Электрохимический синтез алкоксидов ниобия Берёзкин Михаил Юрьевич

Введение к работе

Актуальность проблемы. Ниобий находит широкое применение в самых различных областях Основная его доля потребляется для получения легированных сталей, куда он вводится в виде феррониобия В то же время, все больше ниобия потребляется для изготовления объемно-пористых конденсаторов, сверхпроводящих сплавов, пьезоэлектриков При этом чрезвычайно важна чистота ниобия

Используемые методы переработки тантал-ниобиевого сырья с получением чистого ниобия характеризуются длинными технологическими цепочками, большими потоками реагентов, высокой коррозионной активностью реакционных сред

Резко сократить технологическую цепочку позволяет схема, состоящая из комбинации предварительного пирометаллургического обогащения руды и последующей переработки образующегося ниобийсодержащего ферросплава В промышленности такой процесс реализуется при переработке феррониобия Переработка осуществляется либо хлоридным методом, основанным на хлорировании дробленого феррониобия с последующей ректификацией полученных хлоридов, либо калиевониобатным, согласно которому феррониобий растворяют в горячем растворе гидроокиси калия, а затем высаживают малорастворимые ниобаты и танталаты натрия Эти методы весьма затратны и экологически небезопасны

Для переработки ферросплава мог бы быть применен подход, используемый при электрохимическом синтезе алкоксидов металлов Сущность метода заключается в анодном растворении металла в спиртовом растворе электролита с получением соответствующего алкоксида Продолжением технологической цепочки может быть восстановление синтезированных алкоксидов водородом с получением высокочистых металлических порошков, либо их гидролиз с получением порошков и тонких пленок оксидов

Электрохимический метод является единственным прямым способом синтеза алкоксидов малоактивных металлов и проводится в мягких условиях без использования агрессивных веществ Таким образом, весьма актуально решение проблемы по электрохимическому синтезу алкоксидов из ферросплавов, из которых наиболее доступным и дешевым является феррониобий

Целью работы являлось нахождение условий, пригодных для электрохимического синтеза алкоксидов ниобия в укрупненном масштабе, а также разработка эффективного метода получения алкоксидов ниобия из феррониобия Для

2 достижения указанной цели решали следующие задачи

оценка возможности электрохимического синтеза алкоксидов ниобия в различных спиртах и выбор системы для реализации процесса,

проработка процесса электрохимического синтеза алкоксидов ниобия, пригодного для реализации в укрупненном масштабе,

изучение возможности получения алкоксидов ниобия из феррониобия и отделения их от железа

Научная новизна. В результате выполненной работы получены следующие новые данные

1. Анодное растворение ниобия протекает практически независимо от природы алифатического спирта С1-С4 и фонового электролита с выходом по току, близким к теоретическому, исключение составляют бро-мидные растворы в изопропиловом спирте, где наблюдается анодное окисление бромид-ионов с выделением элементного брома, что приводит к существенному снижению выхода по току растворения ниобия

2. Интенсивность катодного восстановления алкоксидов ниобия сильно зависит от длины углеводородного радикала и снижается в ряду СНз > С2Н5 ~> 1-С3Н7 > С4Н9

3. Выход алкоксида при анодном растворении ниобия в значительной степени определяется природой электролита, из испытанных электролитов наилучшие выходы алкоксидов получены с использованием хлорида лития в этиловом и метиловом спиртах

4. Предложен уточненный механизм образования алкоксидов с участием различных электролитов

5. Впервые анодным растворением ниобия в присутствии метилата натрия синтезирован комплекс Ыа№(ОСНз)б

6. Образующаяся при анодном растворении феррониобия на фоне LiCl и NaNb(OCH₃)6 смесь метоксидов ниобия и железа не может быть до конца разделена, по всей видимости, в результате образования двойных метоксидов ниобия и железа

7. Показана возможность выделения из смеси, образующейся при анодном растворении феррониобия в присутствии NaOCH₃, комплекса NaNb(OCH₃)₆ с содержанием железа менее 0,01%, из которого можно получить чистый метоксид ниобия либо оксид ниобия

Практическая ценность: 1 Разработан удобный метод получения метоксида ниобия из техниче-

з ского ниобия, пригодный для осуществления в укрупненном масштабе

2. Разработан способ синтеза гексаметоксиниобата натрия в одну стадию, исходя из технического ниобия

3. Найдена реакция гексаметоксиниобата натрия с хлоридом аммония, ведущая к метоксиду ниобия

4. Предложена принципиальная технологическая схема получения меток-сида ниобия из феррониобия

На защиту выносятся:

1. Результаты исследований процесса анодного растворения ниобия в различных спиртах в присутствии различных электролитов

2. Методы синтеза метоксида ниобия с использованием в качестве растворимого анода металлического ниобия

3. Результаты исследования процессов анодного растворения железа и феррониобия

4. Метод синтеза гексаметоксиниобата натрия при использовании в качестве растворимого анода феррониобия

5. Метод получения метоксида ниобия из гексаметоксиниобата натрия реакцией с хлоридом аммония

Апробация работы. Основные результаты доложены и обсуждены на семинаре технологического отдела ФГУП «ГосНИИОХТ», на Международной конференции «Комплексная переработка нетрадиционного титано-редкометалль-ного сырья Современное состояние и перспективы» в г Апатиты и на XVI Всероссийском совещании по электрохимии органических соединений «ЭХОС-2006» в г Новочеркасске

Публикации. Основное содержание работы изложено в 4-х научных статьях, опубликованных в научных журналах, рекомендованных ВАК «Журнал прикладной химии», «Электрохимия», в материалах одной всероссийской и одной международной научно-практических конференций

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, треч глав, заключения и выводов и списка литературы, изложена на 123 страницах машинописного текста и содержит 24 таблицы, 4 схемы и 29 рисунков Библиография включает 82 наименования