RU2580138C1 - Method for producing stabilized zirconia dioxide - Google Patents

Method for producing stabilized zirconia dioxide Download PDF

Info

Publication number
RU2580138C1
RU2580138C1 RU2014152536/05A RU2014152536A RU2580138C1 RU 2580138 C1 RU2580138 C1 RU 2580138C1 RU 2014152536/05 A RU2014152536/05 A RU 2014152536/05A RU 2014152536 A RU2014152536 A RU 2014152536A RU 2580138 C1 RU2580138 C1 RU 2580138C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
zirconium
solution
stabilized zirconia
drying
mixing
Prior art date
Application number
RU2014152536/05A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Елена Николаевна Лебедева
Елена Евгеньевна Никишина
Дмитрий Васильевич Дробот
Марат Шамилевич Шабанов
Вадим Вячеславович Гребнев
Руслан Михайлович Закалюкин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский технологический университет"
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 образовательное учреждение высшего образования "Московский технологический университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский технологический университет"
Priority to RU2014152536/05A priority Critical patent/RU2580138C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2580138C1 publication Critical patent/RU2580138C1/en

Links

Landscapes

  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to the synthesis of inorganic compounds, namely technology of stabilized zirconia, and may be used for the manufacture of structural ceramics, solid state fuel cell, oxygen sensors, catalysts, as well as medical, electronics and jewelry industries. Method comprises the synthesis of zirconium hydroxide by mixing zirconium oxychloride with an aqueous solution of ammonia concentration 6.0-9.5 mol / l when the ratio of the volume of solid and liquid phases of 1:(3-5) with subsequent operations decanting the solution, filtering and drying the precipitate, mixing the obtained zirconium hydroxide with a solution of rare earth acetate, in a given product to obtain the desired molar ratio of zirconium oxide and rare earth oxide, drying and heat treatment.
EFFECT: invention provides a simplification and an intensification of the process of getting stabilized zirconia to the absence of impurities and improved electro-physical characteristics.
1 cl, 1 tbl, 18 ex

Description

Изобретение относится к синтезу неорганических соединений, а именно к способу получения стабилизированного диоксида циркония, и может быть использовано для изготовления структурной керамики, твердотельных топливных элементов, кислородных сенсоров, катализаторов, а также в медицинской, электронной, ювелирной и т.д. промышленности.The invention relates to the synthesis of inorganic compounds, and in particular to a method for producing stabilized zirconia, and can be used for the manufacture of structural ceramics, solid-state fuel cells, oxygen sensors, catalysts, as well as in medical, electronic, jewelry, etc. industry.

Согласно аналитическому обзору, проведенному по методам получения стабилизированного диоксида циркония, двумя основными способами являются твердофазный (керамический) и способ совместного осаждения.According to an analytical review conducted by methods for producing stabilized zirconia, the two main methods are solid-phase (ceramic) and co-precipitation.

Известен способ получения стабилизированного диоксида циркония методом совместного осаждения гидроксидов с использованием оксихлорида циркония и нитратов редкоземельных элементов (РЗЭ) в качестве исходных веществ (Горелов В.П., Пальгуев С.Ф. Максимумы электропроводности и границы фазы типа флюорита в системах ZrO2-окисел РЗЭ // Доклады АН СССР. 1979. Т. 248. №6. С. 1356-1359). Вариантом этого метода является способ получения стабилизированного диоксида циркония с использованием оксихлорида циркония и концентрата редкоземельных элементов (РЗЭ) в виде карбонатов с высоким содержанием церия (Патент RU 2463276 C2 [Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пермский государственный технический университет»] 10.10.2012). Он заключается в совместном осаждении гидроксидов из водного раствора оксихлорида циркония и растворенного в концентрированной азотной кислоте концентрата РЗЭ, в качестве осадителя используют 25%-ный водный раствор аммиака. Получается гелеобразный продукт, который отмывают от примесей, сушат и подвергают температурной обработке.A known method for producing stabilized zirconia by co-precipitation of hydroxides using zirconium oxychloride and rare earth nitrates (REE) as starting materials (Gorelov V.P., Palguev S.F. Conductivity maxima and phase boundaries of fluorite type in ZrO 2 -oxid systems REE // Doklady AN SSSR. 1979. T. 248. No. 6. S. 1356-1359). A variant of this method is a method for producing stabilized zirconia using zirconium oxychloride and a rare earth concentrate (REE) in the form of carbonates with a high cerium content (Patent RU 2463276 C2 [State educational institution of higher education “Perm State Technical University”] 10.10.2012) . It consists in the co-precipitation of hydroxides from an aqueous solution of zirconium oxychloride and REE concentrate dissolved in concentrated nitric acid; 25% aqueous ammonia is used as a precipitant. It turns out a gel-like product, which is washed from impurities, dried and subjected to heat treatment.

В обоих случаях недостатком является трудность отмывки гелеобразного осадка от примесей, большое количество сточных вод. Вследствие различия pH осаждаемых гидроксидов получают осадки с неравномерным распределением компонентов, что влияет на фазовый и гранулометрический состав получаемого материала. Помимо этого, во втором способе для высушивания продукта применяют органический реагент (этиловый спирт), а также требуется дополнительная операция, связанная с использованием ультразвука.In both cases, the disadvantage is the difficulty of washing the gel-like precipitate from impurities, a large amount of wastewater. Due to the difference in pH of the precipitated hydroxides, precipitates are obtained with an uneven distribution of components, which affects the phase and particle size distribution of the resulting material. In addition, in the second method, an organic reagent (ethyl alcohol) is used to dry the product, and an additional operation involving the use of ultrasound is also required.

Известен способ получения стабилизированного оксида циркония путем мокрого помола диоксида циркония и оксида иттрия, взятых в требуемых соотношениях, в шаровой мельнице с последующим высушиванием и термической обработкой при 1350-1500°C. Данные операции повторяли 2 или более раз (Patent US 4542110 A [Hitachi Chemical Company, Ltd] 17.09.1985).A known method of producing stabilized zirconia by wet grinding of zirconia and yttrium oxide, taken in the required proportions, in a ball mill, followed by drying and heat treatment at 1350-1500 ° C. These operations were repeated 2 or more times (Patent US 4542110 A [Hitachi Chemical Company, Ltd] 09/17/1985).

Недостатком способа является большое количество операций, высокие температуры, трудность получения однофазных образцов, введение дополнительных реагентов (оксида кремния - ≤0,5 масс. % или оксида алюминия - от 0,2 до 1,0 масс. %) для снижения температуры спекания.The disadvantage of this method is the large number of operations, high temperatures, the difficulty of obtaining single-phase samples, the introduction of additional reagents (silicon oxide - ≤0.5 wt.% Or alumina from 0.2 to 1.0 wt.%) To reduce the sintering temperature.

Наиболее близким к предполагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения оксидных порошков, включающий осаждение гидроксида циркония при обработке оксихлорида циркония 25%-ным раствором аммиака, обработку гидроксида циркония раствором хлорида или нитрата иттрия в заданном мольном отношении ZrO2:Y2O3 в течение 23-24 часов, выпаривание до сухого состояния с дальнейшей термической обработкой порошка в интервале температур 600-1200°C (Авторское свидетельство SU 1114617 A [Сопова Т.Н., Федосов А.И., Белянина Р.Г., Кулагин В.В.], 23.09.1984).The closest to the proposed invention in technical essence and the achieved result is a method of producing oxide powders, including the deposition of zirconium hydroxide during the processing of zirconium oxychloride with 25% ammonia solution, the treatment of zirconium hydroxide with a solution of yttrium chloride or yttrium chloride in a given molar ratio ZrO 2 : Y 2 O 3 for 23-24 hours, evaporation to dryness of the powder with further thermal treatment in the temperature range 600-1200 ° C (Author's certificate SU 1114617 a [Sopova TN, Fedosov AI Belya Ina RG, Kulagin VV], 23.09.1984).

Недостатком способа является то, что использование токсичного концентрированного раствора аммиака при получении гидроксида циркония предопределяет бурное протекание реакции взаимодействия с возможным выбросом и потерями самого оксихлорида циркония на начальной стадии процесса. Отсутствуют данные по содержанию диоксида циркония в получаемом гидроксиде и по содержанию примесей в продуктах - гидроксиде и стабилизированном оксиде циркония. Введение иттрия в виде хлорида или нитрата приводит к наличию трудноудаляемых из конченого продукта примесей хлора и азота, снижающих электрофизические свойства получаемого материала.The disadvantage of this method is that the use of a toxic concentrated solution of ammonia in the production of zirconium hydroxide determines the rapid course of the reaction reaction with the possible release and loss of zirconium oxychloride itself at the initial stage of the process. There are no data on the content of zirconium dioxide in the resulting hydroxide and on the content of impurities in the products - hydroxide and stabilized zirconium oxide. The introduction of yttrium in the form of chloride or nitrate leads to the presence of impurities of chlorine and nitrogen that are difficult to remove from the finished product, which reduce the electrophysical properties of the resulting material.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в упрощении и интенсификации процесса получения стабилизированного оксида циркония.The technical result of the invention is to simplify and intensify the process of obtaining stabilized zirconium oxide.

Технический результат поставленной задачи достигается синтезом гидроксида циркония гетерофазным способом путем смешения оксихлорида циркония с водным раствором аммиака концентрации 6,0-9,5 мол/л при отношении объемов твердой и жидкой фаз (Т:Ж)=1:(3-5), с последующими операциями по декантации маточного раствора, отделения твердой фазы путем фильтрации и высушивания на воздухе. Это обеспечивает получение плотного, хорошо фильтрующегося осадка гидроксида циркония с высоким содержанием диоксида циркония - 66-74 масс. % и низким содержанием хлорид-ионов (менее 0,05 масс. %). Полученный гидроксид обрабатывают водным раствором ацетата РЗЭ в заданном для получения необходимого продукта мольном отношении оксида циркония и оксида редкоземельного элемента и перемешивают в течение 15-20 часов. Суспензию выпаривают на электрической плитке до сухого состояния. Порошок шихты подвергают термической обработке в интервале температур 500-900°C.The technical result of the task is achieved by the synthesis of zirconium hydroxide in a heterophasic way by mixing zirconium oxychloride with an aqueous solution of ammonia with a concentration of 6.0-9.5 mol / l with a ratio of the volumes of solid and liquid phases (T: W) = 1: (3-5), followed by decantation of the mother liquor, separation of the solid phase by filtration and drying in air. This provides a dense, well-filtered sediment of zirconium hydroxide with a high content of zirconium dioxide - 66-74 mass. % and low in chloride ions (less than 0.05 wt.%). The resulting hydroxide is treated with an aqueous solution of REE acetate in the molar ratio of zirconium oxide and rare earth oxide specified to obtain the desired product and stirred for 15-20 hours. The suspension is evaporated on a hot plate until dry. The powder mixture is subjected to heat treatment in the temperature range 500-900 ° C.

В таблице представлены результаты проведенных исследований. Примеры 1-4 проведены в условиях способа-прототипа.The table shows the results of the studies. Examples 1-4 carried out in the conditions of the prototype method.

Пример 5. Оксихлорид циркония ZrOCl2·8H2O в количестве 36 г вносят небольшими порциями при перемешивании в предварительно охлажденный раствор аммиака с концентрацией 7,6 моль/л, взятом в количестве 60 мл. Реакционную смесь оставляют без перемешивания на 2 часа. Осветленный маточный раствор сливают путем декантации, осадок заливают свежей порцией дистиллированной воды в объеме 200-300 мл и оставляют для отстаивания. Для избежания трудностей, связанных с седиментацией мелкодисперсных частиц осадка, дальнейшую отмывку осадка осуществляют методом декантации, контролируя pH маточного раствора и содержание хлорид-иона (с использованием AgNO3). Декантацию заканчивают при достижении pH раствора 7-7,5 и отрицательной реакцией на хлорид-ион. Осадок гидроксида циркония переносят на фильтр и высушивают до сыпучего состояния на воздухе.Example 5. Zirconium oxychloride ZrOCl 2 · 8H 2 O in an amount of 36 g is added in small portions with stirring in a pre-cooled ammonia solution with a concentration of 7.6 mol / l, taken in an amount of 60 ml. The reaction mixture was left without stirring for 2 hours. The clarified mother liquor is drained by decantation, the precipitate is poured with a fresh portion of distilled water in a volume of 200-300 ml and left to settle. To avoid the difficulties associated with the sedimentation of fine particles of the precipitate, further washing of the precipitate is carried out by decantation, controlling the pH of the mother liquor and the content of chloride ion (using AgNO 3 ). The decantation is completed when the pH of the solution reaches 7-7.5 and a negative reaction to the chloride ion. The zirconium hydroxide precipitate is transferred to a filter and dried to a friable state in air.

Получают 19,7 г гидроксида циркония в виде аморфного (данные РФА), сыпучего белого порошка. Содержание диоксида циркония составляет 66,7 масс. %, хлорид-иона менее 0,02 масс. %. Пикнометрическая плотность порошка гидроксида составляет 2,4 г/см3, дисперсность порошка - 2,2 мкм.19.7 g of zirconium hydroxide are obtained in the form of amorphous (XRD data), free-flowing white powder. The content of zirconium dioxide is 66.7 mass. %, chloride ion less than 0.02 mass. % The pycnometric density of the hydroxide powder is 2.4 g / cm 3 , the dispersion of the powder is 2.2 μm.

Берут 3,5 г порошкообразного аморфного гидроксида циркония, 12,3 мл водного раствора ацетата иттрия с концентрацией 0,154 моль/л (отношение компонентов отвечает составу Y2O3·20ZrO2). Смешение и встряхивание гидроксида циркония с ацетатным раствором иттрия проводят в закрытых емкостях при комнатной температуре в течение 15-20 часов. Суспензию выпаривают на электрической плитке до сухого состояния. Термообработку полученной шихты проводят при 670°C в течение 10 часов. По данным рентгенофазового анализа (РФА) полученный порошок представляет собой твердый раствор кубической модификации. Дисперсность порошка составляет 1,5 мкм.Take 3.5 g of powdered amorphous zirconium hydroxide, 12.3 ml of an aqueous solution of yttrium acetate with a concentration of 0.154 mol / l (the ratio of the components corresponds to the composition of Y 2 O 3 · 20ZrO 2 ). Mixing and shaking of zirconium hydroxide with yttrium acetate solution is carried out in closed containers at room temperature for 15-20 hours. The suspension is evaporated on a hot plate until dry. Heat treatment of the resulting mixture is carried out at 670 ° C for 10 hours. According to x-ray phase analysis (XRD), the resulting powder is a solid solution of cubic modification. The dispersion of the powder is 1.5 microns.

Для получения твердого электролита и определения электрофизических величин порошок шихты прессуют при давлении 4,5-5,0 т/см2, полученную таблетку спекают при температуре 1200°C. Удельная электропроводность материала составила 2,6·10-3 Ом-1·см-1.To obtain a solid electrolyte and determine electrophysical values, the charge powder is pressed at a pressure of 4.5-5.0 t / cm 2 , the resulting tablet is sintered at a temperature of 1200 ° C. The conductivity of the material was 2.6 · 10 -3 Ohm -1 · cm -1 .

Примеры №6-18 проводят аналогично примеру №5, режимы приведены в таблице. Плотность получаемых порошков находится в интервале 6,05-6,15 г/см3.Examples No. 6-18 are carried out analogously to example No. 5, the modes are shown in the table. The density of the obtained powders is in the range of 6.05-6.15 g / cm 3 .

Согласно приведенным в таблице данным, предлагаемый нами способ, в отличие от описанного в прототипе, обеспечивает получение стабилизированного оксида циркония с отсутствием примесей и улучшенными электрофизическими характеристиками.According to the data in the table, our proposed method, in contrast to that described in the prototype, provides stable zirconium oxide with no impurities and improved electrophysical characteristics.

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

Claims (1)

Способ получения стабилизированного оксида циркония, включающий синтез гидроксида циркония путем смешения оксихлорида циркония с водным раствором аммиака с последующими операциями по декантации раствора, фильтрации и сушки осадка, смешение полученного гидроксида циркония с раствором соли редкоземельного элемента в заданном для получения необходимого продукта мольном отношении оксида циркония и оксида редкоземельного элемента, сушку и термическую обработку, отличающийся тем, что обработку оксихлорида циркония проводят раствором аммиака с концентрацией 6,0-9,5 мол/л при отношении объемов твердой и жидкой фаз (Т:Ж) 1:(3-5), а в качестве раствора соли редкоземельного элемента используют раствор ацетата редкоземельного элемента. A method of obtaining stabilized zirconium oxide, including the synthesis of zirconium hydroxide by mixing zirconium oxychloride with aqueous ammonia followed by decantation of the solution, filtering and drying the precipitate, mixing the obtained zirconium hydroxide with a rare-earth salt solution in a molar ratio of zirconium oxide to the desired product to obtain the desired product rare earth oxide, drying and heat treatment, characterized in that the processing of zirconium oxychloride is carried out with solution a ammonia with a concentration of 6.0-9.5 mol / l with a ratio of the volumes of solid and liquid phases (T: G) 1: (3-5), and a solution of rare-earth element acetate is used as a solution of the salt of the rare-earth element.
RU2014152536/05A 2014-12-25 2014-12-25 Method for producing stabilized zirconia dioxide RU2580138C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014152536/05A RU2580138C1 (en) 2014-12-25 2014-12-25 Method for producing stabilized zirconia dioxide

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014152536/05A RU2580138C1 (en) 2014-12-25 2014-12-25 Method for producing stabilized zirconia dioxide

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2580138C1 true RU2580138C1 (en) 2016-04-10

Family

ID=55793898

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014152536/05A RU2580138C1 (en) 2014-12-25 2014-12-25 Method for producing stabilized zirconia dioxide

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2580138C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2652713C1 (en) * 2017-06-13 2018-04-28 Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Институт Химии Коми Научного Центра Уральского Отделения Российской Академии Наук Method for obtaining concentrated hydrosol of zirconium dioxide

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1114617A1 (en) * 1982-05-12 1984-09-23 Московский институт тонкой химической технологии им.М.В.Ломоносова Method for producing oxide powders
US4542110A (en) * 1982-06-08 1985-09-17 Hitachi Chemical Company, Ltd. Process for producing zirconium oxide sintered body
US4985229A (en) * 1986-09-27 1991-01-15 Nissan Chemical Industries, Ltd. Process for manufacturing fine zirconium oxide powder
RU2509728C2 (en) * 2008-12-04 2014-03-20 Сакай Кемикал Индастри Ко., Лтд. Zirconium oxide dispersion, method for production thereof and resin composition containing same

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1114617A1 (en) * 1982-05-12 1984-09-23 Московский институт тонкой химической технологии им.М.В.Ломоносова Method for producing oxide powders
US4542110A (en) * 1982-06-08 1985-09-17 Hitachi Chemical Company, Ltd. Process for producing zirconium oxide sintered body
US4985229A (en) * 1986-09-27 1991-01-15 Nissan Chemical Industries, Ltd. Process for manufacturing fine zirconium oxide powder
RU2509728C2 (en) * 2008-12-04 2014-03-20 Сакай Кемикал Индастри Ко., Лтд. Zirconium oxide dispersion, method for production thereof and resin composition containing same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2652713C1 (en) * 2017-06-13 2018-04-28 Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Институт Химии Коми Научного Центра Уральского Отделения Российской Академии Наук Method for obtaining concentrated hydrosol of zirconium dioxide

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Um et al. Dissolution behavior of La2O3, Pr2O3, Nd2O3, CaO and Al2O3 in sulfuric acid solutions and study of cerium recovery from rare earth polishing powder waste via two-stage sulfuric acid leaching
Nilchi et al. Kinetics, isotherm and thermodynamics for uranium and thorium ions adsorption from aqueous solutions by crystalline tin oxide nanoparticles
CN1027890C (en) Process for preparing rare earth ammonium double oxalate and use for preparing rare earth oxidate
CN107176836B (en) Cerium-calcium double-element co-doped lanthanum zirconate nano ceramic powder and preparation method thereof
Zhang et al. A novel study on preparation of H 2 TiO 3–lithium adsorbent with titanyl sulfate as titanium source by inorganic precipitation–peptization method
RU2580138C1 (en) Method for producing stabilized zirconia dioxide
Kalinina et al. Synthesis and investigation of nanoceramics based on cobalt metaniobate
CN104445341B (en) A kind of preparation method of the nanometer yttrium aluminium garnet powder of pure YAG phase
CN102070177A (en) Porous cubic phase scandium oxide powder and preparation method thereof
CN103523830B (en) High-specific-surface area pure-monoclinic-phase zirconia preparation method
JPH0346407B2 (en)
RU2649443C1 (en) Method for obtaining submicron cobalt(ii) ferrite
CN102227378A (en) Zirconium hydrate powder
RU2600636C2 (en) Method of producing nanocrystalline powder of zirconium dioxide
RU2341459C1 (en) Method of obtaining cerium dioxide
Alkhudhayri et al. Thermodynamic Effect on Boron Removal from Aqueous Solutions by MgAl Layered Double Hydrotalcite
RU2709862C1 (en) Method for preparing compositions based on oxides of zirconium and cerium
RU2576271C1 (en) Method for producing yttrium aluminum garnet nanopowders
JP6806538B2 (en) Method for producing bismuth iron oxide
RU2702588C1 (en) Method of producing yttrium oxide for ceramic articles
JPS61122121A (en) Production of rare earth metal oxide powder
RU2615513C1 (en) Method for producing highly dispersed aluminium-zirconium oxide system
CN104190355A (en) Method for preparing porous carbon material and treatment method for treating oil-containing sewage
Alkhudhayri et al. Removal of boron from aqueous solutions using MgAl composition
Chang Yttrium-Stabilized Zirconia Particles Prepared Using Electro-dialysis of (Zr, Y) OCl 2 Aqueous Solution

Legal Events

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

Effective date: 20191226