential of -2.5 ÷ -2.6 V relative to the glassy carbon reference electrode (current density -0.12 A / cm 2 ), the duration of the electrolysis 110 ÷ 120 minutes The cathode-salt pear is washed from gadolinium fluoride in potassium fluoride. The particle size of the obtained powder of gadolinium hexaboride 90-110 nm.
Пример 3. В стеклоуглеродный тигель объемом 40 см3 помещали солевую смесь массой 33,87 г, содержащую 1,9 г GdCl3 (5,6 мас.%); 2,73 г KBF4 (8,05 мас.%); 19,94 г CsCl (58,9 мас.%), 4,74 г KCl (14,0 мас.%); 4,56 г NaCl (13,45 мас.%). Тигель с солевой смесью помещают в кварцевую ячейку и в атмосфере сухого аргона выдерживают до температуры расплавления системы (550°C). По достижении рабочей температуры в расплав опускают вольф-рамовый катод. От источника подают ток -0,6 А (плотность тока -0,5 А/см). Потенциал -3,5 В, продолжительность электролиза 80÷90 мин. Катодно-солевую грушу отмывают от фторида гадолиния во фториде калия. Размер частиц полученного порошка гексаборида гадолиния 70-90 nm.Example 3. In a glass-carbon crucible with a volume of 40 cm 3 was placed a salt mixture weighing 33.87 g, containing 1.9 g of GdCl 3 (5.6 wt.%); 2.73 g of KBF 4 (8.05 wt.%); 19.94 g of CsCl (58.9 wt.%), 4.74 g of KCl (14.0 wt.%); 4.56 g of NaCl (13.45 wt.%). The crucible with the salt mixture is placed in a quartz cell and kept in a dry argon atmosphere until the system melts (550 ° C). Upon reaching operating temperature, a tungsten cathode is lowered into the melt. A current of -0.6 A (current density -0.5 A / cm) is supplied from the source. Potential -3.5 V, electrolysis duration 80 ÷ 90 min. The cathode-salt pear is washed from gadolinium fluoride in potassium fluoride. The particle size of the obtained gadolinium hexaboride powder is 70-90 nm.
Пример 4. В алундовый тигель объемом 60 см3 помещали солевую смесь массой 58,43 г, содержащую 2,0 г GdCl3 (3,4 мас.%); 3,83 г KBF4 (6,6 мас.%); 36,3 г CsCl (62,1 мас.%), 8,3 г KCl (14,2 мас.%); 8,0 г NaCl (13,7 мас.%). Тигель с солевой смесью помещают в кварцевую ячейку и в атмосфере сухого аргона, выдерживают до температуры расплавления системы (550°C). По достижении рабочей температуры в расплав опускают вольфрамовый катод. Электролиз проводят при потенциале -2,4÷-2,5 В относительно стеклоуглеродного электрода сравнения (плотность тока -0,4 А/см2), продолжительность электролиза 110-5-120 мин. Катодно-солевую грушу отмывают от фторида гадолиния во фториде калия. Размер частиц полученного порошка гексаборида гадолиния 80-110 nm.Example 4. In an alundum crucible with a volume of 60 cm 3, a salt mixture weighing 58.43 g containing 2.0 g of GdCl 3 (3.4 wt.%) Was placed; 3.83 g of KBF 4 (6.6 wt.%); 36.3 g of CsCl (62.1 wt.%), 8.3 g of KCl (14.2 wt.%); 8.0 g of NaCl (13.7 wt.%). The crucible with the salt mixture is placed in a quartz cell and in an atmosphere of dry argon, kept to the melting temperature of the system (550 ° C). Upon reaching operating temperature, a tungsten cathode is lowered into the melt. The electrolysis is carried out at a potential of -2.4 ÷ -2.5 V relative to the glassy carbon reference electrode (current density -0.4 A / cm 2 ), the duration of the electrolysis is 110-5-120 minutes The cathode-salt pear is washed from gadolinium fluoride in potassium fluoride. The particle size of the obtained powder of gadolinium hexaboride 80-110 nm.
Техническим результатом является: получение чистого ультрадисперсного порошка гексаборида гадолиния, повышение скорости синтеза целевого продукта из расплавленного электролита и снижение энергозатрат.The technical result is: obtaining a pure ultrafine powder of gadolinium hexaboride, increasing the rate of synthesis of the target product from the molten electrolyte and reducing energy consumption.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012147089/02A RU2507314C1 (en) | 2012-11-06 | 2012-11-06 | Electrolytic method of producing ultrafine gadolinium hexaboride powder |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012147089/02A RU2507314C1 (en) | 2012-11-06 | 2012-11-06 | Electrolytic method of producing ultrafine gadolinium hexaboride powder |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2507314C1 true RU2507314C1 (en) | 2014-02-20 |
Family
ID=50113304
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012147089/02A RU2507314C1 (en) | 2012-11-06 | 2012-11-06 | Electrolytic method of producing ultrafine gadolinium hexaboride powder |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2507314C1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU121561A1 (en) * | 1958-10-06 | 1958-11-30 | Ю.Б. Падерно | Method for producing rare earth borides from their oxides |
RU2123975C1 (en) * | 1997-09-05 | 1998-12-27 | Институт неорганической химии СО РАН | Method of preparing rare-earth metal borides |
US20100028235A1 (en) * | 2006-02-06 | 2010-02-04 | Lu-Chang Qin | Synthesis and Processing of Rare-Earth Boride Nanowires as Electron Emitters |
-
2012
- 2012-11-06 RU RU2012147089/02A patent/RU2507314C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU121561A1 (en) * | 1958-10-06 | 1958-11-30 | Ю.Б. Падерно | Method for producing rare earth borides from their oxides |
RU2123975C1 (en) * | 1997-09-05 | 1998-12-27 | Институт неорганической химии СО РАН | Method of preparing rare-earth metal borides |
US20100028235A1 (en) * | 2006-02-06 | 2010-02-04 | Lu-Chang Qin | Synthesis and Processing of Rare-Earth Boride Nanowires as Electron Emitters |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
BUKATOVA G.A. et al. Elecrtochemical synthesis of GdB6 nanotubes. 206th meeting the Electrochemical Society. 03-08 October 2004, abs. 252. BUKATOVA G.A. et al. Electrosynthesis of gadolinium hexaboride nanotubes. Electrochemistry communications, 2005, v.7, issue 6, p.637-341. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2507314C1 (en) | Electrolytic method of producing ultrafine gadolinium hexaboride powder | |
RU2477340C2 (en) | Electrolytic method for obtaining ultradisperse powder of lanthanum hexaboride | |
RU2722753C1 (en) | Electrochemical method of producing microdisperse powders of metal hexaborides of lanthanide group | |
US3226311A (en) | Process of producing calcium by electrolysis | |
RU2389684C2 (en) | Electrolytic method of obtaining nanosized powder of neodymium hexoboride | |
RU2274680C2 (en) | Method of production of metals by electrolysis of the molten salts | |
RU2466217C1 (en) | Electrolytic method of obtaining ultrafine powder of gadolinium hexaboride | |
RU2466090C1 (en) | Electrolytic method of producing ultrafine cerium hexaboride powder | |
RU2510630C1 (en) | Electrolytic method for obtaining ultrafine powder of dysprosium hexaboride | |
RU2629184C2 (en) | Electrolytic method of obtaining nanosized lanthanum silicide powders | |
US2892763A (en) | Production of pure elemental silicon | |
RU2393115C2 (en) | Electrolytic method for synthesis of praseodymium hexaboride | |
US2798844A (en) | Electrolyte for titanium production | |
RU2540277C1 (en) | Electrolytic method of obtaining nanosized cerium hexaboride powder | |
CN101386996B (en) | High conductivity low-temperature electrolytes for aluminum electrolysis and use method thereof | |
RU2539523C1 (en) | Electrolytic method of obtaining nanosized cerium disilicide powder | |
RU2008124077A (en) | METHOD FOR PRODUCING ALUMINUM ALLOYS | |
US1567318A (en) | Method of making metallic magnesium | |
RU2661298C2 (en) | Method for obtaining of a tungsten carbide powder | |
RU2695346C1 (en) | Electrolytic method of producing superdispersed powder of cerium and cobalt boride | |
RU2428370C2 (en) | Method for production of carbon nanotubes | |
US4464234A (en) | Production of aluminum metal by electrolysis of aluminum sulfide | |
US2024242A (en) | Apparatus for producing anhydrous magnesium chloride | |
Golovnykh et al. | Investigation of physicochemical and technological properties of sodium tetrafluoroaluminate | |
RU2661481C2 (en) | Electrolytic method for obtaining nanosized powders of lanthanum intermetallides with cobalt |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20151107 |