способ получения оксидной титановой бронзы

Формула изобретения

Способ получения оксидной титановой бронзы путем восстановления оксида титана (IV) при нагревании, отличающийся тем, что процесс восстановления ведут в режиме горения в присутствии металлического титана, гидроксида меди (II) и избытка иодида калия, рубидия или цезия, при этом реагенты берут в мольном соотношении ТiO₂:Ti:Cu(OH)₂:MI=1:1:2:(0,2-0,5).

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области неорганической химии, конкретно к способам получения неорганических соединений, может быть использовано в препаративных целях, производстве типографских красок и абразивных материалов.

Оксидные титановые бронзы представляют собой двойные оксиды переменного состава с каркасной структурой. Атомы щелочного металла занимают позиции в пустотах матричной решетки ТiO₂. Образование оксидной титановой бронзы из TiO₂ связано с понижением степени окисления титана, причем содержание атомов щелочного металла эквивалентно содержанию титана (III).

Известны способы получения калий-титановых бронз путем электролиза расплава К₂О и ТiO₂ (1:2) при 990-1020^oС или нагреванием металлического калия с ТiO₂ в Ni-трубке при 1250^oС в вакууме (Latroche М., Brohan L., Marchand R. J. Solid State Chem., 1989, v.81, Nol, p.78-82. Способы II, III).

Недостатками указанных способов являются сложное аппаратурное оформление и значительные затраты электроэнергии.

Наиболее близким к изобретению по своей технической сущности (прототипом) является способ получения калий-титановых бронз восстановлением дититаната калия К₂Тi₂О₅ водородом при температуре 900^oС (Latroche М., Brohan L. , Marchand R. J. Solid State Chem., 1989, v.81, Nol, p.78-82. Способ I).

Недостатками этого способа являются большие затраты электроэнергии, а также использование в качестве восстановителя взрывоопасного газообразного водорода.

Техническим результатом изобретения является снижение затрат электроэнергии и исключение использования взрывоопасного восстановителя.

Технический результат достигается способом получения оксидной титановой бронзы путем восстановления оксида титана (IV) при нагревании, согласно изобретению процесс восстановления ведут в режиме горения в присутствии металлического титана, гидроксида меди (II) и избытка иодида калия, рубидия или цезия, при этом реагенты берут в мольном соотношении ТiO₂:Ti:Сu(ОН)₂:MI= 1:1:2:(0,2-0,5).

Экзотермическую смесь реагентов, содержащую металлический титан и гидроксид меди (II), а также оксид титана (IV) и иодид щелочного металла, (MI) поджигают нагретой электрической спиралью и ведут восстановление оксида титана (IV) в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в использовании для получения бронзы экзотермической реакции взаимодействия гидроксида меди (II) с металлическим титаном. Восстановление оксида титана (IV) ведут в режиме горения в присутствии металлического титана, гидроксида меди (II) и избытка иодида калия, рубидия или цезия, при этом реагенты берут в мольном соотношении TiO₂:Ti:Cu(OH)₂:MI=1:1:2:(0,2-0,5).

Отличительными признаками заявляемого изобретения являются проведение синтеза бронзы в режиме горения экзотермической смеси TiO₂+Ti+Cu(OH)₂+MI, а также использование в качестве восстановителя иодида калия, рубидия или цезия.

Процесс восстановления иодидом калия протекает согласно уравнению реакции

ТiO₂+Ti+2Cu(OH)₂+0,12KI-->2К_0,06ТiO₂+2Сu+0,06I₂+2Н₂O.

Присутствие в смеси оксида титана (IV) уменьшает экзотермичность процесса и предотвращает разбрызгивание продуктов синтеза.

Иодид рубидия или иодид цезия, взятые вместо иодида калия, дают при восстановлении рубидиевую или цезиевую бронзу соответствующего состава.

Осуществление изобретения достигается при выполнении технологических операций в следующей последовательности. Компоненты смеси перемешивают, прессуют таблетки диаметром 1,5 см и высотой 1,5 см и сжигают в токе инертного газа, инициируя горение нагретой электрической спиралью. Полученную оксидную бронзу отделяют от металлической меди флотацией.

Предлагаемый способ испытан в лабораторных условиях и его применимость иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Берут 8,00 г оксида титана (IV), 4,80 г порошка металлического титана, 19,60 г гидроксида меди (II) и 3,30 г иодида калия, перемешивают и прессуют таблетки диаметром 1,5 см и высотой 1,5 см. Экзотермическую смесь сжигают в токе инертного газа, инициируя горение нагретой электрической вольфрамовой спиралью. Продукт высокотемпературного синтеза (по данным рентгенофазового и химического анализов) - оксидная калий-титановая бронза состава К_0,06ТiO₂.

Пример 2. В условиях примера 1, но с навеской иодида калия 8,20 г проводят синтез в режиме горения. Продукт синтеза - калий-титановая бронза состава К_0,06ТiO₂.

Пример 3. В условиях примера 1, но с навеской иодида калия 10,00 г, горение экзотермической смеси протекает неполностью.

Пример 4. Берут 5,30 г оксида титана (IV), 3,20 г порошка металлического титана, 13,00 г гидроксида меди (II) и 2,87 г иодида рубидия, перемешивают и прессуют таблетки диаметром 1,5 см и высотой 1,0 см. Экзотермическую смесь сжигают в токе инертного газа, инициируя горение нагретой электрической вольфрамовой спиралью. Продукт высокотемпературного синтеза - оксидная рубидий-титановая бронза состава Rb_xTiO₂ (0,06x0,13).

Пример 5. Берут 5,30 г оксида титана (IV), 3,20 г порошка металлического титана, 13,00 г гидроксида меди (II) и 3,40 г иодида цезия, перемешивают и прессуют таблетки диаметром 1,5 см и высотой 1,0 см. Экзотермическую смесь сжигают в токе инертного газа, инициируя горение нагретой электрической вольфрамовой спиралью. Продукт высокотемпературного синтеза - оксидная цезий-титановая бронза состава Cs_xTiO₂ (0,06х0,13).

Пример 6. В условиях примера 1, но с уменьшенной навеской гидроксида меди (II) 18,60 г, выделяющегося тепла недостаточно для протекания процесса в режиме горения.

Пример 7. В условиях примера 1, но с увеличенной навеской гидроксида меди (II) до 30,40 г, взаимодействие протекает с большим выделением тепла и разбрызгиванием продуктов синтеза.

Соотношение реагентов TiO₂: Ti:Cu(OH)₂=1:1:2 задается уравнением экзотермической реакции (стр. 2). При содержании гидроксида меди менее 2 моль наблюдается недогорание (пример 6), при увеличении навески Сu(ОН)₂ до содержания более 2 моль синтез сопровождается интенсивным разбрызгиванием продуктов (пример 7). Избыток иодида щелочного металла (в пределах 0,2-0,5 моль) не препятствует синтезу в режиме горения (примеры 1-5). Содержание иодида щелочного металла менее 0,2 моль не позволяет получать оксидные бронзы заданного состава.

Результаты рентгенографического исследования оксидных титановых бронз, полученных в примерах 1-5, приведены в таблице.