RU2545304C2 - Method of obtaining barium fluoride powder, activated with cerium fluoride for scintillation ceramics - Google Patents

Method of obtaining barium fluoride powder, activated with cerium fluoride for scintillation ceramics Download PDF

Info

Publication number
RU2545304C2
RU2545304C2 RU2013114762/05A RU2013114762A RU2545304C2 RU 2545304 C2 RU2545304 C2 RU 2545304C2 RU 2013114762/05 A RU2013114762/05 A RU 2013114762/05A RU 2013114762 A RU2013114762 A RU 2013114762A RU 2545304 C2 RU2545304 C2 RU 2545304C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fluoride
cerium
barium
activated
powder
Prior art date
Application number
RU2013114762/05A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013114762A (en
Inventor
Анна Александровна Лугинина
Павел Павлович Федоров
Александр Евгеньевич Баранчиков
Вячеслав Васильевич Осико
Евгений Андреевич Гарибин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук" (ИОФ РАН)
Закрытое акционерное общество "Специальное конструкторское бюро "ЗЕНИТ" (ЗАО "СКБ "ЗЕНИТ")
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 общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук" (ИОФ РАН), Закрытое акционерное общество "Специальное конструкторское бюро "ЗЕНИТ" (ЗАО "СКБ "ЗЕНИТ") filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук" (ИОФ РАН)
Priority to RU2013114762/05A priority Critical patent/RU2545304C2/en
Publication of RU2013114762A publication Critical patent/RU2013114762A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2545304C2 publication Critical patent/RU2545304C2/en

Links

Images

Landscapes

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

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention can be used in production of scintillation ceramics with increased light output. Method of obtaining barium fluoride powder, activated with cerium fluoride, includes interaction of ammonium fluoride solution with solution, containing barium nitrate and cerium nitrate. For interaction used is solution, containing barium and cerium ions with their molar ratio from 99.999:0.001 to 99.990:0.010, respectively. After that, sediment is separated, washed, dried and subjected to thermal processing at temperature 550-600°C. Washed residue is re-processed with highly pure hydrofluoric acid.
EFFECT: invention makes it possible to obtain finely disperse water-free powder of barium fluoride, activated with cerium fluoride, with homogeneous chemical and phase composition and low content of activator, hydrogen and carbon admixtures.
3 cl, 9 dwg, 2 tbl, 5 ex

Description

Изобретение относится к области синтеза неорганических материалов, в частности к получению фторидов редкоземельных и щелочноземельных металлов, которые могут быть использованы в качестве исходного сырья при горячем прессовании оптически прозрачной сцинтилляционной керамики. Изобретение может быть использовано для производства эффективных быстродействующих сцинтилляционных детекторов, предназначенных для регистрации гамма- и рентгеновских квантов.The invention relates to the field of synthesis of inorganic materials, in particular to the production of fluorides of rare-earth and alkaline earth metals, which can be used as feedstock for hot pressing of optically transparent scintillation ceramics. The invention can be used for the production of efficient high-speed scintillation detectors designed to detect gamma and x-ray quanta.

Керамика BaF2:Ce3+ характеризуется повышенным световыходом радиолюминесценции по сравнению с монокристаллами (Батыгов С.Х., Болясникова Л.С., Гарибин А.Е., Демиденко В.А., Дорошенко М.Е., Дукельский К.В., Лугинина А.А., Миронов И.А., Осико В.В., Федоров П.П. Сцинтилляционная керамика BaF2:Ce3+. // Докл. РАН. 2008. Т.422. №2. С.323-325. Родный П.А., Гаин С.Д., Миронов И.А., Гарибин Е.А., Демиденко А.А., Селиверстов Д.М., Гусев Ю.И., Федоров П.П., Кузнецов С.В. Спектрально-кинетические характеристики кристаллов и нанокерамик на основе BaF2 и BaF2:Ce. Физика твердого тела. 2010, 52(9), 1780-1784, патент RU 2462733, G01T 1/202, 2011).Ceramics BaF 2 : Ce 3+ is characterized by an increased light output of radioluminescence compared to single crystals (Batigov S.Kh., Bolyasnikova L.S., Garibin A.E., Demidenko V.A., Doroshenko M.E., Dukelsky K.V. ., Luginina A.A., Mironov I.A., Osiko V.V., Fedorov P.P. Scintillation ceramics BaF 2 : Ce 3+ . // Reports of the Russian Academy of Sciences. 2008. V.422. No. 2. C. .323-325 Native P. A., Gain S. D., Mironov I. A., Garibin E. A., Demidenko A. A., Seliverstov D. M., Gusev Yu. I., Fedorov P. P., Kuznetsov SV Spectral-kinetic characteristics of crystals and nanoceramics based on BaF 2 and BaF 2 : Ce. Solid state physics. 2010, 52 (9), 1780-17 84, patent RU 2462733, G01T 1/202, 2011).

Качество исходной шихты оказывает значительное влияние на оптическое пропускание и световой выход сцинтилляционной керамики. Известно, что наиболее важными требованиями, предъявляемыми к исходной шихте для горячего прессования, являются однородный химический и фазовый состав, ультрадисперсность порошка, высокая чистота. Помимо требования по содержанию лимитируемых микропримесей металлов, выдвигаются требования по отсутствию кислород- и углеродсодержащих примесей. При изготовлении керамики методом горячего прессования углеродсодержащие примеси подвергаются термическому разложению с выделением свободного углерода, что крайне отрицательно сказывается на прозрачности и излучательной способности получаемой керамики. Содержание лимитируемых примесей катионов, превышающее 1 ppm (0,0001 мас.%), и остаточного кислорода более 100 ppm (0,01 мас.%) ухудшает сцинтилляционные и оптические свойства материала (патент JP 2007045870, C09K 11/00, 2005). Поскольку возможность загрязнения кислородными примесями определяется спецификой фторидов - их склонностью к пирогидролизу, взаимодействию с парами воды при повышенной температуре (Раков Э.Г., Тесленко В.В. Пирогидролиз неорганических фторидов. // М.: Энергоатомиздат. 1987. 152 с.), шихта не должна содержать следов влаги.The quality of the initial charge has a significant effect on the optical transmission and light output of scintillation ceramics. It is known that the most important requirements for the initial charge for hot pressing are a uniform chemical and phase composition, ultrafine powder, high purity. In addition to the requirement for the content of limited microimpurities of metals, there are requirements for the absence of oxygen and carbon-containing impurities. In the manufacture of ceramics by hot pressing, carbon-containing impurities undergo thermal decomposition with the release of free carbon, which extremely negatively affects the transparency and emissivity of the resulting ceramics. The content of limited impurities of cations in excess of 1 ppm (0.0001 wt.%) And residual oxygen of more than 100 ppm (0.01 wt.%) Impairs the scintillation and optical properties of the material (patent JP 2007045870, C09K 11/00, 2005). Since the possibility of contamination with oxygen impurities is determined by the specificity of fluorides - their tendency to pyrohydrolysis, interaction with water vapor at elevated temperatures (Rakov E.G., Teslenko V.V. Pyrohydrolysis of inorganic fluorides. // M .: Energoatomizdat. 1987. 152 p.) , the mixture should not contain traces of moisture.

Известен способ получения фторидов редкоземельных и щелочноземельных металлов, включающий смешение фторидов щелочных и хлоридов щелочноземельных или редкоземельных элементов, плавление шихты при температуре 700-800°C в огнеупорном реакторе, охлаждение плава и обработку его дистиллированной водой при кипячении (AC SU №802178, C01B 9/08, 1981). Этот способ обеспечивает снижение содержания кислородных примесей более чем на порядок по сравнению с реактивами, но предназначен только для синтеза индивидуальных фторидов.A known method of producing fluorides of rare earth and alkaline earth metals, including mixing fluorides of alkaline and chlorides of alkaline earth or rare earth elements, melting the mixture at a temperature of 700-800 ° C in a refractory reactor, cooling the melt and treating it with distilled water during boiling (AC SU No. 802178, C01B 9 / 08, 1981). This method provides a reduction in the content of oxygen impurities by more than an order of magnitude compared with reagents, but is intended only for the synthesis of individual fluorides.

При прокаливании карбоната бария с фторидом или бифторидом аммония получается фторид в кристаллическом виде, однако вследствие высоких температур наблюдается спекание частиц продукта (AC SU №998352, C01F 11/22, 1983). Этот способ позволяет получать фториды высокого качества, пригодные для выращивания монокристаллов, но по гранулометрическому составу такой продукт не пригоден для горячего прессования.When barium carbonate is calcined with ammonium fluoride or bifluoride, fluoride is obtained in crystalline form, however, due to high temperatures, sintering of the product particles is observed (AC SU No. 998352, C01F 11/22, 1983). This method allows to obtain high-quality fluorides suitable for growing single crystals, but by the granulometric composition such a product is not suitable for hot pressing.

Известен способ получения фторида бария, включающий взаимодействие порошка карбоната бария с раствором фторида аммония при 80-100°C в течение 1-2 часов с последующим фильтрованием и сушкой осадка фторида бария (Патент CN №101376519, C01F 11/22, 2007). Однако при использовании нерастворимого в воде карбоната реакция происходит не полностью, и продукт загрязнен примесями карбоната и оксида.A known method of producing barium fluoride, including the interaction of barium carbonate powder with a solution of ammonium fluoride at 80-100 ° C for 1-2 hours, followed by filtering and drying the precipitate of barium fluoride (Patent CN No. 101376519, C01F 11/22, 2007). However, when using a water-insoluble carbonate, the reaction does not completely occur, and the product is contaminated with impurities of carbonate and oxide.

Для получения фторида бария с низким содержанием кислородных примесей (не более 0,0001%) отфильтрованный осадок, полученный взаимодействием суспензии карбоната бария с концентрированной фтористо-водородной кислотой, после сушки и прокалки подвергали плавлению при 1340-144°C в атмосфере продуктов разложения политетрафторэтилена (AC SU №1778071, C01F 11/22, 1992). Поскольку продукт представляет собой крупные монокристаллические блоки, он не может быть использован для горячего прессования керамики.To obtain barium fluoride with a low content of oxygen impurities (not more than 0.0001%), the filtered precipitate obtained by reacting a suspension of barium carbonate with concentrated hydrofluoric acid, after drying and calcining, was subjected to melting at 1340-144 ° C in the atmosphere of decomposition products of polytetrafluoroethylene ( AC SU No. 1778071, C01F 11/22, 1992). Since the product is a large single-crystal blocks, it cannot be used for hot pressing ceramics.

Для удаления углеродных и кислородных примесей порошки фторидов редкоземельных и щелочноземельных металлов подвергали обработке при температуре 200-350°C в атмосфере инертного газа, содержащего 5-50% фтора (Заявка US №2004062696, C01B 9/08, 2004). Однако высокая коррозионная активность газообразного фтора создает значительные трудности при создании оборудования и требует применения дорогих конструкционных материалов.To remove carbon and oxygen impurities, fluorides of rare earth and alkaline earth metals were treated at a temperature of 200-350 ° C in an inert gas atmosphere containing 5-50% fluorine (Application US No. 2004402696, C01B 9/08, 2004). However, the high corrosivity of gaseous fluorine creates significant difficulties in creating equipment and requires the use of expensive structural materials.

Известны способы получения фторидов редкоземельных и щелочноземельных металлов действием газообразного фтористого водорода на их соединения при нагревании до температуры 150-250°C в течение 1-2 часов (Патент RU №2328448, C01F 17/00, 2006) или газообразным SF6 при температуре 750-800°C (Заявка WO №9746488, C09K 11/08, 1996). Применение безводных процессов позволяет получать фториды с минимальным содержанием кислорода в них, но предназначены только для синтеза индивидуальных фторидов.Known methods for producing fluorides of rare earth and alkaline earth metals by the action of gaseous hydrogen fluoride on their compounds when heated to a temperature of 150-250 ° C for 1-2 hours (Patent RU No. 2323248, C01F 17/00, 2006) or gaseous SF 6 at a temperature of 750 -800 ° C (Application WO No. 9746488, C09K 11/08, 1996). The use of anhydrous processes allows to obtain fluorides with a minimum oxygen content in them, but are intended only for the synthesis of individual fluorides.

Известны способы получения соосаждением из водных растворов порошков фторидов щелочноземельных металлов, а именно кальция и стронция, активированных редкоземельными ионами с концентрацией от 0,5 до 25 мол.%. (Патенты: EP №1728763, C01F 17/00, 2006; EP №1942172, C09K 11/85, 2006; US №2010012898, C09K 11/61, 2006). Однако при получении фторида бария, активированного редкоземельными ионами, путем соосаждения из нитратных растворов фтористо-водородной кислотой синтезируется практически чистый фторид бария в смеси с фазой Ba4R3F17 (Кузнецов С.В., Федоров П.П., Воронов В.В., Самарина К.С., Осико В.В. Синтез порошков Ba4R3F17 (R - редкоземельные элементы) из водных растворов. // Ж. неорган. химии. 2010. Т.55. №4. С.536-545). Аномальное поведение нитрата бария объясняется образованием при синтезе вместо фторида бария, имеющего кубическую кристаллическую структуру типа флюорита и обладающего высокой изоморфной емкостью по отношению к редкоземельным ионам, гидрофторида бария BaF2·HF, моноклинная структура которого не представляет таких кристаллохимических возможностей. Показано, что фторид бария осаждается из нитратных растворов при использовании другого фторирующего соединения, фторида аммония (Лугинина А.А., Федоров П.П., Кузнецов С.В., Маякова М.Н., Воронов В.В., Баранчиков А.Е. // Особенности синтеза гидрофторида и фторида бария из нитратных растворов. Наносистемы: физика, химия, математика. 2012. Т.3. №5. 125-137).Known methods for producing coprecipitation from aqueous solutions of powders of fluorides of alkaline earth metals, namely calcium and strontium, activated by rare-earth ions with a concentration of from 0.5 to 25 mol.%. (Patents: EP No. 1728763, C01F 17/00, 2006; EP No. 1942172, C09K 11/85, 2006; US No.2010012898, C09K 11/61, 2006). However, upon the production of barium fluoride activated by rare-earth ions, practically pure barium fluoride is synthesized in a mixture with the Ba 4 R 3 F 17 phase by coprecipitation from nitrate solutions with hydrofluoric acid (Kuznetsov S.V., Fedorov P.P., Voronov V. V., Samarina KS, Osiko VV Synthesis of Ba 4 R 3 F 17 powders (R - rare-earth elements) from aqueous solutions. // J. Inorganic Chemistry. 2010. V.55. No. 4. C .536-545). The anomalous behavior of barium nitrate is explained by the formation instead of barium fluoride, which has a cubic crystal structure such as fluorite and has a high isomorphic capacity with respect to rare-earth ions, barium hydrofluoride BaF 2 · HF, the monoclinic structure of which does not present such crystallochemical capabilities. It was shown that barium fluoride precipitates from nitrate solutions using another fluorinating compound, ammonium fluoride (Luginina A.A., Fedorov P.P., Kuznetsov S.V., Mayakova M.N., Voronov V.V., Baranchikov A .E. // Features of the synthesis of barium hydrofluoride and fluoride from nitrate solutions. Nanosystems: physics, chemistry, mathematics. 2012. V.3. No. 5. 125-137).

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ синтеза однофазного нанопорошка фторида бария, легированного редкоземельным металлом, включающий смешивание фторирующего соединения с раствором, содержащим соль бария и соль редкоземельного элемента при их мольном отношении, равном от 0,74:0,26 до 0,30:0,70 соответственно, с получением осадка, его промывку и сушку. Однако, как видно из описания способа-прототипа, получаемый продукт характеризуется высоким содержанием редкоземельного металла от 0,26 до 0,70 молей, и известный способ не позволяет получать однофазный фторид бария, активированный фторидом редкоземельного металла, с содержанием редкоземельного металла менее 0,26 молей. Очень важным недостатком известного способа также является термообработка продукта путем нагревания до 400°C на воздухе, без защитной инертной или фторирующей атмосферы, что не обеспечивает полное обезвоживание и предотвращение пирогидролиза продукта, кроме того, невысокая температура термообработки не обеспечивает удаления углеродных примесей, перечисленные недостатки в дальнейшем отрицательно сказываются на чистоте конечного продукта (Патент RU №2411185 C1).Closest to the proposed technical solution is a method for the synthesis of a single-phase nanopowder of barium fluoride doped with a rare-earth metal, comprising mixing a fluorinating compound with a solution containing a barium salt and a salt of a rare-earth element with a molar ratio of 0.74: 0.26 to 0.30 : 0.70, respectively, to obtain a precipitate, washing and drying it. However, as can be seen from the description of the prototype method, the resulting product is characterized by a high content of rare earth metal from 0.26 to 0.70 moles, and the known method does not allow to obtain single-phase barium fluoride activated by rare earth metal fluoride with a content of rare earth metal less than 0.26 moles. A very important disadvantage of this method is also the heat treatment of the product by heating to 400 ° C in air, without a protective inert or fluorinating atmosphere, which does not ensure complete dehydration and prevention of pyrohydrolysis of the product, in addition, the low heat treatment temperature does not remove carbon impurities, the listed disadvantages in further adversely affect the purity of the final product (Patent RU No. 2411185 C1).

Задачей настоящего изобретения является разработка способа получения тонкодисперсного гомогенного безводного порошка фторида бария, активированного фторидом церия, с низким содержанием активатора.The present invention is to develop a method for producing a finely divided homogeneous anhydrous powder of barium fluoride activated by cerium fluoride with a low content of activator.

Для решения поставленной задачи предлагается новый способ получения порошка фторида бария, активированного фторидом церия, для сцинтилляционной керамики, включающий взаимодействие фторирующего соединения с раствором, содержащим нитраты бария и церия при их мольном соотношении от 99,999:0,001 до 99,990:0,010, соответственно, с последующим отделением осадка, его промывкой и повторной обработкой фтористо-водородной кислотой высокой чистоты, с последующей фильтрацией, сушкой и термической обработкой продукта.To solve this problem, a new method is proposed for producing barium fluoride powder activated by cerium fluoride for scintillation ceramics, including the interaction of a fluorinating compound with a solution containing barium and cerium nitrates at a molar ratio of 99.999: 0.001 to 99.990: 0.010, respectively, followed by separation sediment, washing and re-treatment with high purity hydrofluoric acid, followed by filtration, drying and heat treatment of the product.

Предпочтительно, при взаимодействии используют в качестве фторирующего соединения раствор фторида аммония в стехиометрическом количестве, соответствующем получению фторидов бария и церия.Preferably, in the reaction, a solution of ammonium fluoride in a stoichiometric amount corresponding to the production of barium and cerium fluorides is used as the fluorinating compound.

Предпочтительно, повторную обработку отмытого осадка проводят 45-47% фтористо-водородной кислотой, взятой с 10% стехиометрическим избытком.Preferably, the re-treatment of the washed precipitate is carried out with 45-47% hydrogen fluoride, taken with a 10% stoichiometric excess.

Предпочтительно, термическую обработку высушенного осадка проводят при температуре 550-600°C в атмосфере выделяющегося при его разложении газообразного фтористого водорода в течение 2-3 часов.Preferably, the heat treatment of the dried precipitate is carried out at a temperature of 550-600 ° C in an atmosphere of gaseous hydrogen fluoride released during its decomposition for 2-3 hours.

Способ отличается от способа-прототипа условиями проведения процесса. Как видно из описания способа, необходимыми условиями, обеспечивающими получение гомогенного безводного порошка фторида бария, активированного фторидом церия, являются использование при взаимодействии в качестве фторирующего соединения раствора фторида аммония, проведение повторной обработки отмытого осадка концентрированной фтористо-водородной кислотой и термообработка высушенного осадка при температуре 550-600°C в течение 2-3 часов.The method differs from the prototype method in the process conditions. As can be seen from the description of the method, the necessary conditions for obtaining a homogeneous anhydrous powder of barium fluoride activated with cerium fluoride are the use of ammonium fluoride solution as a fluorinating compound, re-treatment of the washed precipitate with concentrated hydrofluoric acid and heat treatment of the dried precipitate at a temperature of 550 -600 ° C for 2-3 hours.

Заявленный технологический процесс подтвержден опытным путем.The claimed process has been verified empirically.

Изобретение иллюстрируется следующими чертежами и снимками.The invention is illustrated by the following drawings and photographs.

На Фиг.1 представлены спектры - зависимости относительной интенсивности дифракционной линии I/Io от характеристического угла 29, представляющие результаты рентгенофазного анализа (РФА) порошка, полученного взаимодействием растворов нитрата бария и церия с фторидом аммония для пяти конкретных примеров составов, где 1, 2, 3, 4, 5 - номера примеров.Figure 1 presents the spectra - the dependence of the relative intensity of the diffraction line I / I o from the characteristic angle 29, representing the results of x-ray phase analysis (XRD) of the powder obtained by the interaction of solutions of barium nitrate and cerium with ammonium fluoride for five specific examples of compositions, where 1, 2 , 3, 4, 5 - numbers of examples.

На Фиг.2 представлен снимок сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) высушенного при 35°C порошка, полученного взаимодействием растворов нитрата бария и церия с фторидом аммония по примеру №1.Figure 2 presents a snapshot of scanning electron microscopy (SEM) dried at 35 ° C of the powder obtained by the interaction of solutions of barium nitrate and cerium with ammonium fluoride in example No. 1.

На Фиг.3 представлен снимок СЭМ высушенного при 35°C порошка, полученного взаимодействием растворов нитрата бария и церия с фторидом аммония по примеру №2.Figure 3 presents the SEM image of the dried powder at 35 ° C obtained by the interaction of solutions of barium nitrate and cerium with ammonium fluoride according to example No. 2.

На Фиг.4 представлен спектр - зависимость относительной интенсивности дифракционной линии I/Io от характеристического угла 2θ - результаты РФА полупродукта-порошка, полученного повторной обработкой отмытого осадка концентрированной фтористо-водородной кислотой по примеру №1.Figure 4 presents the spectrum - the dependence of the relative intensity of the diffraction line I / I o from the characteristic angle 2θ - the results of XRD powder intermediate obtained by reprocessing the washed precipitate with concentrated hydrofluoric acid according to example No. 1.

а) - полупродукт пример 1, б) - барий гидрофторид, карточка №35-1378 базы данных JCPDSa) - intermediate product example 1, b) - barium hydrofluoride, card No. 35-1378 of the JCPDS database

На Фиг.5 представлены ИК-спектры конечных продуктов, полученных по примерам №№1, 2, 3, 4, 5.Figure 5 presents the IR spectra of the final products obtained according to examples No. 1, 2, 3, 4, 5.

На Фиг.6 представлены РФА конечного продукта по примерам №№1, 2, 3, 4, 5.Figure 6 presents the XRD of the final product according to examples No. 1, 2, 3, 4, 5.

На Фиг.7 представлен снимок СЭМ конечного продукта для примера №1.Figure 7 presents an SEM image of the final product for example No. 1.

На Фиг.8 представлен снимок СЭМ конечного продукта для примера №2.On Fig presents a SEM of the final product for example No. 2.

На Фиг.9 представлен снимок с указанием результатов рентгеноспектрального микроанализа конечного продукта, изготовленного по примеру №1.Figure 9 presents a snapshot showing the results of x-ray microanalysis of the final product made according to example No. 1.

В таблицах 1 и 2 приведены сводные данные для различных конкретных примеров тонкодисперсного гомогенного безводного порошка фторида бария, активированного фторидом церия с низким содержанием активатора, изготовленного в соответствии с заявленным способом.Tables 1 and 2 provide summary data for various specific examples of finely divided homogeneous anhydrous barium fluoride powder activated with cerium fluoride with a low content of activator made in accordance with the claimed method.

Таблица 1Table 1 Содержание HF в полупродукте.The content of HF in the intermediate. Номер образцаSample Number Пример 1Example 1 Пример 2Example 2 Пример 3Example 3 Пример 4Example 4 Пример 5Example 5 Содержание HF, мас.%The content of HF, wt.% 10,310.3 10,310.3 10,210,2 10,310.3 10,310.3

Таблица 2table 2 Результаты спектрально-эмиссионного анализа продукта.Spectral emission analysis of the product. Номер образцаSample Number Пример 1Example 1 Пример 2Example 2 Пример 3Example 3 Пример 4Example 4 Пример 5Example 5 Содержание, мас.%:Content, wt.%: церия (Ce)cerium (Ce) 0,01110.0111 0,00110.0011 0,00550.0055 0,01110.0111 0,01110.0111 железа (Fe)iron (Fe) 0,00010.0001 0,00010.0001 0,00010.0001 0,00010.0001 0,00010.0001 никеля (Ni)nickel (Ni) <0,0001<0.0001 <0,0001<0.0001 <0,0001<0.0001 <0,0001<0.0001 <0,0001<0.0001 марганца (Mn)Manganese (Mn) <0,0001<0.0001 <0,0001<0.0001 <0,0001<0.0001 <0,0001<0.0001 <0,0001<0.0001 хрома (Cr)chromium (Cr) <0,0001<0.0001 <0,0001<0.0001 <0,0001<0.0001 <0,0001<0.0001 <0,0001<0.0001 кобальта (Co)cobalt (Co) <0,0001<0.0001 <0,0001<0.0001 <0,0001<0.0001 <0,0001<0.0001 <0,0001<0.0001 меди (Cu)copper (Cu) <0,0001<0.0001 <0,0001<0.0001 <0,0001<0.0001 <0,0001<0.0001 <0,0001<0.0001 алюминия (Al)aluminum (Al) <0,001<0.001 <0,001<0.001 <0,001<0.001 <0,001<0.001 <0,001<0.001 кремния (Si)silicon (Si) 0,00010.0001 0,00010.0001 0,00010.0001 0,00010.0001 0,00010.0001

Использование фторида аммония обеспечивает получение из нитратных растворов тонкодисперсного осадка фторида бария, активированного церием, кубической флюоритовой структуры, что подтверждается результатами рентгенофазового анализа (Фиг.1) и сканирующей электронной микроскопии (Фиг.2, 3). Как видно из снимков сканирующей электронной микроскопии высушенного при 35°C порошка, полученного взаимодействием растворов нитрата бария и церия с фторидом аммония, образуются частицы кубической формы с размером 30-150 нм. В результате повторной обработки отмытого осадка концентрированной фтористо-водородной кислотой образуется гидрофторид состава (Ba1-xCexF2+x)·HF, что подтверждается результатами рентгенофазового и химического анализа (Фиг.4, Таблица 1). Газообразный фтористый водород, выделяющийся при термическом разложении гидрофторида бария, предотвращает пирогидролиз продукта, что обеспечивает полное обезвоживание продукта и минимизацию кислородных примесей. В ИК-спектрах прокаленных порошков после повторной обработки фтористо-водородной кислотой отсутствуют характеристические колебания (полосы) H2O при 1640 и 3400 см-1, что подтверждает отсутствие следов влаги (Фиг.5). Термообработка при температуре 550-600°C также способствует удалению углеродсодержащих примесей за счет окисления кислородом воздуха (сгорания). В результате термообработки получается тонкодисперсный порошок фторида бария, активированного фторидом церия, кубической флюоритовой структуры, рыхлой и напряженной структуры (Фиг.6-8). Выход продукта составляет 95,0-97,0%.The use of ammonium fluoride provides obtaining from nitrate solutions of a fine precipitate of barium fluoride activated by cerium, a cubic fluorite structure, which is confirmed by the results of x-ray phase analysis (Figure 1) and scanning electron microscopy (Figure 2, 3). As can be seen from scanning electron microscopy images of a powder dried at 35 ° C obtained by the interaction of solutions of barium nitrate and cerium with ammonium fluoride, cubic particles with a size of 30-150 nm are formed. As a result of reprocessing the washed precipitate with concentrated hydrofluoric acid, hydrofluoride of the composition (Ba 1-x Ce x F 2 + x ) · HF is formed, which is confirmed by the results of x-ray phase and chemical analysis (Figure 4, Table 1). Gaseous hydrogen fluoride released during thermal decomposition of barium hydrofluoride prevents pyrohydrolysis of the product, which ensures complete dehydration of the product and minimization of oxygen impurities. In the IR spectra of calcined powders after repeated treatment with hydrofluoric acid there are no characteristic vibrations (bands) of H 2 O at 1640 and 3400 cm -1 , which confirms the absence of traces of moisture (Figure 5). Heat treatment at a temperature of 550-600 ° C also helps to remove carbon-containing impurities due to oxidation by atmospheric oxygen (combustion). The heat treatment produces a fine powder of barium fluoride activated by cerium fluoride, cubic fluorite structure, loose and stressed structure (Fig.6-8). The product yield is 95.0-97.0%.

Использование высокочистых реактивов обеспечивает требуемую чистоту продукта. По данным спектрально-эмиссионного анализа содержание фторида церия соответствует количеству, введенному при синтезе (Таблица 2).The use of high purity reagents ensures the required purity of the product. According to the spectral emission analysis, the cerium fluoride content corresponds to the amount introduced during the synthesis (Table 2).

Технический эффект от осуществления данного способа заключается в получении тонкодисперсного безводного порошка фторида бария, активированного фторидом церия, с однородным химическим и фазовым составом, с минимальным содержанием кислородных и углеродных примесей, что подтверждается приведенными примерами.The technical effect of the implementation of this method is to obtain a fine anhydrous powder of barium fluoride activated by cerium fluoride, with a uniform chemical and phase composition, with a minimum content of oxygen and carbon impurities, which is confirmed by the above examples.

Пример №1. Водный раствор нитрата бария (0,1-0,3 моль/л), приготовленный растворением в бидистиллированной воде высокочистого реактива (ос.ч. 7-5), заливали в реактор, выполненный из полипропилена и снабженный мешалкой из фторопласта. В реактор добавляли раствор нитрата церия (0,1-0,3 моль/л), полученный растворением шестиводного нитрата церия Ce(NO3)3·6H2O (содержание основного вещества не менее 99,99%). Соотношение мольной концентрации бария к церию в растворе составило 99,990:0,010. Растворы перемешивали в течение 20 минут. В полученный раствор при перемешивании покапельно добавляли 4%-ный раствор фторида аммония (ос.ч. 3-5). По завершении добавления раствора фторида аммония суспензию перемешивали при скорости 700 оборотов в минуту в течение 3 часов. После отстоя маточный раствор декантировали, осадок промывали бидистиллированной водой до полного удаления NO3--ионов по реакции с дифениламином. В отмытый осадок при перемешивании вливали 46%-ный раствор фтористо-водородной кислоты (ос.ч 27-5). Суспензию перемешивали при скорости 700 оборотов в минуту в течение 3 часов. Осадок отделяли на фильтре из пористого фторопласта, затем сушили во фторопластовой чашке при температуре 35-40°C в течение 5 часов. Содержание HF в высушенном осадке составляло 10,3 мас.% (Табл.1). Согласно данным рентгенофазового анализа был получен гидрофторид (Ba1-xCexF2+x)·HF с параметрами решетки a=7.271, b=4.289, c=4.967 Å, β=115.46 (Фиг.4). Высушенный полупродукт прокаливали в платиновом тигле при температуре 600°C в течение 2 часов. Получен безводный порошок фторида бария, активированного фторидом церия, флюоритовой структуры с параметром решетки a=6.1901 Å, с содержанием церия 0,0111 мас.% (Табл.2, Фиг.6, 7). Методом рентгеноспектрального микроанализа подтверждена гомогенность порошка (Фиг.9). Выход продукта составил 95,7%.Example No. 1. An aqueous solution of barium nitrate (0.1-0.3 mol / L), prepared by dissolving a high-purity reagent in bidistilled water (part 7-5), was poured into a reactor made of polypropylene and equipped with a fluoroplastic mixer. A solution of cerium nitrate (0.1-0.3 mol / L) obtained by dissolving six-water cerium nitrate Ce (NO 3 ) 3 · 6H 2 O (basic substance content of at least 99.99%) was added to the reactor. The ratio of the molar concentration of barium to cerium in the solution was 99.990: 0.010. The solutions were mixed for 20 minutes. In the resulting solution, with stirring, a 4% solution of ammonium fluoride was added dropwise (Os.h. 3-5). Upon completion of the addition of the ammonium fluoride solution, the suspension was stirred at a speed of 700 rpm for 3 hours. After settling, the mother liquor was decanted, the precipitate was washed with double-distilled water until NO 3 - ions were completely removed by reaction with diphenylamine. A 46% solution of hydrofluoric acid (os. 27-5) was poured into the washed precipitate with stirring. The suspension was stirred at a speed of 700 rpm for 3 hours. The precipitate was separated on the filter from a porous fluoroplastic, then dried in a fluoroplastic cup at a temperature of 35-40 ° C for 5 hours. The HF content in the dried precipitate was 10.3 wt.% (Table 1). According to x-ray phase analysis was obtained hydrofluoride (Ba 1-x Ce x F 2 + x ) · HF with lattice parameters a = 7.271, b = 4.289, c = 4.967 Å, β = 115.46 (Figure 4). The dried intermediate was calcined in a platinum crucible at a temperature of 600 ° C for 2 hours. An anhydrous powder of barium fluoride activated by cerium fluoride, a fluorite structure with a lattice parameter a = 6.1901 Å, with a cerium content of 0.0111 wt.% Was obtained (Table 2, Fig.6, 7). The method of x-ray microanalysis confirmed the homogeneity of the powder (Fig.9). The product yield was 95.7%.

Пример №2. Пример осуществлен аналогично примеру №1. Соотношение атомной концентрации бария к церию составило 99,999:0,001. Получен безводный порошок фторида бария, активированного фторидом церия, флюоритовой структуры с параметром решетки a=6.1961 Å, с содержанием церия 0,0011 мас.% (Табл.2, Фиг.6, 8). Выход продукта составил 96,9%.Example No. 2. An example is carried out analogously to example No. 1. The ratio of the atomic concentration of barium to cerium was 99.999: 0.001. An anhydrous powder of barium fluoride activated by cerium fluoride, a fluorite structure with a lattice parameter a = 6.1961 Å, with a cerium content of 0.0011 wt.% Was obtained (Table 2, Fig.6, 8). The product yield was 96.9%.

Пример №3. Пример осуществлен аналогично примеру №1. Соотношение атомной концентрации бария к церию составило 99,995:0,005. Получен безводный порошок фторида бария, активированного фторидом церия, флюоритовой структуры с параметром решетки a=6.1904 Å, с содержанием церия 0,0055 мас.% (Табл.2, Фиг.6). Выход продукта составил 96,3%.Example No. 3. An example is carried out analogously to example No. 1. The ratio of the atomic concentration of barium to cerium was 99.995: 0.005. An anhydrous powder of barium fluoride activated by cerium fluoride, a fluorite structure with a lattice parameter a = 6.1904 Å, with a cerium content of 0.0055 wt.% Was obtained (Table 2, FIG. 6). The product yield was 96.3%.

Пример №4. Пример осуществлен аналогично примеру №1, только вместо 4%-ного использовали 8%-ный раствор фторида аммония. Получен безводный порошок фторида бария, активированного фторидом церия, флюоритовой структуры с параметром решетки a=6.1901 Å, с содержанием церия 0,0111 мас.% (Табл.2, Фиг.6). Выход продукта составил 96,1%.Example No. 4. The example is carried out analogously to example No. 1, only instead of 4% used 8% solution of ammonium fluoride. An anhydrous powder of barium fluoride activated by cerium fluoride, a fluorite structure with a lattice parameter a = 6.1901 Å, with a cerium content of 0.0111 wt.% Was obtained (Table 2, FIG. 6). The product yield was 96.1%.

Пример №5. Пример осуществлен аналогично примеру №1, только прокалку полупродукта проводили при температуре 550°C в течение 3 часов. Получен безводный порошок фторида бария, активированного фторидом церия, флюоритовой структуры с параметром решетки a=6.1901 Å, с содержанием церия 0,0111 мас.% (Табл.2, Фиг.6). Выход продукта составил 95,8%.Example No. 5. The example was carried out analogously to example No. 1, only the intermediate was calcined at a temperature of 550 ° C for 3 hours. An anhydrous powder of barium fluoride activated by cerium fluoride, a fluorite structure with a lattice parameter a = 6.1901 Å, with a cerium content of 0.0111 wt.% Was obtained (Table 2, FIG. 6). The product yield was 95.8%.

Claims (3)

1. Способ получения порошка фторида бария, активированного фторидом церия, для сцинтилляционной керамики с повышенным световыходом, включающий взаимодействие раствора фторида аммония с раствором, содержащим нитрат бария и нитрат церия, с последующим отделением осадка, его промывкой, сушкой и термической обработкой, отличающийся тем, что для взаимодействия используют раствор, содержащий ионы бария и церия при их мольном соотношении от 99,999:0,001 до 99,990:0,010 соответственно, а отмытый осадок повторно обрабатывают фтористоводородной кислотой высокой чистоты.1. A method of producing a powder of barium fluoride activated by cerium fluoride for scintillation ceramics with high light output, comprising reacting a solution of ammonium fluoride with a solution containing barium nitrate and cerium nitrate, followed by separation of the precipitate, washing, drying and heat treatment, characterized in that a solution containing barium and cerium ions with a molar ratio of 99.999: 0.001 to 99.990: 0.010, respectively, is used for the interaction, and the washed precipitate is re-treated with hydrofluoric acid in sokoy purity. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что повторную обработку отмытого осадка проводят 45-47% фтористоводородной кислотой, взятой с 10% стехиометрическим избытком.2. The method according to p. 1, characterized in that the reprocessing of the washed precipitate is carried out with 45-47% hydrofluoric acid, taken with a 10% stoichiometric excess. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что термическую обработку высушенного осадка проводят при температуре 550-600°С в атмосфере выделяющегося при его разложении газообразного фтористого водорода предпочтительно в течение 2-3 часов. 3. The method according to p. 1, characterized in that the heat treatment of the dried precipitate is carried out at a temperature of 550-600 ° C in an atmosphere of gaseous hydrogen fluoride released during its decomposition, preferably within 2-3 hours.
RU2013114762/05A 2013-06-27 2013-06-27 Method of obtaining barium fluoride powder, activated with cerium fluoride for scintillation ceramics RU2545304C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013114762/05A RU2545304C2 (en) 2013-06-27 2013-06-27 Method of obtaining barium fluoride powder, activated with cerium fluoride for scintillation ceramics

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013114762/05A RU2545304C2 (en) 2013-06-27 2013-06-27 Method of obtaining barium fluoride powder, activated with cerium fluoride for scintillation ceramics

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013114762A RU2013114762A (en) 2015-01-10
RU2545304C2 true RU2545304C2 (en) 2015-03-27

Family

ID=53278725

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013114762/05A RU2545304C2 (en) 2013-06-27 2013-06-27 Method of obtaining barium fluoride powder, activated with cerium fluoride for scintillation ceramics

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2545304C2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114675316B (en) * 2022-03-24 2024-05-03 济南大学 Preparation method and application of fluoride-based flexible transparent scintillator film

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1325018A1 (en) * 1985-09-02 1987-07-23 Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Химических Реактивов И Особо Чистых Химических Веществ Method of producing barium fluoride
RU2411185C1 (en) * 2009-05-29 2011-02-10 Учреждение Российской академии наук Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН Method for synthesis of monophase barium fluoride nanopowder doped with fluoride of rare-earth metal
RU2424187C1 (en) * 2009-12-28 2011-07-20 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Государственный Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский Институт Химических Реактивов И Особо Чистых Химических Веществ" Method of producing high-purity barium fluoride
CN102502752A (en) * 2010-12-17 2012-06-20 中国科学院福建物质结构研究所 Method for regulating and controlling scale of functional alkaline-earth fluoride nanocrystals by doping of lanthanide ions

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1325018A1 (en) * 1985-09-02 1987-07-23 Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Химических Реактивов И Особо Чистых Химических Веществ Method of producing barium fluoride
RU2411185C1 (en) * 2009-05-29 2011-02-10 Учреждение Российской академии наук Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН Method for synthesis of monophase barium fluoride nanopowder doped with fluoride of rare-earth metal
RU2424187C1 (en) * 2009-12-28 2011-07-20 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Государственный Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский Институт Химических Реактивов И Особо Чистых Химических Веществ" Method of producing high-purity barium fluoride
CN102502752A (en) * 2010-12-17 2012-06-20 中国科学院福建物质结构研究所 Method for regulating and controlling scale of functional alkaline-earth fluoride nanocrystals by doping of lanthanide ions

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013114762A (en) 2015-01-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5355095B2 (en) Production of uniform nanoparticles of ultra-high purity metal oxides, mixed metal oxides, metals, and alloys
Saladino et al. Synthesis of Nd: YAG nanopowder using the citrate method with microwave irradiation
WO1993024680A1 (en) PROCESS FOR PRODUCING α-ALUMINA
Andrrev et al. Synthesis and thermal stability of rare earth compounds REF3, REF3· nH2O and (H3O) RE3F10· nH2O (RE= Tb− Lu, Y), obtained from sulphide precursors
Belik et al. Mechanical activation for soft synthesis of bismuth silicates
Luginina et al. Preparation of barium monohydrofluoride BaF2· HF from nitrate aqueous solutions
Ermakova et al. Synthesis of SrF 2: Yb: Er ceramic precursor powder by co-precipitation from aqueous solution with different fluorinating media: NaF, KF and NH 4 F
RU2545304C2 (en) Method of obtaining barium fluoride powder, activated with cerium fluoride for scintillation ceramics
US4999176A (en) Preparation of rare earth borides
JP4926835B2 (en) Magnesium oxide powder
CN107074574B (en) Method for producing plate-like alumina powder
Ianoş et al. Single-step combustion synthesis of YAlO 3 powders
Ekmekçi et al. Microstructural and Radioluminescence Characteristics of Nd 3+ Doped Columbite-Type SrNb 2 O 6 Phosphor
JP2008184366A (en) Cubic magnesium oxide powder and its manufacturing method
RU2424188C1 (en) Method of producing high-purity calcium fluoride
JP2006335578A (en) Leaflet-like gypsum dihydrate and its manufacturing method
RU2424187C1 (en) Method of producing high-purity barium fluoride
Tret’yak et al. Effect of precursor morphology on the structural properties, optical absorption, and luminescence of BaI 2: Eu 2+, Eu 3+
JP7501031B2 (en) Method for producing MWF zeolite and MWF zeolite
Vel’muzhov et al. Preparation of extrapure Ga 2 S 3 by reacting GaI 3 with sulfur
JP6201680B2 (en) Conductive zinc oxide powder and method for producing the same
US9556035B2 (en) Particles formed of silica and carbon, and method for producing mixture of silica and carbon
RU2627394C1 (en) Method for producing europium (ii) euf2 difluoride crystals
Su et al. High index, reactive facet-controlled synthesis of one-dimensional single crystalline rare earth hydroxide nanobelts
JP3970208B2 (en) Method for synthesizing reactive oxygen species inclusion materials