Спосіб отримання ультрамикродисперсного порошку оксиду нікелю

 

Винахід відноситься до способів одержання порошків оксидів металів, а саме до способів отримання ультрамикродисперсного порошку оксиду нікелю. Отриманий порошок може бути використаний для приготування каталізаторів, які використовуються в синтезі вуглецевих нанотрубок.

Існують різні способи отримання ультрамикродисперсних частинок нікелю та його оксиду. Їх умовно можна розділити на три великі групи: хімічні, фізичні і фізико-хімічні способи.

1. Хімічні способи

До них відноситься газофазное осадження, відновлення у твердій і рідкій фазі, піроліз, золь-гель технології.

Метод синтезу нанорозмірних частинок оксиду нікелю полягає в осадженні його з азотнокислих розчинів спиртової середовищі (етанол, пропанол) розведеним розчином гідроксиду натрію при температурі 60...80°с З наступним промиванням опадів водою і просушуванням при температурі 50°С. Отримані гідратовані оксиди нікелю NiO·nH2O мають питому поверхню 280 мг/см2[Л.Н.Трушникова, В.В.Соколов, В.В.Баковец. Отримання нанорозмірних частинок оксидів церію, міді, кобальту та нікелю // Друга всеросійська конференція з наноматеріалів «Нано-2007». 13-16 березня 2007 року. Новоѽких частинок. Для запобігання злипання використовують органічні рідини, в тому числі спирти. Цей дорогий та малопродуктивний спосіб знаходить застосування тільки в лабораторіях і для спеціальних цілей.

Існує метод синтезу нанодисперсного порошку оксиду нікелю осадженням з розчинів, в яких в якості вихідних реагентів використовується нітрат нікелю, а осадителем служить карбонат амонію [А.Г.Белоус, О.З.Янчевский, А.В.Крамаренко. Отримання нанорозмірних частинок оксидів нікелю і кобальту з розчинів // Журнал прикладної хімії, 2006, №3. С.353-357]. Утворилися при термічному розкладанні основних карбонатів частинки оксиду нікелю мають округлу форму з розмірами частинок 5...10 нм.

Наночастинки нікелю синтезують радиционно-хімічним методом зворотних мицеллах [С.В.Горностаева, А.А.Ревин. Синтез та властивості нанорозмірних частинок нікелю та нанокомпозитів на їх основі // Фізико поверхні і захист матеріалів. 2008. №4. С.400-403]. Для приготування розчину використовують кристалогідрат нітрату нікелю і трідістіллірованную воду. Для отримання обернених міцел в якості поверхнево-активної сполуки використовували розчин біс-(2-этилгексил) і сульфосукцината натрію в изооктане. Адсорбція нано� Зі). Потужність поглинання дози опромінення за ферросульфатному дозиметру дорівнює 0,26 Гр/с. Значення дози опромінення - 17,8 кГр. Отримані наночастинки нікелю мають сферичну форму і розміри близько 1...100 нм. Виявлено, що в кисні повітря металеві частинки нікелю окислюються до наночастинок оксиду нікелю (II).

Запропоновано спосіб одержання нанодисперсних частинок оксиду нікелю хімічним відновленням з водних розчинів солей нікелю [А.Л.Новожилов, Г.В.Нарсеева, А.В.Серов. Отримання наночастинок нікелю // VII Міжнародна конференція. Кисловодськ - Ставрополь: СевКавГТУ, 2007. - 510 с.]. В якості стабілізатора використовують 1% водний розчин полівінілового спирту, в якості відновника застосовують боргидрид натрію. При цьому концентрацію сульфату нікелю варіюють від 0,1 до 0,001 моль/дм3, боргідріда натрію - від 1,0 до 0,01 моль/дм3. Отримана суспензія досить стійка і зберігається у зваженому стані більше тижня. Розміри частинок, що знаходяться в цьому розчині, мають середній радіус 280 нм, при великій асиметрії кривої розподіл у бік збільшення розміру частинок.

Порошок нікелю отримують шляхом відновлення з розчинів солей нікелю елементарним фосфором, узятим в активній фор�2І 23/04, 16.03.87, опубл. 15.05.89]. Отримані порошки відрізняються високими феромагнітними властивостями, а також малим насипним вагою.

Відомий спосіб виділення порошку нікелю з відпрацьованих розчинів хімічного нікелювання, включає відновлення його з розчинів гипофосфитом натрію, який відрізняється тим, що з метою зниження вмісту іонів нікелю в розчині до гранично допустимих концентрацій у відходи гальванічних виробництв відновлення нікелю проводять у присутності порошку нікелю при pH 6,5...7,0, температурах 65...70°С і співвідношенні вмісту іонів нікелю і гипофосфата натрію 1:5 [А.С. №1673616 кл. C22B 3//44, C22B 23/00, 31.05.89, опубл. 30.08.91].

Відомі способи одержання порошку нікелю шляхом відновлення його солей воднем: за способом [Заявка ФРН №2244746, кл. C22B 23/04, опубл. 10.07.75] розчин двухлористого нікелю обробляють газоподібним аміаком або водним розчином аміаку, отриманий осад Ni(NH3)6Cl2відокремлюють фільтруванням, сушать до часткового перетворення в Ni(NH3)2Cl2і відновлюють при 450...1000°З воднем; за способом [Заявка Франції №2227336, кл. C22B 23/04, B22A 9/00, опубл. 27.12,75] вихідний розчин солі нікелю обробляють оксалатом лужного металу, що утворився осб отримання нікелевого порошку методом водневого осадження в автоклаві при підвищеній температурі і тиску [А.С. №1126374, кл. B22F 9/24, C22B 23/04, 18.05.82. опубл. 30.11.84]. З метою підвищення активності порошку і здешевлення процесу осадження ведуть з водної пульпи карбонату нікелю з добавкою сульфат-іона в кількості, еквівалентній 0,05 моль нікелю на 1 моль карбонату нікелю, а після осадження пульпи вводять інгібітор з відновними властивостями. В якості інгібітора використовують мурашину кислоту в кількості 0,5...2 г на 1 дм3пульпи нікелевого порошку.

2. Фізичні способи

До них належать прийоми, засновані на процеси випаровування та конденсації. Порошки утворюються внаслідок фазового переходу пар - тверде тіло або пар - рідина - тверде тіло в газовому об'ємі або на охолоджуваній поверхні.

Розроблено новий технологічний процес виробництва нанопорошка нікелю в атмосфері різних газів - повітря, аргон, азот, гелій, ксенон. Процес полягає в випаровуванні твердих природних або техногенних вихідних матеріалів з наступним швидким охолодженням високотемпературної пари і конденсацією речовини у вигляді наночастинок [С.П.Бардаханов, А.И.Корчагин, Н.К.Куксанов, А.В.Лаврухин, Р.А.Салимов, С.Н.Фадеев, В.В.Черепков. Отримання нанодисперсних порошків на потужному прискорювачі електронів при атмосфер�/show_abstract.dhtml?ru+120+66]. Останні можуть мати різні розміри від 10 до 500 нм. Процес забезпечує температуру, достатню для випаровування будь-якого матеріалу, при температурі нагріву понад 1000 До/с. Додатковою перевагою є менше число стадій виробництва.

Отримання порошку оксиду нікелю здійснюється також електричним вибухом нікелевої дроту з різними діаметрами і довжиною [Ю.А.Котов, А.В.Багазеев, И.В.Бекетов. Характеристика порошків оксиду нікелю, отриманих електричним вибухом дроту // Журнал технічної фізики. 2005, т.75, вип.10. С.39-41]. Застосовують розрядний контур з індуктивністю 0,5 мкГн і ємністю батареї конденсаторів 3,2 мкФ. Зарядний напруга змінюють від 10 до 33 кВ. Вибух проводять при нормальному тиску суміші азоту і кисню та зміні концентрації останнього від 10 до 30%. Одержувані частинки мають різноманітну форму як монокристаллической, так і полікристалічної структури з розміром частинок близько 100 нм.

3. Фізико-хімічні методи

До них відносяться процеси випаровування - конденсація з участю хімічних реакцій, електроосадження, сушка - виморожуванням.

Ультрамикродисперсний порошок оксиду нікелю може бути отриманий за допомогою методу сушіння виморожування� зокрема солей металів, готують розчин необхідного складу, який швидко заморожує шляхом розпилення у камеру з кріогенної середовищем (наприклад, з рідким азотом). Потім тиск газового середовища над замороженими гранулами зменшують таким чином, щоб воно було нижче точки рівноваги, що утворилася при охолодженні системи, і матеріал нагрівають у вакуумі до сублімації розчинника. Отриманий продукт складається з найтонших пористих гранул однакового складу. Подальша їх обробка залежить від призначення кінцевого порошку. Прожарюванням гранул в повітрі можна одержати оксиди нікелю, відновленням - порошок відповідного металу.

Порошок нікелю отримують електролізом аміачних розчинів сірчанокислого нікелю (вихідним матеріалом є NiSO4·7H2O). Електроліт містить 5...15 г/дм3нікелю (Ni2+), 75...80 г/дм3сульфату амонію, 2...3 г/дм3сірчаної кислоти, 40...50 г/дм3хлориду амонію і до 200 г/дм3хлориду натрію. Електроліз ведуть при температурі електроліту 35...55°С, щільності струму 1000...3000 А/м2і напрузі на ванні 10...15 Ст. Вихід за струмом становить до 90...94%, а витрата електроенергії близько 3000 кВт·год/т [Лібенсон Г.А. Основи порошкової металургії. М.: Металургія. 190 Гц), згідно з яким максимальна швидкість руйнування нікелю - 20 мг/(см2·год) спостерігається у 17 М розчині гідроксиду натрію при щільності струму 2,5 А/см2, температурі електроліту 70°С [В.В.Коробочкин. Руйнування нікелю і кадмію при електролізі змінним струмом промислової частоти // Известия Томського політехнічного університету. 2003. №1. С.23-24].

Найбільш близьким за технічною сутністю і одержуваного ефекту до заявляється способу є метод отримання оксиду нікелю, описаний в роботі [В.В.Коробочкин. Руйнування нікелю і кадмію при електролізі змінним струмом промислової частоти // Известия Томського політехнічного університету. 2003. №1. С.23-24] (прототип).

Існуючі способи характеризуються невисокою продуктивністю, застосуванням високих температур і різних хімічних реагентів, створюють екологічні проблеми при промисловій реалізації.

Пропонований нами спосіб отримання ультрамикродисперсного порошку оксиду нікелю на асиметричному змінному струмі екологічно чистий, так як процес проводиться в 17 М розчині гідроксиду натрію при температурі до 60°С, напрузі на електролізері 4 та не використовуються які-небудь радіоактивні, токсичні материалсть руйнування нікелевих електродів (освіти ультрамикродисперсного порошку оксиду нікелю) збільшується в 3 рази порівняно з прототипом.

Спосіб здійснюється наступним чином.

Електроліз проводять в термостатированной комірці об'ємом 200 мл у 17 М розчині гідроксиду натрію на змінному струмі 50 Гц. Електроди і термометр закріплюють у електроізоляційної кришці, наприклад фторопластовою або пропіленової. Постійну температуру розчину (60°С) в електролізері підтримують за допомогою термостата з точністю 0,5°С. Після закінчення заданого часу процесу електроди витягують з комірки, промивають дистильованою водою і спиртом, а потім зважують на аналітичних вагах. Отриманий порошок відокремлюють фільтруванням, промивають дистильованою водою, висушують і зважують. Швидкість руйнування нікелю і освіти ультрамикродисперсного порошку оксиду нікелю визначають ваговим методом.

Відмітними особливостями заявляється способу є:

- проведення процесу освіти ультрамикродисперсних порошків оксиду нікелю в концентрованому розчині лугу на асиметричному змінному струмі з щільністю струму анодного і катодного напівперіодів 2,5 А/см2та 0,5...2 А/см2відповідно.

Пропонований спосіб отримання ультрамикродисперсного порошку оксиду нікелю ілюструється наступними примтотой 50 Гц з щільністю струму анодного і катодного напівперіодів 2,5 А/см2і 2 А/см2відповідно проводять в термостатированной комірці об'ємом 200 мл Електроди і термометр закріплюють у електроізоляційної кришці, наприклад, фторопластовою або пропіленової. Температуру розчину в клітинці (60°С) підтримують за допомогою термостата з точністю 0,5°С. Швидкість розчинення нікелю визначають ваговим методом. Поверхнева швидкість руйнування нікелю становить 35 мг/(см2·год). Відповідна цій величині поверхнева швидкість утворення оксиду нікелю дорівнює 49 мг/(см2·год). Розмір частинок отриманого оксиду нікелю становить 9...20 нм.

Приклад 2

В умовах прикладу 1 процес утворення ультрамикродисперсних порошків оксиду нікелю в концентрованому розчині луги проводять на асиметричному змінному струмі з щільністю струму анодного і катодного напівперіоду 2,5 А/см2і 1,5 А/см2відповідно. Поверхнева швидкість руйнування нікелю становить 42 мг/(см2·год). Відповідна цій величині поверхнева швидкість утворення оксиду нікелю дорівнює 59 мг/(см2·год).

Приклад 3

В умовах прикладу 1 процес утворення ультрамикродисперсних порошків оксиду нікелю в концентрованому розчині луги проводять на асім�відповідально. Поверхнева швидкість руйнування нікелю становить 64 мг/(см2·год). Відповідна цій величині поверхнева швидкість утворення оксиду нікелю дорівнює 90 мг/(см2·год).

Приклад 4

В умовах прикладу 1 процес утворення ультрамикродисперсних порошків оксиду нікелю в концентрованому розчині луги проводять на асиметричному змінному струмі з щільністю струму анодного і катодного напівперіоду 2,5 А/см2і 0,5 А/см2відповідно. Поверхнева швидкість руйнування нікелю становить 35 мг/(см2·год). Відповідна цій величині поверхнева швидкість утворення оксиду нікелю дорівнює 49 мг/(см2·год).

1. Спосіб отримання ультрамикродисперсного порошку оксиду нікелю з нікелевих електродів, що включає електроліз на змінному струмі з частотою 50 Гц при нагріванні в кислому середовищі, що відрізняється тим, що електроліз проводиться на асиметричному змінному струмі з щільністю струму анодного і катодного напівперіодів 2,5 А/см2та 0,5...2 А/см2відповідно, розмір часток отриманого оксиду нікелю становить 9...20 нм.

2. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що для досягнення найбільшої швидкості утворення ультрамикродисперсного порошку оксиду ніке�ветственно.



 

Схожі патенти:

Спосіб одержання електролітичних порошків металів

Винахід відноситься до способу одержання електролітичних порошків металів електролізом з водного розчину, що містить сіль відповідного металу і буферні добавки

Спосіб отримання металевого порошку

Винахід відноситься до електролітичного отримання дрібнодисперсних металевих порошків, які можуть бути використані в якості каталізаторів або фільтруючих матеріалів
Винахід відноситься до отримання наночастинок міді, які можуть бути використані в якості біоцидного компонента в медицині, ветеринарії
Винахід відноситься до отримання наночастинок металів, які можуть бути використані в якості біоцидного компонента в медицині, ветеринарії, біотехнології, наноелектроніці
Винахід відноситься до порошкової металургії, зокрема одержання електролітичних порошків

Спосіб отримання срібного порошку і срібний порошок (варіанти), отриманий зазначеним способом

Винахід відноситься до порошкової металургії, зокрема до срібних порошків для електродів хімічних джерел струму та металокерамічних контактів та способу їх отримання
Винахід відноситься до способів одержання наночастинок сплаву платинових металів з залізом
Винахід відноситься до способів одержання наночастинок платинових металів

Електролітична комірка і спосіб електрохімічного розкладання порошків

Винахід відноситься до області електрохімічного розкладання твердих речовин

Наноструктурований агломерат металевого кобальту та спосіб його одержання

Винахід відноситься до отримання нанопорошків металевого кобальту, зокрема його структурованих фрактальних агломератів, що мають широкий спектр областей застосування у вигляді добавок, які суттєво впливають на властивості матеріалів, у яких вони застосовуються

Спосіб відділення кобальту від марганцю

Винахід відноситься до гідрометалургії, зокрема до способу відділення кобальту від марганцю

Спосіб вилуговування у присутності хлористоводневої кислоти для регенерації цінного металу з руди

Винахід відноситься до способу вилуговування цінного металу з руди, що містить зазначений цінний метал

Спосіб вилуговування цінних металів із руди в присутності хлористоводневої кислоти

Винахід відноситься до способу вилуговування цінного металу з руди, що містить зазначений цінний метал
Винахід відноситься до галузі охорони навколишнього середовища, зокрема до способів переробки і знешкодження шламів гальванічного виробництва з витягом важких металів

Спосіб одержання електролітичних порошків металів

Винахід відноситься до способу одержання електролітичних порошків металів електролізом з водного розчину, що містить сіль відповідного металу і буферні добавки

Спосіб отримання нікелю і концентрату дорогоцінних металів з мідно-нікелевого файнштейна

Винахід відноситься до способу отримання нікелю і концентрату дорогоцінних металів з мідно-нікелевого файнштейна
Винахід відноситься до гідрометалургії рідкісних елементів і може бути використано для виокремлення ренію з металевих відходів жароміцних сплавів нікелю

Спосіб вилуговування нікелю з окислених нікелевих руд

Винахід відноситься до металургії, а саме до способів вилучення нікелю, і може бути використане при витяганні нікелю з окислених нікелевих руд
Up!