| початок розділу
Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві |
хитрощі майстру
електроніка фізика технології винаходи |
таємниці космосу
таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу |
  |
| Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання) | |||
Навігація: => |
На головну / Каталог патентів / В розділ каталогу / Назад / |
|
ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2175020
СПОСІБ ОДЕРЖАННЯ ПОРОШКУ осмію
Ім'я винахідника: Тимофєєв Н.І .; Богданов В.І .; Єрмаков А.В .; Горбатова Л.Д .; Сівков М.М .; Лавров О.О .; Корепанов С.С .; Тараканов Р.Г.
Ім'я патентовласника: ВАТ "Єкатеринбурзький завод з обробки кольорових металів"
Адреса для листування: 620014, Єкатеринбург, пр-кт Леніна, 8, ВАТ "ЕЗОЦМ"
Дата початку дії патенту: 2000.09.07
Винахід відноситься до галузі металургії благородних металів, а саме до способів отримання порошку осмію з осмійсодержащіх матеріалів. Спосіб включає нагрів вихідного осмійсодержащего матеріалу в окислювальному середовищі з підйомом температури на 50 o C кожні 24 год, починаючи з температури 150 o C, до досягнення 500 - 550 o C, уловлювання газоподібних оксидів осмію лужними розчинами з концентрацією 200 г / л, електроліз осмійсодержащего лужного розчину з отриманням катодного осаду. Осад обробляють гідразингідратом, промивають водою і відновлюють в водневому середовищі. Отриманий осмієва порошок обробляють розчинами соляної та плавикової кислот, промивають водою і сушать, поєднуючи операцію сушіння з додатковим відновленням в водневої середовищі, при цьому відновлення в середовищі водню здійснюють при 700 - 730 o C. Пропонована технологічна схема забезпечує отримання порошку осмію вищих марок за рахунок підвищення його чистоти, а й підвищує ступінь вилучення осмію з містять його матеріалів.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід відноситься до галузі металургії благородних металів, а саме до способів отримання порошку осмію з осмійсодержащіх матеріалів.
Відомий спосіб отримання і афінажу осмію з осмійсодержащіх матеріалів (Плаксін І. Н., Металургія благородних металів, М., Металлургиздат, 1958, с. 355-356).
Спосіб включає спікання вихідного осмійсодержащего матеріалу з окислювачами і подальше вилуговування спека в царській горілці. Відходять гази, що утворюються при вилуговування, пропускають через лужний розчин, в якому відбувається поглинання осмію, потім лужний розчин послідовно обробляють гипосульфитом, хлористим амонієм і отриману сіль - тетраміносмілхлорід [OsO 2 (NH 3)4] Cl 2 (сіль Фремо) прожарюють в відновної середовищі.
Недоліком відомого способу є невисока ступінь вилучення осмію, так як при вилуговування спека в розчині царської горілки легколетучий оксид осмію, переходячи в газоподібний стан, втрачається з кислотними парами. Вловити в цьому випадку осмій практично неможливо через нейтралізації уловлює лужного розчину парами кислоти.
Крім того, недоліком відомої технології є складність застосування її в промислових умовах через її високу екологічну небезпеку.
Відомий спосіб отримання осмію з нерозчинного осаду, отриманого при переробці шляхових платини, а й з осмистого іридію (Масленіцкій І. М. та ін., Металургія благородних металів, М., Металлургиздат, 1987, с. 413). Вихідний осмійсодержащій матеріал сплавляють з металевим цинком при температурі 700-800 o C. Після охолодження спек подрібнюють і обробляють соляною кислотою з метою видалення цинку. Залишок спекают при температурі 1000 o C з перекисом барію, при цьому утворюються розчинні в кислоті оксиди платинових металів, які при обробці соляною кислотою, крім осмію, переходять в розчин. Утворений газоподібний оксид осмію O s O 4 вловлюється лужними розчинами, зокрема NaOH. В отриманий осмійсодержащій лужний розчин додають гипосульфит натрію і отримують осміат натрію, який обробляють хлористим амонієм. При цьому утворюється осад - сіль Фремо, з якої виділяють осмій відомими традиційними способами.
Відома технологія дозволяє відокремити осмій від інших благородних металів, однак, багаторазові осадження солей, що містять осмій, прожарювання їх, повторне розчинення і осадження знижують чистоту кінцевого продукту, який в підсумку не задовольняє високим маркам ГОСТу.
Крім того, недоліком відомого способу є невисока ступінь вилучення осмію, внаслідок його втрат, що утворюються в процесах спікання, вилуговування осмійсодержащего матеріалу, а й безповоротні втрати з газовою фазою.
Відомий гідрометалургійний спосіб переробки осмійсодержащіх продуктів (патент РФ N 2044084, C 22 В 11/00, заяв. 15.06.93 р, оп. 20.09.95 р, б. N 26).
Спосіб включає отгонку Тетраоксид осмію з пульпи, що складається з розведеною сірчаної кислоти і осмійсодержащіх продуктів, за допомогою окислювача і абсорбції Тетраоксид осмію розчином КОН. Осадження осміата калію виробляють шляхом введення відновника, в якості якого застосовують етанол або метанол, осад відокремлюють фільтрацією, а матковий розчин повертають на абсорбцію Тетраоксид осмію.
Однак, відомий спосіб застосовується тільки для отримання солі осмію, яка є промпродукти або може бути сировиною для виробництва осмію, а для отримання металевого порошку з такої солі необхідна подальша технологічна переробка.
Крім того, при використанні в технологічній схемі органічних реактивів виникає необхідність проведення операцій зі знешкодження продуктів розкладання органічних речовин, що призводить до додаткових витрат реагентів і енергоресурсів на кінцевих стадіях технологічного процесу.
За технічною суттю найбільш близьким до пропонованого об'єкту винаходу є спосіб вилучення осмію з шляхових платини (патент РФ N 2101373, C 22 В 11/00, заяв. 27.10.93 р, оп.10.01.98 р, б. N 1) .
Спосіб включає нагрів вихідного матеріалу до розплавлення при температурі 2023-2123 K, витримку розплаву при цій температурі з отриманням осмійсодержащего твердого залишку, розплавлення твердого залишку і витримку його при температурі 2173-2373 K, виділення газоподібних оксидів осмію на обох стадіях нагріву і уловлювання їх поглинальні розчинами, декантацію і електроліз осмійсодержащего розчину. Отримані після виділення осмію поглинальні розчини повертають в цикл вилучення.
Недоліком відомого способу є отримання кінцевого продукту, що не відповідає вимогам ГОСТу до порошків осмію.
Це пов'язано з наступним: процес відгону осмію у відомому способі здійснюється при високих температурах, при нагріванні вихідного осмійсодержащего матеріалу до температури 2000 o C спільно з осмієм відбувається сублімація інших металів і їх оксидів (благородних і неблагородних), що мають високий парціальний тиск парів при цій температурі. Потім ці метали у вигляді домішок частково переходять в лужний розчин і при електролізі осідають спільно з осмієм на катоді. і в осаді знаходиться багато натрію, який захоплюється з електроліту і від якого не вдається позбутися звичайної промиванням. При відновленні цього катодного осаду натрій вступає в з'єднання з домішками, яке не руйнується навіть проваркой в кислотах, що веде до отримання осмієва продукту, що містить не регламентовані ГОСТом домішки.
Технічним результатом пропонованого винаходу є підвищення чистоти одержуваного порошку осмію, а й підвищення ступеня вилучення осмію з містять його матеріалів.
Технічний результат досягається тим, що в способі отримання порошку осмію з містять його матеріалів, що включає нагрів вихідного матеріалу до утворення газоподібних оксидів осмію, уловлювання їх лужними розчинами, електроліз осмійсодержащего лужного розчину з отриманням катодного осаду і повернення відпрацьованого електроліту на повторне використання, відповідно до винаходу, нагрів осмійсодержащего матеріалу здійснюють в окислювальному середовищі з підйомом температури на 50 o C кожні 24 години, починаючи з температури 150 o C до досягнення 500-550 o C, осмійсодержащій лужний розчин піддають електролізу з отриманням катодного осаду, який обробляють розчином гідразингідрату, промивають водою і відновлюють в середовищі водню, отриманий осмієва порошок обробляють розчинами спочатку соляної, а потім - плавиковою кислот, промивають водою і повторно відновлюють в середовищі водню, поєднуючи з сушінням, при цьому уловлювання газоподібних оксидів осмію здійснюють розчином натрієвої лугу концентрацією 200 г / л, а процеси відновлення катодного осаду, отриманого при електролізі, а й після обробки кислотами, здійснюють в середовищі водню при температурі 700-730 o C. Отриманий осмієва порошок після обробки (проварювання) в кислотах промивають водою при температурі 90-95 o C.
Пропонований режим нагріву в окислювальному середовищі дозволяє в достатній мірі здійснити руйнування з'єднань осмію і окислення його в металевій фазі до освіти газоподібного оксиду OsO 4. Низькотемпературний нагрів і отгонка при 500-550 o C забезпечують селективне виділення осмію, так як в інтервалі заявляється температури основні домішки, якими, в основному, можуть бути такі благородні метали, як платина, іридій, родій, при цих температурах не возгоняются і залишаються в твердому залишку.
Ступінчастий нагрів вихідного матеріалу з підйомом температури 50 o C на кожному ступені забезпечує збільшення ступеня освіти розчинних в лужному розчині форм газоподібних оксидів осмію, що підвищує селективність відгону і в свою чергу впливає на чистоту кінцевого продукту, а й на збільшення коефіцієнта вилучення осмію.
Заявляється інтервал температури технологічного процесу забезпечує максимальну ступінь відгону осмію і високу чистоту готового осмієва порошку.
Зниження температури нагріву нижче 500 o C не забезпечує повного руйнування структури сполук осмію в вихідному матеріалі, а підвищення температури понад 550 o C може привести до переходу в лужний розчин деяких неблагородних домішок (Cu, Fe, Pb), що знизить якість осмієва порошку.
При електролізі осмійсодержащего лужного розчину на катоді відбувається виділення осмію і його оксидів, а на анодах виділяється кисень. Процес електролізу ведуть до повного видалення іонів осмію з електроліту, а відпрацьований електроліт використовують як оборотний розчин, використовуючи його на стадії уловлювання оксидів осмію.
За фазовим складом катодний осад являє собою суміш оксидів осмію і металевого осмію. Наступною стадією технологічного процесу є проварка: обробка катодного осаду гідразингідратом. Механізм дії цієї операції наступний.
Промивання катодного осаду водою дозволяє видалити натрій з осаду, але при цьому переходить в розчин і осмій, тому що частина осмію окислюється киснем, розчиненим у промивної воді, і, взаємодіючи із залишками лугу, переходить в розчин у вигляді осміата натрію. Обробка катодного осаду гідразингідратом дозволяє виключити втрати осмію, завдяки тому, що при цьому відбувається відновлення осміата натрію і вищих оксидів осмію до нижчих нелетких оксидів осмію, які вже практично не окислюються, тобто при обробці гідразингідратом створюється відновне середовище, що перешкоджає окисленню осмію.
Аналіз катодного осаду показав, що на катоді відбувається виділення оксидів осмію змінної валентності, деяка частина осмію не відновлюється до металу, крім того, виявлено виділення на катоді невеликої кількості домішок Cu, Fe, Pb, Ag.
Тому для отримання металевого порошку осмію і перекладу залишилися домішок в розчинну форму проводять відновлення катодного осаду в середовищі водню при температурі 700-730 o C, а потім відновлений осмієва порошок обробляють (проварюють) в кислотах.
Проварювання в кислотах забезпечує підвищення чистоти готового осмієва порошку. Це досягається завдяки повного розчинення і видалення всіх металевих домішок, включаючи натрій.
З метою стабілізації отриманого високочистого осмієва порошку і виключення можливого забруднення, операцію сушіння суміщають з додатковим відновленням в водневої середовищі.
Відомості, що підтверджують можливість здійснення винаходу.
Для перевірки заявляється способу була спроектована, виготовлена і зібрана дослідно-промислова установка для отримання високочистого порошку осмію.
Вихідний матеріал з концентрацією осмію 53,95%, забруднений домішками благородних та інших металів, засипали в човник, герметично закривали в контейнер, в який подавали повітря, і встановлювали в піч, починаючи поступовий нагрів печі до 150 o C, а потім піднімали температуру на 50 o C кожні 24 години до досягнення 500 o C.
Відходять гази прокачували через п'ять послідовно підключених ємностей з розчинами натрієвої лугу концентрацією 200 г / л. Останню ємність підключали до вакуумної лінії і регулювали витрата повітря так, щоб в контейнері створювалося невелике розрідження.
Після закінчення відгону все лужні розчини об'єднували і аналізували. Отриманий осмійсодержащій розчин піддавали електролізу до повного знебарвлення електроліту, що показує відсутність осмію або його слідові концентрації.
Після зупинки електролізера осад оксидів осмію знімали з катода і обробляли 3% - ним розчином гідразингідрату, потім ретельно промивали знесоленої водою.
Після проведення вищевказаних операцій катодний осад підготовлений до водневого відновлення. Відновлення проводили в двокамерному водневої печі, в яку при температурі 450-470 o C завантажували катодний осад і нагрівали піч до 700-730 o C, в результаті чого оксиди осмію відновлювалися до металевого чорнового осмію.
Для видалення залишилися домішок відновлений осмій проварювали в соляній і плавиковою кислотах.
Потім проварений матеріал ретельно промивали дистильованою водою при температурі 90 o C окремо після кожної проварки.
Якість отриманого порошку осмію залежить від чистоти застосовуваних реактивів, тому всі реактиви, що використовуються при проварювання і промиванні, застосовувалися не нижче марки ОСЧ.
Сушку отриманого осмієва порошку здійснювали спільно з додатковим відновленням в водневої печі при температурі 730 o C.
Результати випробувань на різних стадіях технологічного процесу наводяться в таблиці 1, з якої видно, що заявляється спосіб забезпечує отримання високочистого осмієва порошку марки не нижче Оса-2 (таблиця 2).
Таким чином, розроблена технологічна схема дозволяє отримати осмій високої чистоти з матеріалів з вмістом осмію 10-80%. Розчин після електролізу є оборотним і може бути використаний повторно для уловлювання осмію, що забезпечує замкнутість технологічного циклу і створення екологічно безпечної схеми по отгонке, уловлювання та електрохімічного виділення осмію.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
1. Спосіб отримання порошку осмію з містять його матеріалів, що включає нагрів вихідного матеріалу до утворення газоподібних оксидів осмію, уловлювання їх лужними розчинами, електроліз осмійсодержащего лужного розчину з отриманням катодного осаду і повернення відпрацьованого електроліту на повторне використання, що відрізняється тим, що нагрівання осмійсодержащего матеріалу здійснюють в окислювальному середовищі з підйомом температури на 50 o C кожні 24 год, починаючи з температури 150 o C, до досягнення 500 - 550 o C, осмійсодержащій лужний розчин піддають електролізу з отриманням катодного осаду, який обробляють розчином гідразингідрату, промивають водою і відновлюють в середовищі водню, отриманий осмієва порошок обробляють розчинами соляної, а потім плавиковою кислот, промивають водою і додатково відновлюють в середовищі водню.
2. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що уловлювання газоподібних оксидів осмію здійснюють розчином натрієвої лугу концентрації 200 г / л.
3. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що відновлення в середовищі водню ведуть при 700 - 730 o C.
4. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що осмієва порошок після обробки соляною кислотою промивають водою при 90 - 95 o C.
5. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що осмієва порошок після обробки плавиковою кислотою промивають водою при 90 - 95 o C.
Версія для друку
Дата публікації 14.03.2007гг
Коментарі
Коментуючи, пам'ятайте про те, що зміст і тон Вашого повідомлення можуть зачіпати почуття реальних людей, проявляйте повагу та толерантність до своїх співрозмовників навіть у тому випадку, якщо Ви не поділяєте їхню думку, Ваша поведінка за умов свободи висловлювань та анонімності, наданих інтернетом, змінює не тільки віртуальний, але й реальний світ. Всі коменти приховані з індексу, спам контролюється.