RU2552544C2 - Способ получения высших сульфидов титана - Google Patents
Способ получения высших сульфидов титана Download PDFInfo
- Publication number
- RU2552544C2 RU2552544C2 RU2013131252/05A RU2013131252A RU2552544C2 RU 2552544 C2 RU2552544 C2 RU 2552544C2 RU 2013131252/05 A RU2013131252/05 A RU 2013131252/05A RU 2013131252 A RU2013131252 A RU 2013131252A RU 2552544 C2 RU2552544 C2 RU 2552544C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- titanium
- synthesis
- sulfur
- sulphides
- vacuum
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- OCDVSJMWGCXRKO-UHFFFAOYSA-N titanium(4+);disulfide Chemical class [S-2].[S-2].[Ti+4] OCDVSJMWGCXRKO-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 14
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 37
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 32
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 31
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims abstract description 31
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims description 25
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims description 25
- RCYJPSGNXVLIBO-UHFFFAOYSA-N sulfanylidenetitanium Chemical compound [S].[Ti] RCYJPSGNXVLIBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 8
- 239000007858 starting material Substances 0.000 claims description 5
- 150000003568 thioethers Chemical class 0.000 claims 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 6
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000005864 Sulphur Substances 0.000 abstract 2
- 229910009967 Ti2S Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 229910003092 TiS2 Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 229910010322 TiS3 Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 9
- CFJRPNFOLVDFMJ-UHFFFAOYSA-N titanium disulfide Chemical compound S=[Ti]=S CFJRPNFOLVDFMJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 4
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 3
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 229910001120 nichrome Inorganic materials 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000000859 sublimation Methods 0.000 description 3
- 230000008022 sublimation Effects 0.000 description 3
- 150000004763 sulfides Chemical class 0.000 description 3
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 2
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RXKSUMQTYBHJHU-UHFFFAOYSA-N [S-2].[S-2].S.[Ti+4] Chemical compound [S-2].[S-2].S.[Ti+4] RXKSUMQTYBHJHU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003708 ampul Substances 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 238000012797 qualification Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
Изобретение может быть использовано в неорганической химии при получении высших сульфидов титана Ti3S4, TiS2 и TiS3. Синтез высших сульфидов титана проводят в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) в вакууме 10-3 атм. В качестве исходных веществ используют порошкообразный сульфид титана Ti2S с добавлением порошков титана и кристаллической серы до соответствующего стехиометрического состава с 5% избытком серы. Изобретение позволяет упростить получение сульфидов титана, повысить экологическую чистоту процесса, снизить энергетические затраты. 1 ил., 3 пр.
Description
Изобретение относится к области неорганической химии, а именно к технологии самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, и может быть использовано для получения высших сульфидов титана состава Ti3S4, TiS2 и TiS3.
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 [SU, Патент СССР, 1079610, C01G 23/00, Способ получения дисульфида титана / Г.М. Загоровский, А.Н. Белоус, А.А. Великанов, А.П. Гринюк].
Известен также способ получения дисульфида титана нагреванием металлического титана с серой при 400-1000°C в течение 7 суток в эвакуированном сосуде с последующим отжигом в течение 7 суток образовавшегося нестехиометрического дисульфида титана при 400-600°C в атмосфере, парциальное давление паров серы которой соответствует равновесному давлению серы над стехиометрическим дисульфидом титана [US, Патент США, 3980761, C01G 23/00, Production of finely divided, low defect, stoichiometric titanium disulfide / Arthur H., Fred R. кл. 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 [GB, Патент Великобритании, 1556503А, C01G 23/00, Preparation of stoichiometric titanium disulfide / M.S. Whittigham. 1976].
Недостатком известных способов является длительность и многостадийность процесса, а также значительные энергетические затраты на нагревание смесей и длительную гомогенизацию.
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 суток 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 графито-образного 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].
Недостатками указанного способа являются трудоемкость, многостадийность синтеза, значительные энергетические затраты на нагревание смесей до 600-1200°C и гомогенизацию продукта в течение длительного времени.
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.
Сущность изобретения
В заявляемом способе получения высших сульфидов титана Ti3S4, TiS2 и TiS3, включающем растирание, прессование исходных веществ, воспламенение, сжигание и синтез сульфидов в режиме СВС в вакууме, в качестве исходных веществ используют порошкообразный сульфид титана Ti2S с добавлением порошков титана и кристаллической серы до соответствующего стехиометрического состава с 5%-ным массовым избытком серы, вследствие ее возгонки при высоких температурах.
Заявляемое техническое решение имеет следующую совокупность существенных отличительных признаков по отношению к выбранному прототипу:
- синтез сульфидов титана проводят методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза;
- в качестве реагентов используют порошкообразный сульфид титана Ti2S с добавлением порошков титана и кристаллической серы до соответствующего стехиометрического состава с 5%-ным массовым избытком серы, вследствие ее возгонки при высоких температурах;
- для предотвращения образования металлических фаз наряду с сульфидами, баланс по сере должен быть положительным, т.е. избыток порошкообразной серы должен быть достаточным, чтобы весь металл обратился в сульфид титана;
- синтез сульфидов в режиме горения проводят в вакууме с разрежением 10-3 атм.
Осуществление изобретения достигается при выполнении технологических операций в следующей последовательности.
Для синтеза сульфидов титана Ti3S4, TiS2 и TiS3 берут необходимое количество порошкообразного сульфида титана Ti2S, титана и элементарной серы с 5%-ным массовым избытком, вследствие ее возгонки при высоких температурах.
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 рис. 1. 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 колокол вакуумной системе (7) создается разрежение 10-3 атм. 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.
Предлагаемый способ реализуется в лабораторных условиях, иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1.
Количество исходных веществ для синтеза сульфида титана состава Ti3S4 определяли по уравнению реакции: Ti2S+Ti+3S=Ti3S4.
Для этого 2,35 г порошкообразного сульфида титана Ti2S перемешивают с 0,88 г порошкообразного титана марки ТПМ и 1,85 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 однородного состояния. Полученную смесь таблетируют в форме цилиндра диаметром 10 мм.
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.
Путем кратковременной подачи электрического импульса на нихромовую спираль инициируют горение и синтез сульфида титана Ti3S4. После прохождения реакции система остается под вакуумом до полного остывания продуктов синтеза.
По данным РФА полученный продукт представляет собой фазу сульфида титана Ti3S4, имеющего гексагональную ячейку с параметрами решетки: а=3,430 Å и с=11,44 Å.
Пример 2.
Количество исходных веществ для синтеза сульфида титана состава TiS2 определяли по уравнению реакции: Ti2S+Ti+5S=3TiS2.
Берут 1,90 г сульфида титана Ti2S перемешивают с 0,71 г порошкообразного титана и 2,49 г кристаллической серы с учетом 5%-ного массового избытка, растирают и прессуют в таких же условиях, как в примере 1. По данным РФА полученный продукт представляет собой фазу сульфида титана TiS2 имеющего гексагональную ячейку с параметрами решетки: а=3,4049 Å и с=5,693 Å, структурный тип CdI2.
Пример 3.
Количество исходных веществ для синтеза сульфида титана состава TiS3 определяли по уравнению реакции: Ti2S+Ti+8S=3TiS3.
Смесь, состоящую из 1,48 г сульфида титана Ti2S, 0,55 г порошкообразного титана и 3,11 г кристаллической серы (с учетом 5%-ного массового избытка), растирают и прессуют в таких же условиях, как в примере 1. По данным РФА полученный продукт представляет собой фазу сульфида титана TiS3, имеющего моноклинную ячейку с параметрами решетки: а=4,97 Å, b=3,43 Å и с=8,71 Å.
Задача, решаемая заявляемым техническим решением, заключается в упрощении способа и возможности получения широкого спектра сульфидов титана с минимальными энергетическими затратами.
Порошки сульфидов титана, полученные в результате сжигания смесей, изучены рентгенографически (дифрактометр D8-GADDS фирмы Bruker, метод порошка, СоКα-излучение).
Claims (1)
- Способ получения высших сульфидов титана, включающий синтез сульфидов титана путем взаимодействия титана с серой, отличающийся тем, что синтез сульфидов проводят в режиме СВС в вакууме 10-3 атм, а в качестве исходных веществ используют порошкообразный сульфид титана Ti2S с добавлением порошков титана и кристаллической серы до соответствующего стехиометрического состава с 5% избытком серы.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013131252/05A RU2552544C2 (ru) | 2013-07-08 | 2013-07-08 | Способ получения высших сульфидов титана |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013131252/05A RU2552544C2 (ru) | 2013-07-08 | 2013-07-08 | Способ получения высших сульфидов титана |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2013131252A RU2013131252A (ru) | 2015-01-20 |
| RU2552544C2 true RU2552544C2 (ru) | 2015-06-10 |
Family
ID=53280501
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013131252/05A RU2552544C2 (ru) | 2013-07-08 | 2013-07-08 | Способ получения высших сульфидов титана |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2552544C2 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2713367C1 (ru) * | 2018-12-13 | 2020-02-04 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина" | Способ получения коллоидного раствора трисульфида титана с противомикробными свойствами |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1556503A (en) * | 1976-11-08 | 1979-11-28 | Exxon Research Engineering Co | Preparation of stoichiometric titanium disulfide |
| US4259310A (en) * | 1980-01-28 | 1981-03-31 | Kerr-Mcgee Chemical Corporation | Process for the manufacture of titanium disulfide |
| SU1079610A1 (ru) * | 1982-08-24 | 1984-03-15 | Киевский Автомобильно-Дорожный Институт Им.60-Летия Великой Октябрьской Социалистической Революции | Способ получени дисульфида титана |
-
2013
- 2013-07-08 RU RU2013131252/05A patent/RU2552544C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1556503A (en) * | 1976-11-08 | 1979-11-28 | Exxon Research Engineering Co | Preparation of stoichiometric titanium disulfide |
| US4259310A (en) * | 1980-01-28 | 1981-03-31 | Kerr-Mcgee Chemical Corporation | Process for the manufacture of titanium disulfide |
| SU1079610A1 (ru) * | 1982-08-24 | 1984-03-15 | Киевский Автомобильно-Дорожный Институт Им.60-Летия Великой Октябрьской Социалистической Революции | Способ получени дисульфида титана |
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 (ru) * | 2018-12-13 | 2020-02-04 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина" | Способ получения коллоидного раствора трисульфида титана с противомикробными свойствами |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2013131252A (ru) | 2015-01-20 |
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 | |
| CN104862782B (zh) | 一种四元硫化物半导体材料及其制备方法和用途 | |
| Skalamprinos et al. | The synthesis and hydration of ternesite, Ca5 (SiO4) 2SO4 | |
| Granados-Correa et al. | Combustion synthesis process for the rapid preparation of high-purity SrO powders | |
| Manoharan et al. | Spectroscopic and thermal analysis of red clay for industrial applications from Tamilnadu, India | |
| KR20150088717A (ko) | 황화물 고체 전해질의 제조 방법 | |
| Hou et al. | Rapid phosphine-free synthesis of CdSe quantum dots: promoting the generation of Se precursors using a radical initiator | |
| CN103590108B (zh) | 红外非线性光学单晶体硫锡钡 | |
| Sastré-Hernández et al. | Influence of sodium peroxide during the synthesis of SiO2 obtained from rice husk | |
| RU2552544C2 (ru) | Способ получения высших сульфидов титана | |
| RU2541065C2 (ru) | Способ получения сульфидов титана | |
| Hart et al. | The synthesis of new calcium borate compounds by hydrothermal methods | |
| Madarász et al. | Combined DTA and XRD study of sintering steps towards YAl3 (BO3) 4 | |
| US1147832A (en) | Production of aluminum chlorid. | |
| Issagulov et al. | Production of technical silicon and silicon carbide from rice-husk | |
| RU2573522C1 (ru) | Способ получения кобальтовой или кобальтохромовой тиошпинели | |
| CN107635922B (zh) | 导电性钙铝石型化合物的制造方法 | |
| Leela-Adisorn et al. | AlZrC2 synthesis | |
| RU2555026C1 (ru) | Способ получения никель-хромовой тиошпинели | |
| CN107557867A (zh) | 硫锡锌钠和硫锡锌钠中远红外非线性光学晶体及制备方法和应用 | |
| Çöpoğlu et al. | Barium borosilicate glass coatings based on biomass for steel surfaces: Use of rice husk ash | |
| Basavalingu et al. | Hydrothermal synthesis and characterization of orthorhombic yttrium aluminum perovskites (YAP) | |
| Shpotyuk et al. | Surface oxidation in glassy arsenic trisulphide induced by high-energy γ-irradiation | |
| RU2525174C1 (ru) | Способ получения сульфида металла | |
| CN100368601C (zh) | 多元金属无机硫族化合物的高压釜合成方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180709 |