RU2541065C2 - Method of obtaining titanium sulphides - Google Patents
Method of obtaining titanium sulphides Download PDFInfo
- Publication number
- RU2541065C2 RU2541065C2 RU2013115719/05A RU2013115719A RU2541065C2 RU 2541065 C2 RU2541065 C2 RU 2541065C2 RU 2013115719/05 A RU2013115719/05 A RU 2013115719/05A RU 2013115719 A RU2013115719 A RU 2013115719A RU 2541065 C2 RU2541065 C2 RU 2541065C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- titanium
- synthesis
- sulfur
- vacuum
- sulphides
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области неорганической химии, а именно к технологии самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, и может быть использовано для получения сульфидов титана.The invention relates to the field of inorganic chemistry, namely to the technology of self-propagating high-temperature synthesis, and can be used to produce titanium sulfides.
Известен способ получения дисульфида титана, включающий нагрев серы до парообразного состояния и порошка металлического титана и их взаимодействие в замкнутом объеме. Серу нагревают до 450-470°C и взаимодействие ведут путем пропускания паров серы через слой порошка титана в две стадии, причем на первой стадии используют 50-60% расчетного количества серы, после чего полученный продукт измельчают и обрабатывают оставшимся количеством серы [патент SU 1079610, C01G 23/00, Способ получения дисульфида титана / Г.М.Загоровский, А.Н.Белоус, А.А.Великанов, А.П.Гринюк].A known method of producing titanium disulfide, including heating sulfur to a vapor state and a powder of titanium metal and their interaction in a closed volume. Sulfur is heated to 450-470 ° C and the interaction is carried out by passing sulfur vapor through a layer of titanium powder in two stages, with 50-60% of the calculated amount of sulfur being used in the first stage, after which the resulting product is ground and treated with the remaining sulfur [patent SU 1079610 , C01G 23/00, Method for the production of titanium disulfide / G. M. Zagorovsky, A. N. Belous, A. A. Velikanov, A. P. Grinyuk].
Известен также способ получения дисульфида титана нагреванием металлического титана с серой при 400-1000°C в течение 7 сут в эвакуированном сосуде с последующим отжигом в течение 7 сут образовавшегося нестехиометрического дисульфида титана при 400-600°C в атмосфере, парциальное давление паров серы которой соответствует равновесному давлению серы над стехиометрическим дисульфидом титана [патент US 3980761, C01G 23/00, Production of finely divided, low defect, stoichiometric titanium disulfide / Arthur H., Fred R. кл. 423-565, 1976].There is also a method for producing titanium disulfide by heating titanium metal with sulfur at 400-1000 ° C for 7 days in an evacuated vessel, followed by annealing for 7 days of the resulting non-stoichiometric titanium disulfide at 400-600 ° C in the atmosphere, the partial vapor pressure of which corresponds to equilibrium sulfur pressure over stoichiometric titanium disulfide [patent US 3980761, C01G 23/00, Production of finely divided, low defect, stoichiometric titanium disulfide / Arthur H., Fred R. C. 423-565, 1976].
Известен еще способ получения дисульфида титана путем взаимодействия титана и серы, взятых в стехиометрическом соотношении. Титановую губку и элементарную серу загружают в разные концы кварцевой трубки, которую после вакуумирования герметично заваривают и помещают в горизонтальную электрическую печь, имеющую две зоны нагрева. Титан нагревают от 475 до 600°C, а серу - от 200 до 360°C. Парциальное давление паров серы в ходе реакции изменяется от 0,05 до 0,75 атм. После выдержки трубки в течение 41 ч последнюю разбивают и извлекают стехиометрический дисульфид титана [патент GB 1556503A, C01G 23/00, Preparation of stoichiometric titanium disulfide. / M.S.Whittigham. 1976].There is also known a method for producing titanium disulfide by the interaction of titanium and sulfur, taken in a stoichiometric ratio. The titanium sponge and elemental sulfur are loaded at different ends of the quartz tube, which, after evacuation, is hermetically sealed and placed in a horizontal electric furnace with two heating zones. Titanium is heated from 475 to 600 ° C, and sulfur from 200 to 360 ° C. The partial pressure of sulfur vapor during the reaction varies from 0.05 to 0.75 atm. After holding the tube for 41 hours, the latter is broken and stoichiometric titanium disulfide is removed [patent GB 1556503A, C01G 23/00, Preparation of stoichiometric titanium disulfide. / M.S. Whittigham. 1976].
Сульфиды титана с меньшим содержанием серы получены либо синтезом из простых веществ, либо путем взаимодействия металлического титана с TiS2, либо путем восстановления TiS2 водородом при высоких температурах почти до моносульфида [Руководство по неорганическому синтезу / Ред. Г.Брауэр, Т.4, М.: Мир, 1985, с.1467].Titanium sulfides with a lower sulfur content are obtained either by synthesis from simple substances, or by reacting titanium metal with TiS 2 , or by reducing TiS 2 with hydrogen at high temperatures to almost monosulfide [Inorganic Synthesis Guide / Ed. G. Brauer, T. 4, M .: Mir, 1985, p. 1467].
Недостатком рассмотренных способов является многостадийность процесса и длительность, а также значительные энергетические затраты.The disadvantage of the considered methods is the multi-stage process and the duration, as well as significant energy costs.
Наиболее близким техническим решением, прототипом является способ синтеза сульфидов титана любого состава путем взаимодействия титана с серой. Для этого используют либо измельченные кусочки листового титана, либо порошкообразный титан. Сначала в течение четырех дней нагревают до 650°C 1,5 г титана с 4 г серы в толстостенных ампулах из стекла супремакс, перед запаиванием тщательно освобожденных в высоком вакууме от присутствия газов. Еще оставшиеся в препарате крупинки металла измельчают отдельно и вместе с полученным сульфидом (всего ~3 г) еще раз нагревают в течение 2 сут в ампуле до 600°C, прибавив 1,7 г серы. В заключение производят откачку легколетучих компонентов в вакууме. Полученный таким способом продукт представляет собой смесь графитообразного трисульфида титана и непрореагировавшей серы. Путем нагревания в вакууме до 400°C свободную серу можно отогнать. Выше 500°C наступает термическое разложение TiS3 и образуется TiS2 [Руководство по неорганическому синтезу / Ред. Г.Брауэр, Т.4, М.: Мир, 1985, с.1467].The closest technical solution, the prototype is a method for the synthesis of titanium sulfides of any composition by the interaction of titanium with sulfur. To do this, use either crushed pieces of titanium sheet or powdered titanium. First, four grams of titanium with 4 grams of sulfur are heated to 650 ° C for four days in thick-walled ampoules made of Supremax glass, before being carefully sealed in a high vacuum from the presence of gases. The metal grains remaining in the preparation are crushed separately and, together with the obtained sulfide (~ 3 g in total), are again heated for 2 days in an ampoule to 600 ° C, adding 1.7 g of sulfur. In conclusion, pump out the volatile components in a vacuum. The product obtained in this way is a mixture of graphite titanium trisulfide and unreacted sulfur. By heating in vacuo to 400 ° C, free sulfur can be distilled off. Above 500 ° C, thermal decomposition of TiS 3 occurs and TiS 2 is formed [Inorganic Synthesis Guide / Ed. G. Brauer, T. 4, M .: Mir, 1985, p. 1467].
Недостатками указанного способа являются трудоемкость, многостадийность синтеза, значительные энергетические затраты на нагревание смесей до 600-1200°C и гомогенизация продукта в течение длительного времени.The disadvantages of this method are the complexity, multi-stage synthesis, significant energy costs for heating mixtures to 600-1200 ° C and homogenization of the product for a long time.
В заявляемом способе указанные недостатки устраняются тем, что синтез сульфидов титана проводят методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), который позволяет радикально удешевить получение тугоплавких материалов. Такой процесс, основанный на использовании внутренней химической энергии системы, позволяет проводить синтез при высоких температурах, малых временах синтеза, незначительных энергетических затратах. Простота оборудования, высокая технологическая производительность, высокая скорость и экологическая чистота процесса также указывают на целесообразность использования этого метода.In the inventive method, these disadvantages are eliminated by the fact that the synthesis of titanium sulfides is carried out by the method of self-propagating high-temperature synthesis (SHS), which allows you to drastically reduce the cost of obtaining refractory materials. Such a process, based on the use of the internal chemical energy of the system, allows synthesis at high temperatures, short synthesis times, and low energy costs. The simplicity of equipment, high technological productivity, high speed and environmental friendliness of the process also indicate the appropriateness of using this method.
Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
В заявляемом способе получения сульфидов титана, включающем растирание, прессование исходных веществ, воспламенение, сжигание и синтез сульфидов в режиме СВС в вакууме, в качестве исходных веществ используют порошкообразную смесь титана и кристаллической серы, взятых в соответствии со стехиометрическим соотношением с 5%-ным массовым избытком серы вследствие ее возгонки при высоких температурах.In the inventive method for producing titanium sulfides, including grinding, pressing of the starting materials, ignition, burning and synthesis of sulfides in the SHS mode in vacuum, a powdered mixture of titanium and crystalline sulfur, taken in accordance with a stoichiometric ratio with a 5% mass excess sulfur due to its sublimation at high temperatures.
Заявляемое техническое решение имеет следующую совокупность существенных отличительных признаков по отношению к выбранному прототипу:The claimed technical solution has the following set of essential distinguishing features in relation to the selected prototype:
- синтез сульфидов титана проводят методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС);- the synthesis of titanium sulfides is carried out by the method of self-propagating high temperature synthesis (SHS);
- в качестве реагентов используют порошкообразную смесь титана и кристаллической серы, взятых в стехиометрическом соотношении с 5%-ным массовым избытком серы, вследствие ее возгонки при высоких температурах, для предотвращения образования металлических фаз;- as the reagents use a powdery mixture of titanium and crystalline sulfur, taken in stoichiometric ratio with a 5% mass excess of sulfur, due to its sublimation at high temperatures, to prevent the formation of metal phases;
- синтез сульфидов в режиме горения проводят в вакууме с разрежением 10-3 атм, до полного остывания продуктов синтеза.- synthesis of sulfides in the combustion mode is carried out in vacuum with a vacuum of 10 -3 atm, until the synthesis products are completely cooled.
Осуществление изобретения достигается при выполнении технологических операций в следующей последовательности.The implementation of the invention is achieved by performing technological operations in the following sequence.
В соответствии со стехиометрией реакции берут необходимое количество порошкообразного титана и элементарной серы с 5%-ным массовым избытком, вследствие ее возгонки при высоких температурах.In accordance with the stoichiometry of the reaction, the required amount of powdered titanium and elemental sulfur with a 5% mass excess is taken, due to its sublimation at high temperatures.
Навески реагентов растирают в агатовой ступке, затем тщательно перемешивают порошки на механической шаровой мельнице в течение 6 часов. Полученную смесь таблетируют. Таблетки сжигают в режиме СВС в вакуумной установке. Схема установки для синтеза в режиме СВС представлена на чертеже.Weighed portions of the reagents are ground in an agate mortar, then the powders are thoroughly mixed in a mechanical ball mill for 6 hours. The resulting mixture was tabletted. The tablets are burned in SHS mode in a vacuum unit. The setup scheme for synthesis in SHS mode is shown in the drawing.
Краткое описание чертежа.Brief description of the drawing.
Платформа установки (1) снабжена газоотводным каналом (2) и электрическими клеммами (3). Таблетки (4) помещают на огнеупорную подложку (5) под нихромовую спираль (6), на которую подается напряжение для инициирования реакции. Между колоколом (7) и платформой расположена резиновая прокладка (8). С помощью вакуумного насоса, подсоединенного к газоотводному каналу, в колоколе вакуумной системы создается разрежение 10-3 атм.The installation platform (1) is equipped with a gas outlet channel (2) and electrical terminals (3). Tablets (4) are placed on a refractory substrate (5) under a nichrome spiral (6), to which a voltage is applied to initiate a reaction. Between the bell (7) and the platform is a rubber gasket (8). Using a vacuum pump connected to the gas outlet channel, a vacuum of 10 -3 atm is created in the bell of the vacuum system.
В результате инициирования в прогретом поверхностном слое образца происходит возбуждение химической реакции и формирование волны синтеза, которая с определенной скоростью распространяется вдоль оси образца. Распространение волны синтеза сопровождается ярким свечением. Таблетка сгорает за несколько секунд. После прохождения реакции система оставалась под вакуумом до полного остывания продуктов синтеза.As a result of initiation in a heated surface layer of the sample, a chemical reaction is excited and a synthesis wave is formed, which propagates along the axis of the sample at a certain speed. The propagation of the synthesis wave is accompanied by a bright glow. The tablet burns out in a few seconds. After the reaction, the system remained under vacuum until the synthesis products cooled completely.
Предлагаемый способ реализуется в лабораторных условиях, иллюстрируется следующими примерами.The proposed method is implemented in laboratory conditions, illustrated by the following examples.
Пример 1Example 1
Количество исходных веществ для синтеза сульфида титана определяют по уравнению реакции: 2Ti+S=Ti2S.The amount of starting materials for the synthesis of titanium sulfide is determined by the reaction equation: 2Ti + S = Ti 2 S.
Для этого к 3,75 г порошкообразного титана марки ТПМ добавляют 1,31 г кристаллической серы квалификации "ос. ч" с учетом 5%-ного массового избытка. Навески реагентов растирают в агатовой ступке, затем тщательно перемешивают порошки на шаровой мельнице в течение 6 часов до однородной смеси. Полученную смесь таблетируют в форме цилиндра диаметром 10 мм.For this, 1.31 g of crystalline sulfur of the qualification of “special hours” is added to 3.75 g of powdered titanium of TPM grade taking into account a 5% mass excess. Weighed portions of the reagents are ground in an agate mortar, then the powders are thoroughly mixed in a ball mill for 6 hours until a homogeneous mixture. The resulting mixture was tabletted in the form of a cylinder with a diameter of 10 mm.
Таблетку помещают на огнеупорную подложку под нихромовую спираль, на которую подают напряжение для инициирования реакции. С помощью вакуумного насоса в системе создается разрежение 10-3 атм.The tablet is placed on a refractory substrate under a nichrome spiral, which is energized to initiate the reaction. Using a vacuum pump in the system creates a vacuum of 10 -3 atm.
Путем кратковременной подачи электрического импульса на нихромовую спираль инициируются горение и синтез сульфида титана. При этом в прогретом поверхностном слое образца происходят возбуждение химической реакции и формирование волны синтеза, которая с определенной скоростью распространяется вдоль оси образца. Распространение волны синтеза сопровождается ярким свечением. Таблетка сгорает за несколько секунд. После прохождения реакции система остается под вакуумом до полного остывания продуктов синтеза.By briefly applying an electrical impulse to a nichrome spiral, combustion and synthesis of titanium sulfide are initiated. In this case, a chemical reaction is excited in the heated surface layer of the sample and a synthesis wave is generated, which propagates along the axis of the sample at a certain speed. The propagation of the synthesis wave is accompanied by a bright glow. The tablet burns out in a few seconds. After the reaction, the system remains under vacuum until the synthesis products are completely cooled.
Согласно данным рентгенофазового анализа в результате горения образуется фаза сульфида титана Ti2S, имеющего орторомбическую ячейку с параметрами решетки: а=11,35 Å, b=14,06 Å и с=3,32 Å.According to x-ray phase analysis, combustion results in the formation of a phase of titanium sulfide Ti 2 S having an orthorhombic cell with lattice parameters: a = 11.35 Å, b = 14.06 Å and c = 3.32 Å.
Пример 2Example 2
Количество исходных веществ для синтеза сульфида титана определяли по уравнению реакции: Ti+S=TiS.The amount of starting materials for the synthesis of titanium sulfide was determined by the reaction equation: Ti + S = TiS.
Смесь из 2,1 г кристаллической серы (с учетом 5%-ного массового избытка) и 3 г порошкообразного титана готовят и прессуют так же, как в примере 1. Таблетки сжигают в режиме СВС. В результате горения образуется фаза сульфида титана (II) TiS, имеющего гексагональную ячейку с параметрами решетки: а=3,416 Å, с=26,4 Å, структурный тип NiAs с плотнейшей гексагональной упаковкой из атомов серы, в которой октоэдрические пустоты заполняются атомами титана.A mixture of 2.1 g of crystalline sulfur (taking into account a 5% mass excess) and 3 g of powdered titanium is prepared and pressed in the same way as in example 1. The tablets are burned in SHS mode. As a result of combustion, a phase of titanium (II) sulfide TiS is formed, having a hexagonal cell with lattice parameters: а = 3.416 Å, c = 26.4 Å, NiAs structural type with the densest hexagonal packing of sulfur atoms, in which the octohedral voids are filled with titanium atoms.
Задача, решаемая заявляемым техническим решением, заключается в упрощении способа и возможности получения широкого спектра сульфидов титана с минимальными энергетическими затратами.The problem solved by the claimed technical solution is to simplify the method and the possibility of obtaining a wide range of titanium sulfides with minimal energy costs.
Порошки сульфидов титана, полученные в результате сжигания смесей, изучены рентгенографически (дифрактометр D8-GADDS фирмы Bruker, метод порошка, CoKα-излучение).Titanium sulfide powders obtained by burning mixtures were studied by X-ray diffraction (a D8-GADDS diffractometer from Bruker, powder method, CoKα radiation).
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013115719/05A RU2541065C2 (en) | 2013-04-08 | 2013-04-08 | Method of obtaining titanium sulphides |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013115719/05A RU2541065C2 (en) | 2013-04-08 | 2013-04-08 | Method of obtaining titanium sulphides |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2013115719A RU2013115719A (en) | 2014-10-20 |
| RU2541065C2 true RU2541065C2 (en) | 2015-02-10 |
Family
ID=53287277
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013115719/05A RU2541065C2 (en) | 2013-04-08 | 2013-04-08 | Method of obtaining titanium sulphides |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2541065C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2713367C1 (en) * | 2018-12-13 | 2020-02-04 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина" | Method of producing colloidal solution of titanium trisulphide with antimicrobial properties |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4259310A (en) * | 1980-01-28 | 1981-03-31 | Kerr-Mcgee Chemical Corporation | Process for the manufacture of titanium disulfide |
| SU1079610A1 (en) * | 1982-08-24 | 1984-03-15 | Киевский Автомобильно-Дорожный Институт Им.60-Летия Великой Октябрьской Социалистической Революции | Process for preparing titanium disulfide |
| UA74445C2 (en) * | 2004-01-08 | 2005-12-15 | Ужгородський Національний Університет | A method for THE synthesis of NOVEL polymorph modification of titanium monosulfide |
-
2013
- 2013-04-08 RU RU2013115719/05A patent/RU2541065C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4259310A (en) * | 1980-01-28 | 1981-03-31 | Kerr-Mcgee Chemical Corporation | Process for the manufacture of titanium disulfide |
| SU1079610A1 (en) * | 1982-08-24 | 1984-03-15 | Киевский Автомобильно-Дорожный Институт Им.60-Летия Великой Октябрьской Социалистической Революции | Process for preparing titanium disulfide |
| UA74445C2 (en) * | 2004-01-08 | 2005-12-15 | Ужгородський Національний Університет | A method for THE synthesis of NOVEL polymorph modification of titanium monosulfide |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Под ред. БРАУЭРА Г., Руководство по неорганическому синтезу, Москва, Мир, 1985, т. 4, с.1467. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2713367C1 (en) * | 2018-12-13 | 2020-02-04 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина" | Method of producing colloidal solution of titanium trisulphide with antimicrobial properties |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2013115719A (en) | 2014-10-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zhang et al. | A comparative study of the thermal decomposition of pyrite under microwave and conventional heating with different temperatures | |
| JPH0527454B2 (en) | ||
| RU2541065C2 (en) | Method of obtaining titanium sulphides | |
| Xie et al. | Synergistic effect of inorganic salt and AlN removal in the secondary aluminum dross during the roasting process | |
| RU2552544C2 (en) | Method of producing higher titanium sulphides | |
| Zong et al. | Synthesis and thermal stability of Zn3N2 powder | |
| Sukhanov et al. | Fine purification of monoisotopic 32S and 34S | |
| US8679445B1 (en) | Synthesis of CsSnI3 by temperature gradient solid-phase sintering method | |
| Galwey et al. | The thermal decomposition of ammonium perchlorate in the presence of manganese dioxide | |
| Madarász et al. | Combined DTA and XRD study of sintering steps towards YAl3 (BO3) 4 | |
| CN101311122A (en) | Process for preparation of iron sulfide | |
| Belitskus et al. | Single crystal studies on some clathrates of tetra-(4-methylpyridine)-nickel (II) and cobalt dithiocyanates | |
| CN102296366A (en) | Synthetic method of LiGaS2 polycrystalline | |
| RU2573522C1 (en) | Method of producing cobalt or cobalt-chromium thiospinel | |
| CN101031507B (en) | Silicide composition comprising alkali metal and method of making it | |
| Leela-Adisorn et al. | AlZrC2 synthesis | |
| RU2674346C1 (en) | Method of the technical ceramics production from samarium mono-sulfide | |
| Shpotyuk et al. | Surface oxidation in glassy arsenic trisulphide induced by high-energy γ-irradiation | |
| RU2555026C1 (en) | Method of producing nickel-chromium thiospinel | |
| CN100368601C (en) | Autoclave Synthesis Method of Multiple Metal Inorganic Chalcogenides | |
| RU2525174C1 (en) | Method of producing metal sulphide | |
| Liashenko et al. | Studying the kinetics of extraction treatment of rice husk when obtaining silicon carbide | |
| RU2768954C1 (en) | Method for obtaining gallium sulfide (ii) | |
| Nayebossadri et al. | Destabilisation of the Li–N–H hydrogen storage system with elemental Si | |
| JPH0468241B2 (en) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180409 |