RU2801227C1 - Method for producing rare-earth zirconates - Google Patents
Method for producing rare-earth zirconates Download PDFInfo
- Publication number
- RU2801227C1 RU2801227C1 RU2022130863A RU2022130863A RU2801227C1 RU 2801227 C1 RU2801227 C1 RU 2801227C1 RU 2022130863 A RU2022130863 A RU 2022130863A RU 2022130863 A RU2022130863 A RU 2022130863A RU 2801227 C1 RU2801227 C1 RU 2801227C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rare earth
- temperature
- composition
- zirconates
- hours
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к области неорганического синтеза соединений, а именно - цирконатов редкоземельных элементов, предназначенных для изготовления материалов для получения термобарьерных покрытий, катализаторов, сенсоров, ионных проводников, а также матриц для иммобилизации радиоактивных отходов. Заявляемый состав материала отвечает химической формуле R2Zr2O7 (R- La, Dy, Sm, Gd).The invention relates to the field of inorganic synthesis of compounds, namely rare earth zirconates, intended for the manufacture of materials for obtaining thermal barrier coatings, catalysts, sensors, ionic conductors, as well as matrices for the immobilization of radioactive waste. The claimed composition of the material corresponds to the chemical formula R 2 Zr 2 O 7 (R-La, Dy, Sm, Gd).
Согласно аналитическому обзору, проведенному по методам получения цирконатов редкоземельных элементов, двумя основными способами являются твердофазный (керамический) и способ совместного осаждения. According to the analytical review conducted on rare earth zirconate production methods, the two main methods are solid phase (ceramic) and co-precipitation.
Известен твердофазный способ получения цирконата гадолиния состава Gd2Zr2O7 нагреванием при температуре 1100-1200°С в течение 3 ч предварительно механоактивированной смеси оксидов гадолиния и циркония (Калинкин А.М., Виноградов В.Ю., Калинкина Е.В. Твердофазный синтез нанокристаллического цирконата гадолиния с применением механоактивации // Неорганические материалы. 2021. Т.57. № 2. С. 189-196).Known solid-phase method of obtaining gadolinium zirconate composition Gd 2 Zr 2 O 7 by heating at a temperature of 1100-1200°C for 3 h previously mechanically activated mixture of oxides of gadolinium and zirconium (Kalinkin A.M., Vinogradov V.Yu., Kalinkina E.V. Solid-phase synthesis of nanocrystalline gadolinium zirconate using mechanical activation // Inorganic Materials, 2021, V.57, No. 2, pp. 189-196).
Недостатком способа являются высокие температуры синтеза.The disadvantage of this method are the high temperatures of synthesis.
Известен способ получения цирконатов редкоземельных элементов R2Zr2O7 (R = Gd, Tb, Dy) методом совместного осаждения. Исходные вещества - нитрат редкоземельного элемента и оксихлорид циркония - смешивали и обрабатывали водным раствором аммиака. Порошки цирконатов получали прокаливанием промытого и высушенного осадка при 600-1500°С в течение 3-6 ч на воздухе (Popov V.V., Menushenkov A.P., Ivanov A.A., Gaynanov B.R., Yastrebtsev A.A., d’Acapito F., Puri A., Castro G.R., Shchetinin I.V., Zheleznyi M.V., Zubavichus Y.V., Ponkratov K.V. Comparative analysis of long- and short-range structures features in titanates Ln2Ti2O7 and zirconates Ln2Zr2O7 (Ln = Gd, Tb, Dy) upon the crystallization process // J. Physics and Chemistry of Solids. 2019. V. 130. P. 144-153.)A known method of obtaining rare earth zirconates R 2 Zr 2 O 7 (R = Gd, Tb, Dy) by co-precipitation. The starting materials - rare earth nitrate and zirconium oxychloride - were mixed and treated with an aqueous solution of ammonia. Zirconate powders were obtained by calcining the washed and dried precipitate at 600–1500°C for 3–6 h in air (Popov VV, Menushenkov AP, Ivanov AA, Gaynanov BR, Yastrebtsev AA, d'Acapito F., Puri A., Castro GR , Shchetinin IV, Zheleznyi MV, Zubavichus YV, Ponkratov KV Comparative analysis of long- and short-range structures features in titanates Ln 2 Ti 2 O 7 and zirconates Ln 2 Zr 2 O 7 (Ln = Gd, Tb, Dy) upon the crystallization process // J. Physics and Chemistry of Solids 2019. V. 130. P. 144-153.)
Недостатком является получение гелеобразного продукта в ходе совместного осаждения, что связано с трудностью его отмывки от примесей и большим количеством промывных водThe disadvantage is that a gel-like product is obtained during co-precipitation, which is associated with the difficulty of washing it from impurities and a large amount of washing water.
Известен способ получения цирконатов редкоземельных элементов, включающий растворение оксихлорида циркония и оксида лантана в концентрированной азотной кислоте с последующей термообработкой в течение 30 минут, нейтрализацию смеси до рН 4 5%-ным раствором аммиака, нагрев до 250-300°С для инициирования экзотермической окислительно-восстановительной реакции, последующую термическую обработку при 700°С в течение 2 часов и 1000-1400°С в течение 2-4 часов (Simonenko N.P., Sakharov K.A., Simonenko E.P., Sevastyanov V.G., Kuznetsov N.T. Glycol-Citrate Synthesis of Ultrafine Lanthanum Zirconate // Russian Journal of Inorganic Chemistry. 2015. V. 60. № 12. P. 1452-1458). A known method for producing zirconates of rare earth elements, including the dissolution of zirconium oxychloride and lanthanum oxide in concentrated nitric acid, followed by heat treatment for 30 minutes, the neutralization of the mixture to pH 4 with 5% ammonia solution, heating to 250-300 ° C to initiate exothermic oxidation reduction reaction, followed by heat treatment at 700°C for 2 hours and 1000-1400°C for 2-4 hours (Simonenko N.P., Sakharov K.A., Simonenko E.P., Sevastyanov V.G., Kuznetsov N.T. Glycol-Citrate Synthesis of Ultrafine Lanthanum Zirconate / / Russian Journal of Inorganic Chemistry. 2015. V. 60. No. 12. P. 1452-1458).
Недостатком способа является большое количество операций. Использование азотной кислоты приводит к наличию трудноудаляемых из продукта примесей азота, снижающих свойства получаемого материала.The disadvantage of this method is a large number of operations. The use of nitric acid leads to the presence of nitrogen impurities that are difficult to remove from the product, reducing the properties of the resulting material.
Наиболее близким к предполагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения оксидных порошков R2Zr2O7 (R = La, Nd, Gd, Dy). Он заключается в том, что нитрат редкоземельного элемента и оксихлорид циркония отдельно растворяют в деионизированной воде. Далее растворы смешивают и перемешивают в течение 2 часов. Затем по каплям добавляют концентрированный водный раствор аммиака до достижения рН 11 (при постоянном контроле рН). Получившийся гель отфильтровывают и дважды промывают деионизированной водой. Влажный гель высушивают при 120°С в течение 12 ч. Прокаливание проводят при 1000°С на воздухе в течение 5 ч. (Torres-Rodriguez J., Gutierrez-Cano V., Menelaou M., Kastyl J., et. al. Rare-Earth Zirconate Ln2Zr2O7 (Ln: La, Nd, Gd, and Dy) Powders, Xerogels, and Aerogels: Preparation, Structure, and Properties // Inorganic Chemistry. 2019. V. 58. № 21. P. 14467-1447).Closest to the proposed invention in terms of technical essence and the achieved result is a method for obtaining oxide powders R 2 Zr 2 O 7 (R = La, Nd, Gd, Dy). It consists in the fact that the rare earth nitrate and zirconium oxychloride are separately dissolved in deionized water. Next, the solutions are mixed and stirred for 2 hours. Then, concentrated aqueous ammonia is added dropwise until pH 11 is reached (with constant pH control). The resulting gel is filtered off and washed twice with deionized water. The wet gel is dried at 120°C for 12 hours. The calcination is carried out at 1000°C in air for 5 hours (Torres-Rodriguez J., Gutierrez-Cano V., Menelaou M., Kastyl J., et. al. Rare-Earth Zirconate Ln 2 Zr 2 O 7 (Ln: La, Nd, Gd, and Dy) Powders, Xerogels, and Aerogels: Preparation, Structure, and Properties // Inorganic Chemistry 2019 V 58 No 21 P . 14467-1447).
Недостатком является большое количество операций, необходимость контроля рН раствора, высокая температура прокаливания. The disadvantage is a large number of operations, the need to control the pH of the solution, the high temperature of calcination.
Технической задачей предлагаемого изобретения является снижение температуры синтеза и длительности процесса получения цирконатов редкоземельных элементов состава R2Zr2O7 (R- La, Dy, Sm, Gd).The technical objective of the invention is to reduce the synthesis temperature and the duration of the process of obtaining rare earth zirconates of the composition R 2 Zr 2 O 7 (R-La, Dy, Sm, Gd).
Техническое решение поставленной задачи достигается смешением соединения циркония с водным раствором соли редкоземельного элемента в стехиометрическом отношении, отвечающем составу цирконата редкоземельного элемента R2Zr2O7 (R- La, Dy, Sm, Gd), термообработкой полученной суспензии и использованием в качестве соединения циркония порошка аморфного гидроксида циркония, а в качестве раствора соли редкоземельного элемента - раствора ацетата редкоземельного элемента. Суспензию выпаривают при температуре 120°С до сухого состояния. Полученную шихту подвергают термической обработке при температуре 800-900°С, продолжительность составляет 3-4 часа.The technical solution to this problem is achieved by mixing a zirconium compound with an aqueous solution of a salt of a rare earth element in a stoichiometric ratio corresponding to the composition of the rare earth element zirconate R 2 Zr 2 O 7 (R-La, Dy, Sm, Gd), heat treatment of the resulting suspension and using zirconium as a compound powder of amorphous zirconium hydroxide, and as a salt solution of a rare earth element - a solution of acetate of a rare earth element. The suspension is evaporated at a temperature of 120°C until dry. The resulting mixture is subjected to heat treatment at a temperature of 800-900°C, the duration is 3-4 hours.
Пример 1. Берем 4,0 г. порошкообразного аморфного гидроксида циркония, 144 мл водного раствора ацетата лантана с концентрацией 0,155 моль/л (мольное отношение компонентов отвечает составу La2Zr2O7). Смешение и встряхивание гидроксида циркония с ацетатным раствором лантана проводят в закрытых емкостях при комнатной температуре в течение 1-2 часов. Суспензию выпаривают при температуре 120°С до сухого состояния. Термообработку полученной шихты проводят при 800°С в течение 4 часов. По данным рентгенофазового анализа (РФА) полученный продукт представляет собой порошок однофазного цирконата лантана состава La2Zr2O7. Example 1. We take 4.0 g of powdered amorphous zirconium hydroxide, 144 ml of an aqueous solution of lanthanum acetate with a concentration of 0.155 mol/l (the molar ratio of the components corresponds to the composition of La 2 Zr 2 O 7 ). Mixing and shaking of zirconium hydroxide with an acetate solution of lanthanum is carried out in closed containers at room temperature for 1-2 hours. The suspension is evaporated at a temperature of 120°C until dry. The heat treatment of the mixture obtained is carried out at 800°C for 4 hours. According to X-ray phase analysis (XRF), the resulting product is a powder of single-phase lanthanum zirconate composition La 2 Zr 2 O 7 .
Примеры № 2-10 проводят аналогично примеру № 1, режимы приведены в таблице. Examples No. 2-10 are carried out analogously to example No. 1, the modes are shown in the table.
Таким образом, предлагаемый нами способ, в отличие от описанного в прототипе, позволяет снизить температуру (на 100-200оС) и продолжительность (на 1-2 часа) синтеза однофазных цирконатов редкоземельных элементов состава R2Zr2O7 (R- La, Dy, Sm, Gd). Thus, our proposed method, in contrast to that described in the prototype, allows you to reduce the temperature (by 100-200 about C) and the duration (1-2 hours) of the synthesis of single-phase zirconates of rare earth elements of the composition R 2 Zr 2 O 7 (R- La , Dy, Sm, Gd).
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2801227C1 true RU2801227C1 (en) | 2023-08-04 |
Family
ID=
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU459055A1 (en) * | 1973-07-24 | 1999-09-20 | Институт электрохимии Уральского научного центра АН СССР | METHOD OF OBTAINING ZIRCONATES AND GAFNATS OF RARE-EARTH ELEMENTS |
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU459055A1 (en) * | 1973-07-24 | 1999-09-20 | Институт электрохимии Уральского научного центра АН СССР | METHOD OF OBTAINING ZIRCONATES AND GAFNATS OF RARE-EARTH ELEMENTS |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| TORRES-RODRIGUEZ J. et al. Rare-Earth Zirconate Ln2Zr2O7 (Ln: La, Nd, Gd, and Dy) Powders, Xerogels, and Aerogels: Preparation, Structure, and Properties. Inorganic Chemistry, 2019, V. 58, N 21, P. 14467-14447. КАЛИНКИН А.М. и др. Твердофазный синтез нанокристаллического цирконата гадолиния с применением механоактивации. Неорганические материалы, 2021, Т.57, N 2, c. 189-196. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPH0665609B2 (en) | Process for the production of rare earth ammonium oxalate double salts and their use in the production of rare earth oxides | |
| JP2012519060A (en) | Novel zirconia ceria composition | |
| Ropp et al. | Dimorphic lanthanum orthovanadate | |
| RU2801227C1 (en) | Method for producing rare-earth zirconates | |
| Choy et al. | Oxalate coprecipitation route to the piezoelectricPb (Zr, Ti) O3 oxide | |
| JPH01201023A (en) | Titanium oxide having stabilized characteristics | |
| Huang et al. | Malate-aided selective crystallization and luminescence comparison of tetragonal and monoclinic LaVO 4: Eu nanocrystals | |
| Spierings et al. | The influence of Na2O on the hydration of C3A. I. Paste hydration | |
| JP3906352B2 (en) | Method for producing YAG transparent sintered body | |
| Das et al. | Low temperature chemical synthesis of nanosized ceramic powders | |
| JPH0714814B2 (en) | Process for producing rare earth ammonium oxalate double salt, use thereof for production of rare earth oxide, and obtained rare earth oxide | |
| JPH0791054B2 (en) | Manufacturing method of complex metal oxide | |
| JP2018104230A (en) | Method for producing perovskite composite oxide | |
| CN1171369A (en) | Process for preparing nm-class bismuth titanate and its sosoloid | |
| RU2411185C1 (en) | Method for synthesis of monophase barium fluoride nanopowder doped with fluoride of rare-earth metal | |
| JPH0321487B2 (en) | ||
| RU2122521C1 (en) | Method of preparing aluminium oxide | |
| JP4729681B2 (en) | Method for producing perovskite complex oxide | |
| JPH0297418A (en) | Production of solid solution or double oxide of calcium oxide | |
| SU1726443A1 (en) | Method for preparation of rare-earth and alkali-earth element manganates | |
| Saegusa et al. | Preparation of stoichiometric fine lead barium titanate powder | |
| RU2775986C1 (en) | Double sodium-bismuth molybdate, and its production method | |
| JP2004284945A (en) | Crystalline zirconium phosphate | |
| JPS6363488B2 (en) | ||
| JPH0446884B2 (en) |