SU1723211A1 - Method of bismuth oxide monocrystals preparation - Google Patents
Method of bismuth oxide monocrystals preparation Download PDFInfo
- Publication number
- SU1723211A1 SU1723211A1 SU894754794A SU4754794A SU1723211A1 SU 1723211 A1 SU1723211 A1 SU 1723211A1 SU 894754794 A SU894754794 A SU 894754794A SU 4754794 A SU4754794 A SU 4754794A SU 1723211 A1 SU1723211 A1 SU 1723211A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- bismuth oxide
- temperature
- crystals
- single crystals
- yield
- Prior art date
Links
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
Изобретение относитс к способам получени монокристаллов оксида висмута и может быть использовано в химической промышленности дл создани сверхпровод щих материалов, а также в пьезотехнике и акустооптике. Оно обеспечивает увеличение размеров кристаллов, повышение их выхода и упрощение процесса. Процесс ведут из равносмешанных водных растворов сол ной и азотной кислот концентрацией 2,3-3,5 мае.% при 150-180°С, давлении 15- 20 атм и температурном перепаде . Соотношение объемов твёрдой и жидкой фаз (1,2-16):(4,3-55). Получены кристаллы а размером до 5,6 мм с выходом -98%. Снижена температура процесса. 1 з.п. ф-лы. ёThe invention relates to methods for producing single crystals of bismuth oxide and can be used in the chemical industry to create superconducting materials, as well as in piezoelectric engineering and acousto-optics. It provides an increase in the size of the crystals, increasing their output and simplifying the process. The process is conducted from equally mixed aqueous solutions of hydrochloric and nitric acids with a concentration of 2.3-3.5% by weight at 150-180 ° C, a pressure of 15-20 atm and a temperature difference. The ratio of the volumes of solid and liquid phases (1.2-16): (4.3-55). Crystals were obtained in sizes up to 5.6 mm with a yield of -98%. Reduced process temperature. 1 hp f-ly. yo
Description
Изобретение относитс к способам получени монокристаллов оксида висмута и может быть использовано в химической промышленности дл создани сверхпровод щих материалов, а также в пьезотехнике и акустооптике.The invention relates to methods for producing single crystals of bismuth oxide and can be used in the chemical industry to create superconducting materials, as well as in piezoelectric engineering and acousto-optics.
Известен способ получени монокристаллов оксида висмута в гидротермальных услови х в водных растворах NaOH(KOH) с концентрацией до 80 мас.% при температурах выше 350°С и давлении выше 150 атм. При наличии температурного перепада оксид висмута образуетс в холодной части автоклава.A known method for producing single crystals of bismuth oxide under hydrothermal conditions in aqueous solutions of NaOH (KOH) with a concentration of up to 80 wt.% At temperatures above 350 ° C and pressures above 150 atm. In the presence of a temperature difference, bismuth oxide is formed in the cold part of the autoclave.
Недостатками известного способа вл ютс незначительный выход конечного продукта и высока температура и давление процесса. При этом размеры монокристаллов оксида висмута незначительны и составл ют 0,2-2,3 мм при достаточно высокой температуре процесса.The disadvantages of this method are the insignificant yield of the final product and the high temperature and pressure of the process. The sizes of single crystals of bismuth oxide are insignificant and are 0.2-2.3 mm at a sufficiently high process temperature.
Известен способ гидротермального получени монокристаллов оксида висмута при кристаллизации соединений со структурой стибиотанталита в системах В1аОз- Nb2(Ta2)Os и водных растворах KHF2 и Н202 концентрацией 0-50 и 0-12 мас.% соответственно при температуре 450-600°С, давлении 1000-1500 атм и температурном перепаде по высоте автоклава 2-12°С. Монокристаллы оксида висмута образуютс как побочна фаза и выход их составл ет 5-10 мас.% от выхода монокристалла BINb04, BlTa04, размеры полученных монокристаллов 0,5-1 мм.The known method of hydrothermal production of single crystals of bismuth oxide during crystallization of compounds with the structure of stibiotantalite in the В1аО-Nb2 (Ta2) Os systems and in aqueous solutions of KHF2 and H2202 with a concentration of 0-50 and 0-12 wt.%, Respectively, at a temperature of 450-600 ° С, pressure 1000 -1500 atm and temperature difference in the height of the autoclave 2-12 ° С. Single crystals of bismuth oxide are formed as a side phase and their yield is 5-10 wt.% Of the output of the single crystal BINb04, BlTa04, the dimensions of the single crystals obtained are 0.5-1 mm.
Недостатками известного способа вл - юс незначительный выход, малые размерыThe disadvantages of this method is the owner - a slight yield, small size
XJXj
юYu
CJ N)CJ N)
монокристаллов оксида висмута и высока температура процесса.single crystals of bismuth oxide and a high process temperature.
Цель изобретени - увеличение разме ров кристаллов, повышение их выхода и упрощение процесса.The purpose of the invention is to increase the size of the crystals, increase their yield and simplify the process.
Указанна цель достигаетс тем, что согласно способу получени монокристаллов оксид висмута гидротермальным методе м из водного раствора с шихтой, содержащей оксид висмута, при высоких температурах и давлени х в присутствии температурного перепада процесс ведут из равносмешан- ных водных растворов сол ной и азотной кислоты концентрацией 2,5-3,5 мас.% соот- .ветственно при температуре 150-180 С, давлении 15-20 атм, температурном перепаде 20-30°С. Преимущественно процесс ведут при соотношении объемов твердой и жидкой фазы VTB.:Vx (1,2-1,6):(413-5,5).This goal is achieved in that according to the method of producing single crystals of bismuth oxide by hydrothermal methods from an aqueous solution with a mixture containing bismuth oxide at high temperatures and pressures in the presence of a temperature differential, the process is carried out from equal mixed hydrochloric and nitric acid solutions of a concentration of 2 , 5-3.5 wt.%, Respectively, at a temperature of 150-180 ° C, a pressure of 15-20 atm, a temperature difference of 20-30 ° C. Mainly the process is carried out at a ratio of the volumes of the solid and liquid phase VTB.:Vx (1.2-1.6) :( 413-5.5).
Способ осуществл ют следующим образом .The method is carried out as follows.
В стандартный автоклав периодического действи , футерованный тефлоном, загружают оксид висмута марки осч. В загруженный шихтой автоклав заливают водный раствор HCI и НМОз заданной концентрации в объемном соотношении 3:1 и при строго определенном соотношении твердой и жидкой фаз, что создает оптимальную подвижность гидротермального раствора к насыщению, при котором происходит беспрерывный транспорт питательного материала дл образовани и роста монокристаллов оксида висмута. В автоклаве размещают перегородку дл создани температурного перепада, затем автоклав герметически закрывают на специальной машине и помещают в печь сопротивлени , где происходит его нагрев до заданной температуры . Предварительно проведенные эксперименты показали, что оптимальна температура, при которой происходит процесс растворени оксида висмута и его массоперенос в зону кристаллизации, составл ет 150°С, давление жидкой среды 15 атм, температурный перепад 2-20°С.A standard batch of autoclave, lined with Teflon, is charged with bismuth oxide grade osch. An aqueous solution of HCI and HNOZ of a given concentration in a volume ratio of 3: 1 and with a strictly defined ratio of solid and liquid phases is poured into the autoclave loaded with the mixture, which creates an optimal mobility of the hydrothermal solution to saturation, in which the nutrient material is continuously transported to form and grow single oxide crystals bismuth. In the autoclave, a partition is placed to create a temperature differential, then the autoclave is hermetically sealed with a special machine and placed in a resistance furnace, where it is heated to a predetermined temperature. Preliminary experiments showed that the optimum temperature at which the process of dissolution of bismuth oxide and its mass transfer to the crystallization zone occurs is 150 ° C, the pressure of the liquid medium is 15 atm, and the temperature difference is 2-20 ° C.
При снижении температуры процесса и Давлени резко понижаетс растворимость исходной шихты, что непосредственно отрицательно вли ет на длительность процесса кристаллизации и на выход монокристалла оксида висмута. Так, например, при температуре пор дка 145°С и давлении 14 атм выход монокристаллов оксида висмута составл ет лишь 75% от исходной загрузки в автоклаве и процесс длитс более 450 ч, при температуре 130°С выход монокристаллов падает уже до 60%. При температуре выше 180°С повышаетс реакционна способность сол ной кислоты за счет более активного разложени HCI на составл ющие ионы Н и CI , что приводит к частичному образованию побочной фазы BiOCI. По вление этой фазы снижает выход оксида висмута.When the temperature of the process and pressure decreases, the solubility of the initial mixture decreases sharply, which directly adversely affects the duration of the crystallization process and the yield of the bismuth single crystal. So, for example, at a temperature of about 145 ° C and a pressure of 14 atm, the yield of single crystals of bismuth oxide is only 75% of the initial charge in the autoclave and the process lasts more than 450 hours, at a temperature of 130 ° C the yield of single crystals drops to 60%. At temperatures above 180 ° C, the reactivity of hydrochloric acid is increased due to the more active decomposition of HCI into the constituent H and CI ions, which leads to the partial formation of the by-phase BiOCI. The appearance of this phase reduces the yield of bismuth oxide.
Следовательно, температурные параметры существенны с точки зрени получени максимального выхода монокристаллов оксида висмута. Значение температурного перепада также вл етс существенным с точкиTherefore, temperature parameters are essential in terms of obtaining the maximum yield of single crystals of bismuth oxide. The value of the temperature difference is also significant from the point of
зрени достижени цели изобретени . Понижение температурного перепада (АТ 20°С) приводит к уменьшению пересыщени , необходимого дл роста кристаллов, а следовательно , к уьеличению длительностиin view of achieving the goal of the invention. A decrease in the temperature difference (AT at 20 ° C) leads to a decrease in the supersaturation necessary for the growth of crystals, and consequently, to an increase in the duration
процесса получени монокристаллов оксида висмута. Увеличение же значени температурного перепада ( ДТ 30°С) способствует интенсивному массопереносу исходной шихты (В120з) в верхнюю зону реакционногоprocess for producing single crystals of bismuth oxide. An increase in the value of the temperature difference (DT 30 ° C) contributes to the intensive mass transfer of the initial charge (V1203) to the upper zone of the reaction
пространства автоклава. Это обсто тельство приводит к высокой скорости зародыше- образовани по сравнению с ростом кристаллов , которые имеют малые размеры. Так, например, при ДТ 32°С иautoclave space. This circumstance leads to a high rate of nucleation compared with the growth of crystals that are small in size. For example, when DT 32 ° C and
при прочих равных параметрах размер монокристаллов оксида висмута составл ет не более 2,2 мм, а при Т 37°С - 2 мм.ceteris paribus, the size of single crystals of bismuth oxide is no more than 2.2 mm, and at T 37 ° C - 2 mm.
Концентраци водных растворов HCI v. НМОз составл ет 2,5-3,5 мас.%, что вполнеThe concentration of aqueous solutions of HCI v. NMO3 is 2.5-3.5 wt.%, Which is quite
достаточно дл полного растворени оксида висмута и перехода его в раствор в степени окислени (III). При более низких концентраци х HCi и НМОз (2 v-ac. %) понижаетс растворимость BiaOs, что лимитирует выходit is sufficient to completely dissolve bismuth oxide and transfer it into solution in oxidation state (III). At lower concentrations of HCi and HN03 (2 v-ac.%), The solubility of BiaOs decreases, which limits the yield
монокристаллов оксида висмута, а более высока концентраци HCI и HN03 приводит к образованию фазы состава BiOCI, что не позвол ет получить оптимальный выход конечного продукта.single crystals of bismuth oxide, and a higher concentration of HCI and HN03 leads to the formation of a phase of BiOCI composition, which does not allow to obtain the optimal yield of the final product.
Процесс получени монокристаллов оксида висмута происходит по следующей схеме: растворение исходного реактива оксида висмута в водных растворах HCI и НМОз, массоперенос растворенных форм оксидаThe process of obtaining single crystals of bismuth oxide occurs according to the following scheme: dissolution of the starting bismuth oxide reactant in aqueous solutions of HCI and HNOZ, mass transfer of dissolved forms of oxide
висмута с последующей кристаллизацией в виде монокристаллов в реакционной зоне автоклава за счет пересыщени раствора, создаваемого температурным перепадом по высоте автоклава.bismuth followed by crystallization in the form of single crystals in the reaction zone of the autoclave due to supersaturation of the solution created by the temperature difference in the height of the autoclave.
Пример1.В стандартный автоклав периодического действи , футерованный тефлоном, загружают 120 г оксида висмута. Затем заливают в автоклав водный раствор HCI и НМОз концентрацией 2,5 мас.% приExample 1. A teflon-lined, standard batch autoclave was charged with 120 g of bismuth oxide. Then, an aqueous solution of HCI and HN03 with a concentration of 2.5 wt.% Is poured into the autoclave at
соотношении твердой и жидкой фаз 1,2:4,3. В автоклаве размещают перегородку дл создани температурного перепада, затем автоклав герметически закрывают и помещают в печь сопротивлени , где егоthe ratio of solid and liquid phases of 1.2: 4.3. In the autoclave, a partition is placed to create a temperature difference, then the autoclave is hermetically closed and placed in a resistance furnace, where
нагревают до 150°С (зона растворени ) с температурным перепадом 20°С. Вследствие расширени жидкой фазы при нагревании в автоклаве создаетс давление 15 атм. Врем выдержки автоклава в стационарном режиме 6 сут. Исходна шихта раствор етс с одновременным массопереносом растворенных форм оксида висмута и последующей его кристаллизацией в виде монокристаллов ВЮз. Выход монокристаллов оксида висмута составл ет 95,2% от исходного количества оксида висмута, размеры 4,0-4,3 мм.heated to 150 ° C (dissolution zone) with a temperature difference of 20 ° C. Due to the expansion of the liquid phase, a pressure of 15 atm is created in the autoclave when heated. The holding time of the autoclave in stationary mode is 6 days. The initial charge is dissolved with simultaneous mass transfer of the dissolved forms of bismuth oxide and its subsequent crystallization in the form of single crystal UHW. The yield of single crystals of bismuth oxide is 95.2% of the initial amount of bismuth oxide, sizes 4.0-4.3 mm.
Пример 2. В автоклав периодического действи , футерованный фторопластом, загружают 1.20 г оксида висмута. Затем заливают водный раствор сол ной и азотной кислот концентрацией 2,5 мас.% при соотношении твердой и жидкой фаз 1,2:4,3. В автоклаве размещают перегородку, затем его закрывают и помещают в печь сопротивлени , где нагревают до 150°С, вследствие чего в нем за счет расширени жидкой фазы создаетс давление пор дка 17 атм. Температурный перепад между зоной растворени и зоной кристаллизации составл ет 25°С. По описанной в примере 1 схеме происходит кристаллизаци монокристаллов оксида висмута, выход которых достигает 96,2%, размеры 4,4-4,6 мм.Example 2. A batch of fluoride lined in a batch autoclave, charged with 1.20 g of bismuth oxide. Then, an aqueous solution of hydrochloric and nitric acids with a concentration of 2.5% by weight is poured at a solid-to-liquid ratio of 1.2: 4.3. A partition is placed in the autoclave, then it is closed and placed in a resistance furnace, where it is heated to 150 ° C, as a result of which a pressure of 17 atm is created in it due to expansion of the liquid phase. The temperature difference between the dissolution zone and the crystallization zone is 25 ° C. According to the scheme described in example 1, crystallization of single crystals of bismuth oxide occurs, the yield of which reaches 96.2%, the size of 4.4-4.6 mm.
П р и м е р 3. Процесс осуществл ют аналогичным методом. Рабочие параметры: температура 150°С, давление 17атм, температурный перепад 30°С, концентраци водных растворов сол ной и азотной кислот 3,5 мас.% соответственно, отношение твердой и жидкой фаз 1,6:5,5, количество оксида висмута 120 г. В этих технологических услови х выход монокристаллов составл ет 97,0%, а их размеры 4,6-5,0 мм.EXAMPLE 3. The process is carried out in a similar manner. Operating parameters: temperature 150 ° С, pressure 17 atm, temperature difference 30 ° С, concentration of aqueous solutions of hydrochloric and nitric acids 3.5 wt.%, Respectively, the ratio of solid and liquid phases 1.6: 5.5, the amount of bismuth oxide 120 In these technological conditions, the yield of single crystals is 97.0%, and their dimensions are 4.6-5.0 mm.
П р и м е р 4. Рабочие параметры кристаллизации: температура 180°С, давлениеPRI me R 4. The operating parameters of crystallization: temperature 180 ° C, pressure
18атм, температурный перепад 30°С, концентраци водных растворов HCI и НМОз 2,5 и 2 мас.% соответственно, соотношение твердой и жидхой фаз 1,6:5,5, количество оксида висмута 120 г. Выход монокристаллов составл ет 97,3%, а их размеры до 5,3 мм:18 atm, a temperature difference of 30 ° C, a concentration of aqueous solutions of HCI and HM03 of 2.5 and 2 wt.%, Respectively, the ratio of solid and liquid phases is 1.6: 5.5, the amount of bismuth oxide is 120 g. The yield of single crystals is 97.3 %, and their sizes up to 5.3 mm:
П р и м е р 5. Рабочие параметры кристаллизации: температура 180°С, давлениеPRI me R 5. The operating parameters of crystallization: temperature 180 ° C, pressure
19атм, температурный перепад 30°С, концентраци водных растворов HCI и ИМОз 3 мас.%, отношение твердой и жидкой фаз 1,2:4,3, количество оксида висмута 120 г. Выход монокристаллов составл ет 97,8%. 5 их размеры до 5,4 мм.19 atm, a temperature difference of 30 ° C, a concentration of aqueous solutions of HCI and IMO3 of 3 wt.%, The ratio of solid and liquid phases is 1.2: 4.3, the amount of bismuth oxide is 120 g. The yield of single crystals is 97.8%. 5, their sizes are up to 5.4 mm.
П р и м е р 6. Рабочие параметры кристаллизации: температура 180°С, давление 20 атм, температурный перепад 30°С, концентраци водных растворов HCI и HN03 03 мас.%, отношение твердой и жидкой фаз 1,4:4,9. Выход монокристаллов оксида висмута составл ет 98,1%, а их размеры до 5,6 мм.PRI me R 6. The operating parameters of crystallization: temperature 180 ° С, pressure 20 atm, temperature difference 30 ° С, concentration of aqueous solutions of HCI and HN03 03 wt.%, The ratio of solid and liquid phases 1.4: 4.9 . The yield of single crystals of bismuth oxide is 98.1%, and their sizes are up to 5.6 mm.
Использование предлагаемого способа 5 получени монокристаллов оксида висмута обеспечивает по сравнению с изве стными способами следующие преимущества.The use of the proposed method 5 for producing single crystals of bismuth oxide provides the following advantages as compared with known methods.
Повышаетс выход и увеличиваютс размеры монокристаллов оксида висмута. 0 Так, выход достигает 98,1 %, а размеры монокристаллов - 5,6 (в известных способах выход мал, а размеры монокристаллов до 2,3 мм).The yield increases and the single crystal size of bismuth oxide increases. 0 Thus, the yield reaches 98.1%, and the size of single crystals is 5.6 (in the known methods, the yield is small, and the size of single crystals is up to 2.3 mm).
Понижаетс температура процесса, что 5 упрощает технологию получени оксида висмута с точки зрени техники безопасности , долговечности использовани дорогосто щих автоклавов.The process temperature is lowered, 5 which simplifies the technology for producing bismuth oxide from the point of view of safety engineering and durability of using expensive autoclaves.
Способ характеризуетс надежной вос- 0 производимостью и эффективностью, технологической перспективностью дл внедрени в химическую промышленность.The method is characterized by reliable reproducibility and efficiency, technological prospects for implementation in the chemical industry.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU894754794A SU1723211A1 (en) | 1989-07-31 | 1989-07-31 | Method of bismuth oxide monocrystals preparation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU894754794A SU1723211A1 (en) | 1989-07-31 | 1989-07-31 | Method of bismuth oxide monocrystals preparation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SU1723211A1 true SU1723211A1 (en) | 1992-03-30 |
Family
ID=21477375
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU894754794A SU1723211A1 (en) | 1989-07-31 | 1989-07-31 | Method of bismuth oxide monocrystals preparation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| SU (1) | SU1723211A1 (en) |
-
1989
- 1989-07-31 SU SU894754794A patent/SU1723211A1/en active
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4324773A (en) | Hydrothermal process and apparatus for synthesizing crystalline powders | |
| SU1723211A1 (en) | Method of bismuth oxide monocrystals preparation | |
| JPH0251404A (en) | Production of anhydrous sodium sulfide crystal | |
| Tyutyunnik et al. | Lithium hydride single crystal growth by bridgman-stockbarger method using ultrasound | |
| SU1747544A1 (en) | Method of tantalum (v) pentoxide monocrystalls preparation | |
| EP0399605B1 (en) | Method for crystallizing alpha-L-aspartyl-L-phenylalanine methyl ester | |
| SU1641900A1 (en) | Method of producing single crystals of antimony oxide | |
| US4554136A (en) | Hydrothermal apparatus for synthesizing crystalline powders | |
| US4528062A (en) | Method of manufacturing a single crystal of a III-V compound | |
| SU1682413A1 (en) | Method for producing germanium dioxide of tetragonal modification | |
| SU1692942A1 (en) | Method for hydrothermal recrystalization of gallium orthophosphate | |
| SU1562364A1 (en) | Method of growing bismuth monocrystals | |
| SU1668496A1 (en) | Method for obtaining monocrystals of @@@ where x=0 | |
| SU1656013A1 (en) | Method of producing crystalline copper monoiodide | |
| RU2091512C1 (en) | Hydrothermal method of producing the solid solution monocrystals | |
| JPS6225144B2 (en) | ||
| RU2078029C1 (en) | Method of selenium producing | |
| RU2113556C1 (en) | Method of preparing monocrystals of antimony orthoniobate-based solid solutions | |
| JPH093015A (en) | Production of gamma-type glycine | |
| SU403290A1 (en) | The method of obtaining single crystals of sodium cobalt orthogermanate composition | |
| SU445274A1 (en) | The method of producing estradiol | |
| SU1643457A1 (en) | Method of producing tellurium oxychloride | |
| SU1583477A1 (en) | Method of hydrothermal growing of crystals | |
| SU515748A1 (en) | The method of obtaining 4,5-dichlorobenzo2,1,3-thiadiazole | |
| SU1062210A1 (en) | Process for preparing n-phosphonomethyl glycin |