СПОСОБ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКА ИРИДИЯ С УДЕЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ БОЛЕЕ 5 м/г

Изобретение относится к электрохимическому получению порошкового иридия с высокой удельной поверхностью, который может быть использован в устройствах катализа горения многокомпонентных топлив при температурах до 2100°C без изменения химического состава и потери формы.

Иридий обладает совокупностью свойств, характерных для благородных металлов. Металл обладает высокой температурой плавления и потому является перспективным для применения в катализе при высоких температурах. Эффективность работы катализатора зависит от его удельной поверхности. Порошки обладают более развитой поверхностью, чем другие формы материалов (проволока, лист и пр.). Формой брикетов порошковых материалов легко управлять, что является большим преимуществом. Использование однофазных порошков благородных металлов требует создания метода, способного обеспечить не только высокую удельную поверхность порошков, но и воспроизводимые показатели при их получении.

Известен способ получения порошка металлического иридия из тетракис (трифторфосфин) гидрида иридия, включающий аммонолиз летучего комплексного соединения тетракис (трифторфосфин) гидрида иридия HIr(PF3)4 с конверсией в нелетучий аммиакат иридия водным раствором аммиака, растворение аммиаката иридия в концентрированной азотной кислоте, упаривание раствора, разложение остатка до металлического иридия губчатой структуры, его растирание, довосстановление в потоке водорода и очистку до иридия высокой чистоты (RU РФ 2419517, публ. 27.01.2011) [1]. Данный способ характеризуется использованием экологически опасных материалов, а также многостадийностью процесса. При этом процесс восстановления протекает в вакууме при высоких температурах и сопровождается перекристаллизацией с образованием губчатых поликристаллов значительного размера. Более того способ не способен обеспечить получение порошков с высокой удельной поверхностью.

Наиболее близким к заявляемому способу является электролитический способ получения порошков платиновых металлов и их сплавов (RU 2249062, публ. 27.03.2005) [2]. Способ включает электролиз хлоридных расплавов, содержащих ионы платиновых металлов, в герметичном электролизере, в инертной атмосфере, в расплаве эвтектики NaCl-KCl-CsCl при отношениях концентрации (мас. %) ионов платиновых металлов к заданной плотности тока 3,0-20,0 А/см² до достижения максимума напряжения. Электролиз ведут в потенциостатическом режиме. Данный способ требует задавать изначальную концентрацию платинового металла в расплав, что повлияет на объем незавершенного производства в сторону увеличения.

Необходимость задавать концентрацию в объем расплава приводит к появлению дополнительной технологической стадии. Для осуществления потенциостатического электролиза требуется использовать более сложное электротехническое оборудование, чем для гальваностатического. Указанным способом не могут быть получены тонкодисперсные порошки иридия с удельной поверхностью более 5 м²/г. В источнике указывается, что данным способом могут быть получены лишь порошки платины с содержанием иридия 8 мас. % и удельной поверхностью 4 м²/г.

Предлагаемый способ электрохимического получения порошка иридия с удельной поверхностью более 5 м²/г, включает электролиз хлоридного расплава KCl-NaCl. Новым является то, что электролиз ведут в электрохимической ячейке, образованной катодом в виде контейнера с хлоридным расплавом KCl-NaCl и анодом в виде образца из иридия, размещенного коаксиально контейнеру, при соотношении плотностей катодного и анодного тока от 0,05 до 10.

Способ основан на электрохимическом получении раствора соединений иридия в расплаве с восстановительной средой. Восстановительная способность обеспечивается истинным раствором щелочного металла в расплаве хлоридов щелочных металлов. Изменяя соотношение плотности катодного и анодного тока в процессе электролиза, получают порошки иридия с удельной поверхностью более 5 м²/г. При этом способ не требует задавать изначальную концентрацию иридия в расплав, исключая этим дополнительную технологическую стадию, при том что проведение электролиза не требует сложного электротехнического оборудования.

Соотношение плотностей катодного и анодного тока от 0,05 до 10 обусловлено следующим. Данный диапазон соотношений плотностей тока эффективно обеспечивает образование в расплаве восстановительной среды (раствора щелочного металла) и одновременное растворение металлического иридия. При помощи изменения соотношения регулируется ширина и концентрационные характеристики зоны восстановления, что приводит к изменению структуры порошка. Таким образом, воздействие на структуру порошка приводит к изменению удельной поверхности.

Новый технический результат, достигаемый заявленным способом, заключается в упрощении технологии получения порошков иридия с высокой удельной поверхностью.

Порошок иридия получали следующим образом. Стакан из нержавеющей стали, снабженный токоподводами, использовали в качестве контейнера для расплава KCl-NaCl, являющегося катодом. В качестве анода использовали компактный образец из иридия, закрепленный на токоподводе из нихрома. Контейнер с расплавом, представляющий собой катод и анод из иридия, составляет электрохимическую ячейку. Анод из иридия размещали в расплавленной соли коаксиально контейнеру с расплавом. Через организованную таким образом электрохимическую ячейку пропускали электрический ток. В процессе получения порошка иридия происходит растворение иридия, образование раствора щелочного металла и восстановление соединений иридия в объеме расплава. При выделении необходимого количества порошка процесс останавливают. Затем из контейнера растворением удаляют солевую фазу, после чего извлекают порошок и сушат в сушильном шкафу в атмосфере воздуха. Удельную поверхность контролируют методом БЭТ.

Пример 1. Электролиз проводили в расплаве KCl-NaCl при соотношении плотностей катодного и анодного тока 0,05. Затем солевую фазу отделяли дистиллированной водой. Полученный порошок иридия имел удельную поверхность 14 м²/г.

Пример 2. Электролиз проводили в расплаве KCl-NaCl при соотношении плотностей катодного и анодного тока 0,1. Затем солевую фазу отделяли дистиллированной водой. Полученный порошок иридия имел удельную поверхность 16,8 м²/г.

Пример 3. Электролиз проводили в расплаве KCl-NaCl при соотношении плотностей катодного и анодного тока 10. Затем солевую фазу отделяли дистиллированной водой. Полученный порошок иридия имел удельную поверхность 5,5 м²/г.

Таким образом, заявленный электрохимический способ позволяет получить порошок иридия с удельной поверхностью более 5 м²/г. Процесс характеризуется простотой и технологичностью стадий, предусматривает возможность вторичного использования солевой фазы. Процесс синтеза порошка происходит в одну стадию. Преимущества способа позволяют эффективно использовать его для промышленного применения.