Введение к работе
Актуальность работы. Монокристаллы германата висмута со структурой звлиткна Bi4Ge3Oii и силленита Bi^GeO^ исгользуптся в качестве сцинтилляциошшх и акусгооптическиг материалов, а по сочетанию свойств превосходят многие аналоги. Однако процесс их производства по керамической технологии требует решения ряда проблем. Выпускаемый отечественной промышленносты) оксид висмута существенно уступает по чистоте оксиду германия, что затрудняет синтез качественных монокристаллов. В связи с этим возникает задача синтеза оксида висмута повышенной чистоты, остро необходимого как для синтеза монокристаллов германата висмута, так и для синтеза широко используемых висмутсодержащих оксидных сегнетозлектрических, каталитических, сверхпроводящих и др. материалов. Кроме того, в процессе сплавления оксидов висмута и германия недостаточная их гомогенизация осложняет получение однородного материала, монокристаллы содержат включения платины (материал тигля) и мегастабильных фаз, образующихся при охлаждении. Вследствие этого целесообразно найти приемлемый способ предварительного синтеза шихты германата висмута. Наконец, естественным образом возникает проблема комплексной переработки дорогостоящих отходов производства монокристаллов, содержащих исходные оксиды и платину, объем которых составляет не менее 50 от выпуска готовых изделий. Решение этой проблемы позволяет разработать высокоэффективную безотходную технологию синтеза монокристаллов.
Работа выполнялась в соответствии с планом НИР ИХТТИМС СО РАН, тема 10.1.5.15 "Исследование процессов получения соединений висмута высокой чистоты, сцинтилляционных, сегнетозлектрических и сверхпроводящих материалов на их основе", а также в.рамках региональной научно-технической программы "Сибирь" по разделу "Комплексная переработка металлсодержащего техногенного и вторичного сырья, утилизация отходов" проект TC-7-3.I "Разработка научных основ процессов комплексной переработки висмутсодержащего сырья и отходов различных отраслей промышленности''.
Цель работы: изучение гетерогенных реакций оксогидроксонитрата висмута с растворами щелочей, кислот, солей металлов, и разработка на этой основе технологии комплексной переработки отходов производства монокристаллов германата висмута с получением соединений высокой чистоты.
4.
Научная новизна работы:
изучена химическая стадийность гетерогенного гидролиза кристаллического оксогидроксонитрата висмута при взаимодействии с водными растворами аммиака и едкого натра;
определены значения коэффициентов очистки висмута от основных примесных металлов при добавлении к висмугсодерхащим азотнокислым растворам карбоната аммония или вода, и осуществлен выбор условий гидролитической очистки висмута;
выполнен сравнительный анализ способов синтеза оксида висмута с различной термической и хишческой предысторией, показаны преимущества способа синтеза оксида щелочной дегидратацией оксогидроксонитрата висыута;
выявлены режимы синтеза германата висмута.го реакции взаимодействия оксогидроксонитрата висмута с раствором германата аммония, выполнен сравнительный анализ данного способа синтеза с твердофазшк и механохиыическим способами;
установлены основные закономерности растворения оксогидроксонитрата и германата висмута в азотной кислоте, исследованы зависимости концентрации висмута в растворе от концентрации кислоты.
Практическая ценгюсть расотн. Разработана и внедрена технология комплексной переработки висмут-, германии- и шатинусодеряащих пром-продуктов (а.с. ы 1462829, ы 1707985). Внедрение данных способов на ГО "Германий" г.Красноярск позволило сделать процесс производства монокристаллов германата висмута безотходный, получить соединения висыута и германия квалификации "ос.ч.'' и извлечь 16 кг платины. Экономический эффект от внедрения данной технологии составил 500 миллионов рублей. Опробованы в промышленном касштабе на Красноярском заводе цветных металлов способ получения герканата висмута (а.с. N 1658565), позволявший получать шихту кснофазного состава, а на Новосибирском заводе редких металлов --способ синтеза оксида висмута квалификации "ос.ч." из технического металла (а.с. N 1707965). Кроне того, результаты исследования используются в ИХГП3.5С СО РАН при разработке процессов комплексной переработки висмутсодераащего сырья к отходов различных отраслей проиыишенности.
Апробация работы и публикации. Основные результата работы доложены и обсуадена на научно-техническом семинаре "Получение, свойства
5.
и применение дисперсных материалов в современной науке и технике" (Челябинск, 1991), Научно-практической конференции "Висмутовые соединения и материалы" (Коктебель, 1992), научных семинарах по программе "Сибирь" (Новосибирск, 1992-1995), II Меадународном сиппозиуме "Проблема комплексного использования руд" (С.-Петербург, 1996). По теме диссертации опубликовано 4 статьи, 3 тезисов и получено 3 авторских свидетельства.
На защиту выносятся:
результаты исследования гетерогенного гидролиза кристаллического оксогидроксониграта висмута при взаимодействии с водными растворами аммиака и едкого натра, установленная химическая стадийность и составы продуктов гидролиза:
результаты определения значений коэффициентов очистки висмута от основных примесных металлов при добавлении к висмутсодержащим азотнокислым растворам карбоната аммония или воды, и выбор условий гидролитической очистки висмута;
способ синтеза оксида висмута высокой чистоты щелочной дегидратацией оксогидроксонитрага висмута и результата сравнительного анализа данного способа со способами синтеза оксида термическим разложением соединений висмута;
способ синтеза герыаната висмута по реакции взаимодействия оксоги-цроксонитрата висмута с раствором германага аммония и результаты сравнительного анализа данного способа синтеза с твердофазным и ме-ганохимическим способами;
результаты исследования и выявленные закономерносгіґ процесса раст-зорения оксогидроксонитрага и германата висмута в азотной кислоте, толученные зависимости концентрации висмута, в растворе от концентра-дга кислоты;
- технологические схемы комплексной переработки висмут- германий- и
глатинусодержащих отходов производства монокристаллов германата вис-
нуга, а также синтеза шихты германага висмута по реакции взаимодей-
:твия кристаллического оксогидроксонитрата висмута с растворами гер-
ганата аммония, результаты их промышленных испытаний и внедрения.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы, приложений и изложена на 104 :гр. машинописного текста. Она включает 20 рис., 8 табл., список штературы из 118 наименования на 12 стр., 4 стр. приложений.
6.