RU2600305C1

RU2600305C1 - METHOD FOR ELECTROCHEMICAL PRODUCTION OF IRIDIUM POWDER WITH SPECIFIC SURFACE AREA MORE THAN 5 m2/g

Info

Publication number: RU2600305C1
Application number: RU2015117598/02A
Authority: RU
Inventors: Юрий Павлович Зайков; Андрей Владимирович Исаков; Алексей Петрович Аписаров; Анна Олеговна Никитина; Владимир Николаевич Галактионов; Виктор Николаевич Бутрим; Анатолий Николаевич Тимофеев
Priority date: 2015-05-08
Filing date: 2015-05-08
Publication date: 2016-10-20

Abstract

FIELD: technological processes.

SUBSTANCE: invention relates to electrochemical production of iridium powder with large specific surface, which can be used in devices for catalyzing of combustion of multicomponent fuels at temperatures of up to 2,100°C without change of chemical composition and loss of shape. Electrolysis is carried out in an electrochemical cell, formed by cathode in form of container with chloride melt of KCl-NaCl and anode in form of iridium sample arranged coaxially to container at ratio of cathode and anode current density from 0.05 to 10.

EFFECT: obtaining iridium powder with specific surface area more than 5 m²/g.

1 cl, 3 ex

Description

Изобретение относится к электрохимическому получению порошкового иридия с высокой удельной поверхностью, который может быть использован в устройствах катализа горения многокомпонентных топлив при температурах до 2100°C без изменения химического состава и потери формы.The invention relates to the electrochemical production of iridium powder with a high specific surface, which can be used in devices for catalysis of combustion of multicomponent fuels at temperatures up to 2100 ° C without changing the chemical composition and loss of shape.

Иридий обладает совокупностью свойств, характерных для благородных металлов. Металл обладает высокой температурой плавления и потому является перспективным для применения в катализе при высоких температурах. Эффективность работы катализатора зависит от его удельной поверхности. Порошки обладают более развитой поверхностью, чем другие формы материалов (проволока, лист и пр.). Формой брикетов порошковых материалов легко управлять, что является большим преимуществом. Использование однофазных порошков благородных металлов требует создания метода, способного обеспечить не только высокую удельную поверхность порошков, но и воспроизводимые показатели при их получении.Iridium has a combination of properties characteristic of noble metals. The metal has a high melting point and therefore is promising for use in catalysis at high temperatures. The efficiency of the catalyst depends on its specific surface. Powders have a more developed surface than other forms of materials (wire, sheet, etc.). The briquette shape of the powder materials is easy to control, which is a great advantage. The use of single-phase powders of noble metals requires the creation of a method capable of providing not only a high specific surface area of powders, but also reproducible indicators when they are obtained.

Известен способ получения порошка металлического иридия из тетракис (трифторфосфин) гидрида иридия, включающий аммонолиз летучего комплексного соединения тетракис (трифторфосфин) гидрида иридия HIr(PF3)4 с конверсией в нелетучий аммиакат иридия водным раствором аммиака, растворение аммиаката иридия в концентрированной азотной кислоте, упаривание раствора, разложение остатка до металлического иридия губчатой структуры, его растирание, довосстановление в потоке водорода и очистку до иридия высокой чистоты (RU РФ 2419517, публ. 27.01.2011) [1]. Данный способ характеризуется использованием экологически опасных материалов, а также многостадийностью процесса. При этом процесс восстановления протекает в вакууме при высоких температурах и сопровождается перекристаллизацией с образованием губчатых поликристаллов значительного размера. Более того способ не способен обеспечить получение порошков с высокой удельной поверхностью.A known method of producing a powder of metallic iridium from tetrakis (trifluorophosphine) iridium hydride, including the ammonolysis of the volatile complex tetrakis (trifluorophosphine) iridium hydride HIr (PF3) 4 with the conversion of non-volatile iridium ammonia into aqueous solution of ammonia, dissolution of ammonia solution in ammonia decomposition of the residue to sponge metal iridium, its grinding, completion in a hydrogen stream and purification to high purity iridium (RU RF 2419517, publ. January 27, 2011) [1]. This method is characterized by the use of environmentally hazardous materials, as well as a multi-stage process. In this case, the reduction process proceeds in vacuum at high temperatures and is accompanied by recrystallization with the formation of spongy polycrystals of a significant size. Moreover, the method is not able to provide powders with a high specific surface area.

Наиболее близким к заявляемому способу является электролитический способ получения порошков платиновых металлов и их сплавов (RU 2249062, публ. 27.03.2005) [2]. Способ включает электролиз хлоридных расплавов, содержащих ионы платиновых металлов, в герметичном электролизере, в инертной атмосфере, в расплаве эвтектики NaCl-KCl-CsCl при отношениях концентрации (мас. %) ионов платиновых металлов к заданной плотности тока 3,0-20,0 А/см² до достижения максимума напряжения. Электролиз ведут в потенциостатическом режиме. Данный способ требует задавать изначальную концентрацию платинового металла в расплав, что повлияет на объем незавершенного производства в сторону увеличения.Closest to the claimed method is an electrolytic method for producing powders of platinum metals and their alloys (RU 2249062, publ. 27.03.2005) [2]. The method includes the electrolysis of chloride melts containing platinum metal ions in a sealed electrolyzer, in an inert atmosphere, in a NaCl-KCl-CsCl eutectic melt at a ratio of the concentration (wt.%) Of platinum metal ions to a given current density of 3.0-20.0 A / cm ² to achieve maximum voltage. Electrolysis is carried out in potentiostatic mode. This method requires setting the initial concentration of platinum metal in the melt, which will affect the volume of work in progress upward.

Необходимость задавать концентрацию в объем расплава приводит к появлению дополнительной технологической стадии. Для осуществления потенциостатического электролиза требуется использовать более сложное электротехническое оборудование, чем для гальваностатического. Указанным способом не могут быть получены тонкодисперсные порошки иридия с удельной поверхностью более 5 м²/г. В источнике указывается, что данным способом могут быть получены лишь порошки платины с содержанием иридия 8 мас. % и удельной поверхностью 4 м²/г.The need to set the concentration in the volume of the melt leads to the appearance of an additional technological stage. For the implementation of potentiostatic electrolysis requires the use of more complex electrical equipment than for galvanostatic. Fine iridium powders with a specific surface of more than 5 m ² / g cannot be obtained by this method. The source indicates that this method can be obtained only powders of platinum with an iridium content of 8 wt. % and specific surface area 4 m ² / g.

Предлагаемый способ электрохимического получения порошка иридия с удельной поверхностью более 5 м²/г, включает электролиз хлоридного расплава KCl-NaCl. Новым является то, что электролиз ведут в электрохимической ячейке, образованной катодом в виде контейнера с хлоридным расплавом KCl-NaCl и анодом в виде образца из иридия, размещенного коаксиально контейнеру, при соотношении плотностей катодного и анодного тока от 0,05 до 10.The proposed method for the electrochemical production of iridium powder with a specific surface area of more than 5 m ² / g, involves the electrolysis of chloride melt KCl-NaCl. New is that electrolysis is carried out in an electrochemical cell formed by a cathode in the form of a container with KCl-NaCl chloride melt and an anode in the form of an iridium sample placed coaxially with the container, with a ratio of cathodic and anodic current densities from 0.05 to 10.

Способ основан на электрохимическом получении раствора соединений иридия в расплаве с восстановительной средой. Восстановительная способность обеспечивается истинным раствором щелочного металла в расплаве хлоридов щелочных металлов. Изменяя соотношение плотности катодного и анодного тока в процессе электролиза, получают порошки иридия с удельной поверхностью более 5 м²/г. При этом способ не требует задавать изначальную концентрацию иридия в расплав, исключая этим дополнительную технологическую стадию, при том что проведение электролиза не требует сложного электротехнического оборудования.The method is based on the electrochemical preparation of a solution of iridium compounds in a melt with a reducing medium. The reducing ability is provided by a true alkali metal solution in a melt of alkali metal chlorides. By changing the ratio of the density of the cathode and anode current in the electrolysis process, iridium powders with a specific surface of more than 5 m ² / g are obtained. Moreover, the method does not require setting the initial concentration of iridium in the melt, thereby eliminating the additional technological stage, while the electrolysis does not require complex electrical equipment.

Соотношение плотностей катодного и анодного тока от 0,05 до 10 обусловлено следующим. Данный диапазон соотношений плотностей тока эффективно обеспечивает образование в расплаве восстановительной среды (раствора щелочного металла) и одновременное растворение металлического иридия. При помощи изменения соотношения регулируется ширина и концентрационные характеристики зоны восстановления, что приводит к изменению структуры порошка. Таким образом, воздействие на структуру порошка приводит к изменению удельной поверхности.The ratio of the densities of the cathode and anode current from 0.05 to 10 is due to the following. This range of current density ratios effectively ensures the formation of a reducing medium (alkali metal solution) in the melt and the simultaneous dissolution of iridium metal. By changing the ratio, the width and concentration characteristics of the reduction zone are regulated, which leads to a change in the structure of the powder. Thus, the effect on the structure of the powder leads to a change in the specific surface.

Новый технический результат, достигаемый заявленным способом, заключается в упрощении технологии получения порошков иридия с высокой удельной поверхностью.A new technical result achieved by the claimed method is to simplify the technology for producing iridium powders with a high specific surface area.

Порошок иридия получали следующим образом. Стакан из нержавеющей стали, снабженный токоподводами, использовали в качестве контейнера для расплава KCl-NaCl, являющегося катодом. В качестве анода использовали компактный образец из иридия, закрепленный на токоподводе из нихрома. Контейнер с расплавом, представляющий собой катод и анод из иридия, составляет электрохимическую ячейку. Анод из иридия размещали в расплавленной соли коаксиально контейнеру с расплавом. Через организованную таким образом электрохимическую ячейку пропускали электрический ток. В процессе получения порошка иридия происходит растворение иридия, образование раствора щелочного металла и восстановление соединений иридия в объеме расплава. При выделении необходимого количества порошка процесс останавливают. Затем из контейнера растворением удаляют солевую фазу, после чего извлекают порошок и сушат в сушильном шкафу в атмосфере воздуха. Удельную поверхность контролируют методом БЭТ.Iridium powder was prepared as follows. A stainless steel beaker equipped with current leads was used as a container for the KCl-NaCl melt, which is the cathode. A compact sample of iridium mounted on a nichrome current lead was used as the anode. The molten container, which is a cathode and an anode of iridium, constitutes an electrochemical cell. The iridium anode was placed in the molten salt coaxially with the molten container. An electric current was passed through an electrochemical cell organized in this way. In the process of obtaining iridium powder, iridium is dissolved, an alkali metal solution is formed and iridium compounds are reduced in the melt volume. When allocating the required amount of powder, the process is stopped. Then, the salt phase is removed from the container by dissolution, after which the powder is removed and dried in an oven in air. The specific surface is controlled by the BET method.

Пример 1. Электролиз проводили в расплаве KCl-NaCl при соотношении плотностей катодного и анодного тока 0,05. Затем солевую фазу отделяли дистиллированной водой. Полученный порошок иридия имел удельную поверхность 14 м²/г.Example 1. Electrolysis was carried out in a KCl-NaCl melt at a ratio of cathodic and anodic current densities of 0.05. Then, the salt phase was separated with distilled water. The resulting iridium powder had a specific surface area of 14 m ² / g.

Пример 2. Электролиз проводили в расплаве KCl-NaCl при соотношении плотностей катодного и анодного тока 0,1. Затем солевую фазу отделяли дистиллированной водой. Полученный порошок иридия имел удельную поверхность 16,8 м²/г.Example 2. Electrolysis was carried out in a KCl-NaCl melt at a ratio of cathodic and anodic current densities of 0.1. Then, the salt phase was separated with distilled water. The resulting iridium powder had a specific surface area of 16.8 m ² / g.

Пример 3. Электролиз проводили в расплаве KCl-NaCl при соотношении плотностей катодного и анодного тока 10. Затем солевую фазу отделяли дистиллированной водой. Полученный порошок иридия имел удельную поверхность 5,5 м²/г.Example 3. Electrolysis was carried out in a KCl-NaCl melt at a ratio of the cathodic and anodic current densities of 10. Then, the salt phase was separated by distilled water. The resulting iridium powder had a specific surface area of 5.5 m ² / g.

Таким образом, заявленный электрохимический способ позволяет получить порошок иридия с удельной поверхностью более 5 м²/г. Процесс характеризуется простотой и технологичностью стадий, предусматривает возможность вторичного использования солевой фазы. Процесс синтеза порошка происходит в одну стадию. Преимущества способа позволяют эффективно использовать его для промышленного применения.Thus, the claimed electrochemical method allows to obtain iridium powder with a specific surface area of more than 5 m ² / g The process is characterized by the simplicity and manufacturability of the stages, provides for the possibility of recycling the salt phase. The process of powder synthesis takes place in one stage. The advantages of the method allow its efficient use for industrial applications.

Claims

A method for the electrochemical production of iridium powder with a specific surface of more than 5 m ² / g, comprising electrolysis of a KCl-NaCl chloride melt, characterized in that the electrolysis is carried out in an electrochemical cell formed by a cathode in the form of a container with KCl-NaCl chloride melt and an anode in the form of a sample of iridium placed coaxially with the container, with a ratio of the cathodic and anodic current densities from 0.05 to 10.