RU2539593C1 - Electrochemical method of obtaining of powder of calcium hexaboride - Google Patents

Electrochemical method of obtaining of powder of calcium hexaboride Download PDF

Info

Publication number
RU2539593C1
RU2539593C1 RU2013153640/04A RU2013153640A RU2539593C1 RU 2539593 C1 RU2539593 C1 RU 2539593C1 RU 2013153640/04 A RU2013153640/04 A RU 2013153640/04A RU 2013153640 A RU2013153640 A RU 2013153640A RU 2539593 C1 RU2539593 C1 RU 2539593C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
calcium
electrolysis
powder
current
cathode
Prior art date
Application number
RU2013153640/04A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Кирилл Рауильевич Каримов
Николай Иванович Шуров
Яков Борисович Чернов
Евгений Сергеевич Филатов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук
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 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук
Priority to RU2013153640/04A priority Critical patent/RU2539593C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2539593C1 publication Critical patent/RU2539593C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Electrolytic Production Of Metals (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: salt melt is used which contains calcium chloride with the additives of calcium oxide and boric anhydride at aggregate concentration of additives 6÷7 wt %, during electrolysis a mass ratio of boric anhydride to calcium oxide is maintained within 3.72±0.01 wt %, electrolysis is conducted in the temperature interval 800÷850°C, with initial impulse of density of cathode current 0.50 A/cm2 within 1.5 s, and then at constant current 4.5 A and current density 0.10 A/cm2 within 1.5÷3 hours.
EFFECT: method allows to obtain a target product by direct electrochemical deposition of calcium hexaboride on the cathode, it has an increased current efficiency at the simplified method of obtaining of the target product.
2 ex, 2 dwg

Description

Изобретение относится к получению порошковых боридов, в частности к получению порошкового гексаборида кальция (СаВ6) с размером частиц 3÷45 мкм, который может быть использован в сильноточной электронике для изготовления катодов - термоэмиттеров высокой мощности, а также в качестве матрицы композиционного анодного материала в химических источниках тока.The invention relates to the production of powder borides, in particular to the production of powdered calcium hexaboride (CaB 6 ) with a particle size of 3 ÷ 45 μm, which can be used in high-current electronics for the manufacture of cathodes - high-power thermoemitters, as well as a matrix of composite anode material in chemical current sources.

Известен способ получения порошкообразного гексаборида кальция, в котором порошковую смесь бора и карбоната кальция с размером частиц 50÷60 мкм подают в струю аргоно-азотно-водородной плазмы с температурой 5600÷6000°C, где в течение очень короткого времени происходит термосинтез борида кальция SU 1810298, опубл. 23.04.1993 [1]. Синтезированный продукт собирают в охлаждаемом конденсаторе, средний размер полученных частиц 95÷110 нм. Согласно данному способу синтез борида происходит в газовой фазе. Способ имеет высокую производительность, однако требует высоких температур, сложного оборудования, а также порошкового элементарного бора, стоимость которого составляет сегодня от 8 до 12 тыс. руб/кг в зависимости от его чистоты. Исходя из этого, затраты на производство единицы массы целевого продукта будут очень высокими.A known method of producing powdered calcium hexaboride in which a powder mixture of boron and calcium carbonate with a particle size of 50 ÷ 60 μm is fed into a stream of argon-nitrogen-hydrogen plasma with a temperature of 5600 ÷ 6000 ° C, where the thermosynthesis of calcium boride SU takes place within a very short time 1810298, publ. 04/23/1993 [1]. The synthesized product is collected in a cooled condenser, the average particle size of the resulting particles 95 ÷ 110 nm. According to this method, the synthesis of boride occurs in the gas phase. The method has high performance, but requires high temperatures, sophisticated equipment, and also powder elemental boron, the cost of which is today from 8 to 12 thousand rubles / kg, depending on its purity. Based on this, the cost of producing a unit mass of the target product will be very high.

Известен способ получения порошкообразного гексаборида кальция термическим восстановлением карбоната кальция (CaCO3) элементарным бором при температуре 1400÷1500°C с последующим механическим размолом полученного спеченного продукта и водной отмывкой порошка борида (Высокотемпературные бориды. Серебрякова Т.И., Неронов В.А., Пешев П.Д. - М: Металлургия. Челябинское отделение. 1991) [2]. Способ требует высоких температур и механического размола спеченного продукта, где продукт загрязняется примесями с дробящих тел и стенок мельницы.A known method of producing powdered calcium hexaboride by thermal reduction of calcium carbonate (CaCO 3 ) with elemental boron at a temperature of 1400 ÷ 1500 ° C, followed by mechanical grinding of the obtained sintered product and water washing of boride powder (High-temperature borides. Serebryakova TI, Neronov VA , Peshev PD - M: Metallurgy. Chelyabinsk branch. 1991) [2]. The method requires high temperatures and mechanical grinding of the sintered product, where the product is contaminated with impurities from crushing bodies and the walls of the mill.

На снижение температуры синтеза, повышение выхода целевого продукта, на использование менее дорогих реактивов направлен электрохимический способ получения порошкообразного гексаборида кальция (CN 102242371, опубл. 16.11.2011) [3], который может быть принят в качестве прототипа к заявленному способу. Данный способ осуществляют в два этапа. На первом этапе порошки кальций- и борсодержащего сырья в заданном атомном соотношении кальция к бору 1:6 тщательно смешивают, смесь загружают в воду, полученную взвесь нагревают с перемешиванием при температуре 80÷100°C в течение 2 часов. В течение этого времени происходит гидротермальный синтез бората кальция примерного валового состава CaC6O10 с выпадением его в осадок. Осадок отделяют от воды фильтрованием, подсушивают до сыпучего состояния и прессуют в таблетки диаметром ≈5 и толщиной ≈3 мм. Полученные таблетки спекают в муфельной печи при температуре 650°C в течение 3 часов, их остаточная пористость находится в пределах 20÷30%. Подготовленные таким образом таблетки пористого бората кальция помещают в проволочную корзину, подвешенную на молибденовом стержне-токоподводе.An electrochemical method for producing powdered calcium hexaboride (CN 102242371, published on November 16, 2011) [3], which can be adopted as a prototype of the claimed method, is aimed at lowering the synthesis temperature, increasing the yield of the target product, and using less expensive reagents. This method is carried out in two stages. At the first stage, powders of calcium and boron-containing raw materials in a given atomic ratio of calcium to boron of 1: 6 are thoroughly mixed, the mixture is loaded into water, the resulting suspension is heated with stirring at a temperature of 80 ÷ 100 ° C for 2 hours. During this time, hydrothermal synthesis of calcium borate of an approximate total composition of CaC 6 O 10 occurs with its precipitation. The precipitate is separated from the water by filtration, dried to a granular state and pressed into tablets with a diameter of ≈5 and a thickness of ≈3 mm. The obtained tablets are sintered in a muffle furnace at a temperature of 650 ° C for 3 hours, their residual porosity is in the range of 20 ÷ 30%. Thus prepared tablets of porous calcium borate are placed in a wire basket suspended on a molybdenum rod-current lead.

На втором этапе в электрохимическом реакторе наплавляют эвтектическую смесь солей CaCl2-NaCl, опускают в этот расплав корзину с таблетками бората кальция на токоподводе (катод), сверху на небольшую глубину погружают анод из спеченного диоксида олова (SnO2) и включают постоянный ток электролиза. Состав расплавленного электролита позволяет вести процесс электролиза в области температур 520÷700°C. Растворимость бората кальция в расплаве CaCl2-NaCl при указанных температурах ничтожно мала, поэтому ионы В3+ в расплаве практически отсутствуют, что препятствует осуществлению электрохимического способа получения гексабората кальция, как целевого продукта по следующим причинам. Поскольку твердый борат кальция (в таблетках) не проводит электрический ток, т.е. является изолятором, он не может быть восстановлен электрохимически на катоде, поэтому его восстанавливают химически, то есть кальцием, выделяющимся на металлической проволоке корзины - катода в ходе электролиза. Таким образом, электролиз в данном случае нужен лишь для постоянного воспроизводства восстановителя - кальция, растворенного в солевом расплаве.At the second stage, an eutectic mixture of CaCl 2 -NaCl salts is deposited in an electrochemical reactor, a basket with calcium borate tablets is placed in a current lead (cathode) into this melt, an anode of sintered tin dioxide (SnO 2 ) is immersed at a shallow depth and a direct current of electrolysis is turned on. The composition of the molten electrolyte allows you to conduct the electrolysis process in the temperature range 520 ÷ 700 ° C. The solubility of calcium borate in the CaCl 2 -NaCl melt at the indicated temperatures is negligible, therefore, B 3+ ions are practically absent in the melt, which impedes the implementation of the electrochemical method of producing calcium hexaborate as the target product for the following reasons. Since solid calcium borate (in tablets) does not conduct an electric current, i.e. is an insulator, it cannot be restored electrochemically at the cathode, therefore, it is chemically reduced, that is, calcium released on the metal wire of the basket-cathode during electrolysis. Thus, electrolysis in this case is needed only for continuous reproduction of the reducing agent — calcium, dissolved in the salt melt.

Механизм восстановления неэлектропроводных оксидов при электролизе расплавов на основе хлорида кальция (кембриджский процесс) известен (Н.И. Шуров, Ю.П. Зайков, А.П. Храмов, В.А. Ковров, А.В. Суздальцев. Физическая химия и электрохимия расплавленных и твердых электролитов: Доклады XVI Российской конференции, Екатеринбург, Изд. Уральского Федерального Университета. 2013. С.399-402) [4]. Недостатком подобных процессов вторичного восстановления оксидов является их очень малая скорость и низкий выход целевого продукта по количеству затраченного электричества, редко превышающий 25÷30%. Это обусловлено тем, что активный восстановитель - кальций, растворенный в солевом расплаве, бесполезно расходуется на окисление кислородом на межфазной границе воздух - солевой расплав и на другие побочные реакции, например, с графитовым контейнером для солевого расплава.The mechanism of reduction of non-conductive oxides during the electrolysis of calcium chloride melts (Cambridge process) is known (NI Shurov, Yu.P. Zaikov, AP Khramov, VA Kovrov, AV Suzdaltsev. Physical chemistry and electrochemistry of molten and solid electrolytes: Reports of the XVI Russian Conference, Yekaterinburg, Publishing House of the Ural Federal University. 2013. S.399-402) [4]. The disadvantage of such processes of secondary reduction of oxides is their very low speed and low yield of the target product by the amount of consumed electricity, rarely exceeding 25-30%. This is due to the fact that the active reducing agent, calcium, dissolved in the salt melt, is uselessly consumed for oxygen oxidation at the air-salt melt interface and other side reactions, for example, with a graphite container for salt melt.

По этим причинам способ по прототипу не может иметь высокую производительность, максимальный выход целевого продукта по количеству затраченного электричества не должен превышать 30%.For these reasons, the prototype method cannot have high performance, the maximum yield of the target product in terms of the amount of electricity consumed should not exceed 30%.

Нужно отметить кроме того, что согласно способу по CN 102242371 получают ультрадисперсный (субмикронный) порошок CaB6 для применения в химических источников тока. Ультрадисперсный порошок CaB6 весьма неудобен в работе из-за его потерь в виде пыли при технологических операциях взвешивания, фасовки, прессовки и т.д. Субмикронные порошки многократно труднее очистить от примесей, чем порошки с микронными размерами кристаллов. Аэрозоли таких порошков вредны для человеческого организма.It should be noted in addition that according to the method according to CN 102242371, ultrafine (submicron) CaB 6 powder is obtained for use in chemical current sources. The ultrafine powder CaB 6 is very inconvenient in operation due to its loss in the form of dust during technological operations of weighing, packaging, pressing, etc. Submicron powders are many times more difficult to clean from impurities than powders with micron-sized crystals. Aerosols of such powders are harmful to the human body.

Задача настоящего изобретения заключается в повышении производительности процесса получения чистого микроразмерного порошка гексаборида кальция при снижении финансовых затрат и энергетических ресурсов на его получение, а также в расширении сферы применения порошка.The objective of the present invention is to increase the productivity of the process of obtaining pure micro-sized powder of calcium hexaboride while reducing financial costs and energy resources for its production, as well as expanding the scope of the powder.

Для решения поставленной задачи предложен электрохимический способ получения порошка гексаборида кальция, включающий электролиз солевого расплава, содержащего кальций- и борсодержащие компоненты, при этом используют солевой расплав, содержащий хлорид кальция с добавками оксида кальция и борного ангидрида при суммарной концентрации добавок 6÷7 мас.%, в процессе электролиза поддерживают массовое соотношение борного ангидрида к оксиду кальция 3,72±0,01, электролиз ведут в интервале температур 800÷850°C с начальным импульсом плотности катодного тока 0,50 А/см2 в течение 1,5 сек, а далее при постоянной величине тока 4,5 А и плотности тока 0,10 А/см2 в течение 1,5÷3 часов.To solve this problem, an electrochemical method for producing calcium hexaboride powder is proposed, including electrolysis of a salt melt containing calcium and boron components, using a salt melt containing calcium chloride with additives of calcium oxide and boric anhydride at a total concentration of additives of 6 ÷ 7 wt.% , during the electrolysis, the mass ratio of boric anhydride to calcium oxide is maintained at 3.72 ± 0.01, the electrolysis is carried out in the temperature range 800 ÷ 850 ° C with an initial density pulse of cathodic current of 0.50 A / cm 2 for 1.5 seconds, and further at a constant current of 4.5 A and a current density of 0.10 A / cm 2 for 1,5 ÷ 3 hours.

В отличие от прототипа в заявленном способе в начале процесса в электролизную ванну загружается не эвтектическая смесь солей CaCl2-NaCl, как в прототипе, а индивидуальная обезвоженная соль хлорид кальция CaCl2. Это обусловлено тем, что в индивидуальном хлориде кальция растворимость добавки B2O3 в присутствии другой добавки CaO многократно увеличивается, достигая их суммарной концентрации 6% при 800°C и 7% при 850°C.Unlike the prototype, in the inventive method, at the beginning of the process, the electrolysis bath is loaded not with a eutectic mixture of CaCl 2 -NaCl salts, as in the prototype, but with an individual dehydrated salt of calcium chloride CaCl 2 . This is because in the individual calcium chloride, the solubility of the B 2 O 3 additive in the presence of another CaO additive increases many times, reaching their total concentration of 6% at 800 ° C and 7% at 850 ° C.

Применение температур электролиза в пределах 800÷850°C вызвано необходимостью достаточно быстрого растворения в расплавленном электролите указанных реактивов с одновременной диссоциацией на ионы. При этом нижний предел температуры ограничен температурой плавления хлорида кальция (772°C), а перегрев расплава над температурой плавления соли должен быть не менее 20° для успешного ведения электролиза. Верхний предел температуры обусловлен тем, что при более высокой, чем 850°C температуре быстро возрастает летучесть расплава с потерей CaCl2 в виде паров, а также ценного борсодержащего компонента в виде пара BOCl. Подача на катод импульса повышенной плотности тока (0,50 А/см2) в течение 1,5÷2 сек в начале процесса нужна для мгновенного формирования большого количества наноразмерных зародышей СаВ6 - центров роста будущих кристаллов. В совокупности с последующим режимом электролиза в виде постоянной величины тока 4,5 А и плотности тока 0,10 А/см2 в течение 1,5÷3 часов в интервале температур 800÷850°C этот технологический прием позволяет получить порошок гексаборида кальция с размером частиц от 3 до 45 мкм.The use of electrolysis temperatures in the range of 800 ÷ 850 ° C is caused by the need for a sufficiently rapid dissolution of the indicated reagents in the molten electrolyte with simultaneous dissociation into ions. In this case, the lower temperature limit is limited by the melting point of calcium chloride (772 ° C), and the melt overheating above the melting temperature of the salt must be at least 20 ° for successful electrolysis. The upper temperature limit is due to the fact that at higher than 850 ° C the volatility of the melt rapidly increases with the loss of CaCl 2 in the form of vapors, as well as a valuable boron-containing component in the form of BOCl vapor. The supply to the cathode of a pulse of increased current density (0.50 A / cm 2 ) for 1.5 ÷ 2 seconds at the beginning of the process is needed for the instant formation of a large number of nanosized CaB 6 nuclei - growth centers of future crystals. Together with the subsequent electrolysis mode in the form of a constant current value of 4.5 A and current density of 0.10 A / cm 2 for 1.5 ÷ 3 hours in the temperature range 800 ÷ 850 ° C, this technological technique allows to obtain calcium hexaboride powder with particle size from 3 to 45 microns.

Таким образом, электролиз в заявленном способе применяют не для воспроизводства восстановителя - кальция, растворенного в солевом расплаве, как это следует из описания процесса в прототипе, а по его основному назначению, то есть для прямого электрохимического осаждения гексаборида кальция на катоде. При этом выход продукта по затраченному количеству электричества составляет около 80%. Поскольку способ позволяет получить гексаборид кальция прямым электрохимическим осаждением на катоде, химическое восстановление бората кальция, описанное в прототипе, становится не нужным. Это позволяет получать порошок гексабората кальция в один этап, без подготовки кальций- и борсодержащего сырья, включающего изготовление прессованных и обожженных таблеток бората кальция, как это делают в прототипе. Размер кристаллов порошка, полученного заявленным способом больше, чем у полученного в прототипе, однако это не является недостатком способа. В применении к изготовлению катодов для сильноточной электроники предпочтителен микроразмерный порошок гексаборида кальция.Thus, the electrolysis in the claimed method is used not for the reproduction of the reducing agent — calcium dissolved in the salt melt, as follows from the description of the process in the prototype, but for its main purpose, that is, for direct electrochemical deposition of calcium hexaboride on the cathode. In this case, the yield of the consumed amount of electricity is about 80%. Since the method allows to obtain calcium hexaboride by direct electrochemical deposition at the cathode, the chemical reduction of calcium borate described in the prototype becomes unnecessary. This allows you to get a powder of calcium hexaborate in one step, without preparing calcium and boron-containing raw materials, including the manufacture of pressed and calcined tablets of calcium borate, as is done in the prototype. The crystal size of the powder obtained by the claimed method is larger than that obtained in the prototype, however, this is not a disadvantage of the method. As applied to the manufacture of cathodes for high-current electronics, micro-sized calcium hexaboride powder is preferred.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в прямом электрохимическом осаждении гексаборида кальция на катоде, повышении выхода по току при упрощении технологии получения целевого продукта.The technical result of the claimed invention consists in direct electrochemical deposition of calcium hexaboride at the cathode, increasing current efficiency while simplifying the technology for obtaining the target product.

Способ осуществляли следующим образом. В качестве кальций- и борсодержащих компонентов использовали:The method was carried out as follows. As calcium and boron components used:

- Хлорид кальция (CaCl2) технический, кальцинированный, гранулированный, ГОСТ 450 - 77 с изм. 1-3;- Calcium chloride (CaCl 2 ) technical, calcined, granular, GOST 450 - 77, rev. 1-3;

- Оксид кальция (CaO) марки «ч»;- Calcium oxide (CaO) brand "h";

- Борный ангидрид (B2O3) - плавленый, марки «ч», ТУ 6-09-17-249-88.- Boric anhydride (B 2 O 3 ) - fused, grade "h", TU 6-09-17-249-88.

Наплавление ванны осуществляли следующим образом. Соль CaCl2 наплавляли в тигле при 850°C, сверху на расплав насыпали малыми порциями оксид кальция CaO, который растворяется в расплаве, затем порциями насыпали гранулы B2O3, которые по мере нагревания растворялись в расплаве CaCl2. После полного растворения B2O3 солевой расплав обычно становится прозрачным. В процессе наплавления и в ходе всего электролиза поддерживали соотношение борного ангидрида к оксиду кальция 3,72±0,01 мас.%.The fusion of the bath was carried out as follows. Salt CaCl 2 was melted in a crucible at 850 ° C, calcium oxide CaO, which was dissolved in the melt, was poured in small portions on top of the melt, then granules B 2 O 3 were poured in portions, which were dissolved in the CaCl 2 melt as it was heated. After complete dissolution of B 2 O 3, the molten salt usually becomes transparent. During the deposition process and during the entire electrolysis, the ratio of boric anhydride to calcium oxide was maintained at 3.72 ± 0.01 wt.%.

При проведении электролиза в качестве электродов использовали круглые графитовые стержни. Рабочую часть анода и катода опускали в расплав, выше уровня расплава их защищали от окисления воздухом алундовыми трубками.When conducting electrolysis, round graphite rods were used as electrodes. The working part of the anode and cathode was lowered into the melt; above the melt level, they were protected from air oxidation by alundum tubes.

Фазовый состав порошков CaB6 определяли с помощью рентгеновского дифрактометра Rigaku D/Мах - 2000, гранулометрический состав исследовали на лазерном дифракционном анализаторе Malvern Mastersizer 2000.The phase composition of CaB 6 powders was determined using a Rigaku D / Max - 2000 X-ray diffractometer; the particle size distribution was studied on a Malvern Mastersizer 2000 laser diffraction analyzer.

Пример 1. В корундовом тигле при температуре 850°C было наплавлено 800 г расплава хлорида кальция, на который сверху был засыпан оксид кальция, а затем оксид бора из расчета их суммарной концентрации 5 мас.%, остальное - хлорид кальция. После 10 мин выдержки в расплав были опущены графитовые анод и катод. Вначале проводили очистной электролиз расплава в течение 30 мин для удаления растворенной воды. Далее электролиз по получению CaB6 вели при температуре 850°C с начальным импульсом плотности катодного тока ik=0,50 А/см2 в течение 1,5 сек, а затем при постоянной величине тока 4,5 А и плотности тока ik=0,10 А/см2 в течение 1,5 часов.Example 1. In a corundum crucible at a temperature of 850 ° C, 800 g of a calcium chloride melt was deposited, onto which calcium oxide was deposited on top, and then boron oxide, based on their total concentration of 5 wt.%, The rest was calcium chloride. After 10 min exposure, the graphite anode and cathode were lowered into the melt. Initially, the melt was cleaned for 30 minutes to remove dissolved water. Further, the electrolysis to produce CaB 6 was carried out at a temperature of 850 ° C with an initial pulse of cathode current density i k = 0.50 A / cm 2 for 1.5 s, and then at a constant current value of 4.5 A and current density i k = 0.10 A / cm 2 for 1.5 hours.

После окончания электролиза катод с осадком вынимали из расплава и после остывания до комнатной температуры помещали в стеклянный стакан с кипящей дистиллированной водой, в котором осадок отмывали от остатков соли. Далее осадок смывали в воронку на бумажный фильтр и дополнительно промывали разбавленной соляной кислотой, затем дистиллированной водой и спиртом. После этого промытый осадок вместе с фильтром сушили в сушильном шкафу при температуре 50°C. После снятия с фильтра получали мелкодисперсный порошок темно-коричного цвета массой 1,1 г. На фиг.1 приведена рентгеновская дифрактограмма полученного катодного осадка. Рентгенофазовый анализ показал, что порошок представляет собой чистый гексаборид кальция CaB6. Элементный химический анализ показал наличие примесей алюминия и железа, суммарное содержание которых составляет 2,5 мас.%. Поскольку кристаллическая решетка CaB6 не искажена (см. фиг.1), можно предполагать, что примеси железа и алюминия находились на поверхности кристаллов CaB6 вероятнее всего в форме гидроксидных пленок наноразмерной толщины; после дополнительной промывки порошка разбавленной соляной кислотой и водой был получен порошок CaB6 чистотой 99,8%. На фиг.2 показан гранулометрический состав полученного порошка CaB6. Гранулометрический анализ показал, что средний размер его кристаллов в поперечнике находится в диапазоне 3÷15 мкм. Теоретическая масса CaB6, вычисленная по закону Фарадея, должна быть 1,323 г, а в действительности получено 1,100 г. Таким образом, выход продукта по затраченному количеству электричества 6,75 А*час равен 83,1%. Производительность процесса 0,73 г/час.After electrolysis was completed, the cathode with the precipitate was removed from the melt and, after cooling to room temperature, it was placed in a glass cup with boiling distilled water, in which the precipitate was washed from the salt residues. Next, the precipitate was washed into a funnel on a paper filter and washed additionally with dilute hydrochloric acid, then with distilled water and alcohol. After that, the washed precipitate, together with the filter, was dried in an oven at a temperature of 50 ° C. After removal from the filter, fine dark cinnamon powder weighing 1.1 g was obtained. Figure 1 shows an X-ray diffraction pattern of the obtained cathode deposit. X-ray phase analysis showed that the powder is a pure calcium hexaboride CaB 6 . Elemental chemical analysis showed the presence of aluminum and iron impurities, the total content of which is 2.5 wt.%. Since the CaB 6 crystal lattice is not distorted (see Fig. 1), it can be assumed that iron and aluminum impurities were on the surface of CaB 6 crystals most likely in the form of hydroxide films of nanosized thickness; after additional washing of the powder with dilute hydrochloric acid and water, a CaB 6 powder of 99.8% purity was obtained. Figure 2 shows the particle size distribution of the obtained CaB 6 powder. Granulometric analysis showed that the average size of its crystals across is in the range of 3–15 μm. The theoretical mass of CaB 6 , calculated according to the Faraday law, should be 1.323 g, but in fact 1.100 g was obtained. Thus, the yield of the product according to the consumed amount of electricity 6.75 A * hour is 83.1%. The productivity of the process is 0.73 g / hour.

Пример 2. Опыт проведен в том же технологическом регламенте, что в примере 1, но температура опыта составляла 800°C. Средний размер полученных кристаллов находится в диапазоне от 8 до 45 мкм при той же производительности процесса, что и в примере 1.Example 2. The experiment was carried out in the same technological procedure as in example 1, but the temperature of the experiment was 800 ° C. The average size of the obtained crystals is in the range from 8 to 45 μm with the same process performance as in example 1.

В описании к способу по CN 102242371 не приведены такие важнейшие базовые характеристики процесса как катодная плотность тока (А/см2), характеризующая интенсивность процесса, выход целевого продукта по току (в %), характеризующий энергоэффективность процесса, производительность процесса (г продукта/час электролиза) также не указана. По этой причине прямое сравнение результатов известного и заявленного способов невозможно. Однако косвенно на меньшую производительность процесса по прототипу указывает его большая длительность (от 10 до 20 часов) вместо 1,5÷3,0 часов у заявленного способа. Из опубликованных данных других авторов известно, что выход по току в подобных процессах не более 25÷28%. В заявленном способе он в три раза выше. Из этих данных следует вывод, что заявляемый способ имеет значительно меньшие удельные энергозатраты на производство единицы массы целевого продукта - гексаборида кальция. Кроме того, отсутствие технологических операций по приготовлению кальций- и борсодержащего сырья в виде таблеток бората кальция исключают дополнительные затраты энергии и трудозатраты.The description of the method according to CN 102242371 does not provide such important basic characteristics of the process as the cathodic current density (A / cm 2 ), which characterizes the intensity of the process, the yield of the target product by current (in%), which characterizes the energy efficiency of the process, productivity of the process (g of product / hour electrolysis) is also not indicated. For this reason, a direct comparison of the results of the known and claimed methods is impossible. However, indirectly, a lower productivity of the prototype process is indicated by its longer duration (from 10 to 20 hours) instead of 1.5 ÷ 3.0 hours for the claimed method. From published data by other authors it is known that the current efficiency in such processes is not more than 25–28%. In the claimed method, it is three times higher. From these data it follows that the inventive method has significantly lower specific energy consumption for the production of a unit mass of the target product - calcium hexaboride. In addition, the lack of technological operations for the preparation of calcium and boron-containing raw materials in the form of tablets of calcium borate exclude additional energy and labor costs.

Таким образом, заявленный электрохимический способ получения чистого порошка гексаборида кальция имеет более высокую производительность при снижении финансовых затрат и энергетических ресурсов, а полученный заявленным способом порошок имеет расширенную сферу применения.Thus, the claimed electrochemical method for producing a pure powder of calcium hexaboride has a higher productivity while reducing financial costs and energy resources, and the powder obtained by the claimed method has an expanded scope.

Claims (1)

Электрохимический способ получения порошка гексаборида кальция, включающий электролиз солевого расплава, содержащего кальций- и борсодержащие компоненты, отличающийся тем, что используют солевой расплав, содержащий хлорид кальция с добавками оксида кальция и борного ангидрида при суммарной концентрации добавок 6÷7 мас.%, в процессе электролиза поддерживают массовое соотношение борного ангидрида к оксиду кальция 3,72±0,01 мас.%, электролиз ведут в интервале температур 800÷850°C, с начальным импульсом плотности катодного тока 0,50 А/см2 в течение 1,5 сек, а далее при постоянной величине тока 4,5 А и плотности тока 0,10 А/см2 в течение 1,5÷3 часов. An electrochemical method for producing calcium hexaboride powder, comprising electrolysis of a molten salt containing calcium and boron components, characterized in that a molten salt containing calcium chloride with additives of calcium oxide and boric anhydride is used at a total concentration of additives of 6 ÷ 7 wt.%, In the process the electrolysis support the mass ratio of boric anhydride to calcium oxide of 3.72 ± 0.01 wt.%, the electrolysis is carried out in the temperature range 800 ÷ 850 ° C, with an initial pulse of cathode current density of 0.50 A / cm 2 for 1.5 seconds, and then at a constant current of 4.5 A and current density of 0.10 A / cm 2 for 1.5 ÷ 3 hours.
RU2013153640/04A 2013-12-03 2013-12-03 Electrochemical method of obtaining of powder of calcium hexaboride RU2539593C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013153640/04A RU2539593C1 (en) 2013-12-03 2013-12-03 Electrochemical method of obtaining of powder of calcium hexaboride

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013153640/04A RU2539593C1 (en) 2013-12-03 2013-12-03 Electrochemical method of obtaining of powder of calcium hexaboride

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2539593C1 true RU2539593C1 (en) 2015-01-20

Family

ID=53288592

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013153640/04A RU2539593C1 (en) 2013-12-03 2013-12-03 Electrochemical method of obtaining of powder of calcium hexaboride

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2539593C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2658835C1 (en) * 2017-08-24 2018-06-25 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук Electrochemical method of obtaining of powders of strong and barium hexborodes
CN110862094A (en) * 2019-11-27 2020-03-06 成都理工大学 CaB6Process for preparing nanoparticles
RU2722753C1 (en) * 2019-12-25 2020-06-03 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук Electrochemical method of producing microdisperse powders of metal hexaborides of lanthanide group

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4017577A (en) * 1974-02-15 1977-04-12 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Hot pressing of reaction sintered CaB6
CN101549872A (en) * 2009-04-01 2009-10-07 武汉工程大学 Method for inorganic synthesizing submicron CaB6 polycrytal powder
CN102242371A (en) * 2011-06-24 2011-11-16 武汉大学 Preparation method and application of superfine calcium hexaboride

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4017577A (en) * 1974-02-15 1977-04-12 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Hot pressing of reaction sintered CaB6
CN101549872A (en) * 2009-04-01 2009-10-07 武汉工程大学 Method for inorganic synthesizing submicron CaB6 polycrytal powder
CN102242371A (en) * 2011-06-24 2011-11-16 武汉大学 Preparation method and application of superfine calcium hexaboride

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2658835C1 (en) * 2017-08-24 2018-06-25 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук Electrochemical method of obtaining of powders of strong and barium hexborodes
CN110862094A (en) * 2019-11-27 2020-03-06 成都理工大学 CaB6Process for preparing nanoparticles
RU2722753C1 (en) * 2019-12-25 2020-06-03 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук Electrochemical method of producing microdisperse powders of metal hexaborides of lanthanide group

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5327409B2 (en) Recovery method of rare earth elements
EA004763B1 (en) Method for removing substance from solid metal or semi-metal compounds
CN1479810B (en) Method for producing intermetallic compounds
AU2017279628A1 (en) A system and method for extraction and refining of titanium
JP2004522851A (en) Metal and alloy powders and powder manufacturing
CN112941567B (en) Electrochemical method and device for high-temperature molten salt electrolysis in humid atmosphere
CN103950946B (en) A kind of preparation method of niobium (Nb) boride nano-powder
RU2539593C1 (en) Electrochemical method of obtaining of powder of calcium hexaboride
WO2014104205A1 (en) Method for collecting rare earth element
Cai et al. Direct electrochemical reduction of solid vanadium oxide to metal vanadium at low temperature in molten CaCl 2-NaCl
CN109055997B (en) Preparation of superfine Al by fused salt electrolysis method3Method for producing Zr intermetallic compound particles
RU2722753C1 (en) Electrochemical method of producing microdisperse powders of metal hexaborides of lanthanide group
CN104213154B (en) Utilize the method that magnesia is raw material electrolytic preparation magnesium alloy
RU2486290C1 (en) Method for production of nano- and microstructural powders and/or fibres of crystalline and/or x-ray amorphous silicon
CN106702438B (en) A kind of method of pyrogenic attack molten-salt electrolysis cathode deposition
CN103979566A (en) Preparation method of vanadium diboride powder
Bosenko et al. Electrochemical reduction of tungsten (VI) oxide from a eutectic melt CaCl2–NaCl under potentiostatic conditions
RU2514237C1 (en) Method of producing ultrafine powder of yttrium and cobalt intermetallic compounds
RU2742575C1 (en) Method for producing alpha-aluminium oxide for subsequent growth of single-crystal sapphire
ZHENG et al. One-step synthesis of antimony-doped tin dioxide nanocrystallites and their property
Sahoo et al. Electrochemical deposition of La-Mg alloys in LaCl3-MgCl2-KCl system with molten salt electrolysis process
CN110775955B (en) Method for treating anode carbon slag of aluminum electrolysis cell by using NaOH molten salt method
CN102560562A (en) Manufacturing method and application method of nickel-based intermetallic compound inert anode
Kamaludeen et al. LaB 6 crystals from fused salt electrolysis
JP2021105215A (en) Production method of metal tantalum

Legal Events

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

Effective date: 20161204