Способ получения порошка гексаферита бария

 

Сущность изобретения: при синтезе порошков методом соосаждения раствор железа готовится из соли FeCl₃6H₂ растворением в 0,5-0,7 М HCl. Концентрация железа в приготовленном растворе контролируется титриметрическим методом. Процесс осаждения гидроксидов-карбонатов ферритообразующих элементов осуществляется при pH 7-7,8. 2 табл.

Изобретение относится к получению магнитных материалов, в частности порошка гексаферрита бария, модифицированного титаном и кобальтом, использующегося в качестве магнитного носителя при вертикальном способе записи информации.

Известен способ получения тонкодисперсного порошка гексаферрита общей формулой M(MeTi)_xFe_12-2xO_19, где M-Ba или Sr, Me-Zn, Ni и (или) Со, х=0-2,0. Способ заключается в том, что соли металлов, входящих в состав феррита, в виде хлоридов или карбонатов измельчаются в шаровой мельнице, смешиваются с карбонатом натрия или калия, и полученная смесь подвергается термообработке при 700-1100^оС. После охлаждения смесь, состоящая из феррита и хлорида щелочного металла, отмывается от последнего водой.

Метод не обеспечивает воспроизводимость состава ферритовых порошков вследствие недостаточной однородности смесей веществ после механических операций измельчения и смешивания.

Наиболее близким к заявляемому является способ, заключающийся в смешивании водных растворов хлоридов бария, железа (III), кобальта и титана с раствором карбоната натрия, сушке образующейся суспензии, обжиге порошка при 780-795^оС и выщелачивании полученного продукта водой. По этому способу осаждение гидроксидов-карбонатов ферритообразующих элементов осуществляется при рН 5-6. Способ выбран за прототип и объект для сравнения.

Недостатки способа-прототипа: приготовление исходного раствора железа путем растворения навески соли FeCl₃ 6H₂O в воде. Гигроскопичность соли не позволяет взять точную навеску, а отсутствие контроля за концентрацией железа в растворе приводит к тому, что последнее вводится в количестве, не соответствующем заданному составу феррита, в результате чего невозможно получить порошки с воспроизводимыми магнитными свойствами; проведение осаждения гидроксидов-карбонатов при рН 5-6 не позволяет достичь полноты осаждения всех элементов, как следствие также нарушение стехиометрического состава ферритовых порошков и плохая воспроизводимость магнитных свойств.

Цель изобретения - получение порошков с заданными воспроизводимыми магнитными свойствами.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения тонкодисперсного порошка гексаферрита бария общей формулой M(CoTi)_xFe_y-2xO₁₉, где М - барий или стронций, х=0-1,5, y=11,6-12,0, включающем совместное осаждение гидроксидов-карбонатов ферритообразующих элементов путем смешивания растворов карбоната натрия и хлоридов бария, железа (III), кобальта и титана, сушку образующейся суспензии, обжиг сухого остатка и выщелачивание полученного продукта водой, FeCl₃ 6H₂O используется в виде раствора в 0,5-0,7 M HCl, титриметрическим методом устанавливается точная концентрация железа в растворе, а процесс осаждения осуществляется при рН 7-7,8.

Существенные отличия изобретения: приготовление раствора FeCl₃ 6H₂O в 0,5-0,7 M HCl и установление точной концентрации Fe в растворе; осуществление осаждения при рН 7-7,8.

Сущность способа заключается в том, что из растворов хлоридов ферритообразующих элементов, содержащихся в количествах, соответствующих стехиометрическому соотношению элементов в формуле феррита раствором Na₂CO₃, осаждаются гидроксиды карбонаты. Приготовление раствора FeCl₃ 6H₂O в 0,5-0,7 М HCl позволяет стабилизировать раствор, исключить гидролиз, а установление точной концентрации железа в растворе позволяет корректировать раствор соответственно заданному составу. Полное осаждение компонентов возможно только при рН 7-7,8. Барий осаждается в виде BaCO₃ при рН 7. Эти данные подтверждались проверкой полноты осаждения, а также результатами анализа маточного раствора на содержание в нем бария, железа, кобальта и титана.

Раствор FeCl₃ 6H₂O должен быть 0,5-0,7 М по HCl. Концентрация НCl, меньшая чем 0,5 М, недостаточна для смещения равновесия реакции FeCl₃+3H₂O FeCl₃+ 3H₂O Fe(OH)₃+ 3HCl Fe(OH)₃+3HCl влево, в результате чего часть железа находится в осадке в виде Fe(OH)₃. Это вызывает неоднородность образующейся при осаждении Na₂CO₃ суспензии, которая подвергается далее распылительной сушке. Вследствие этого практически невозможно получить воспроизводимые по свойствам порошки ферритов. При кислотности раствора, большей чем 0,7 М, по HCl значительно увеличивается расход Na₂CO₃, что, в свою очередь, увеличивает содержание NaCl в конечном продукте, отмывка от которого требует дополнительного времени и объемов воды. Кроме того, увеличение количества Cl-ионов ухудшает воспроизводимость свойств ферритов.

Для получения порошков с воспроизводимыми магнитными свойствами раствор FeCl₃ 6H₂O в 0,5-0,6 М HCl контролируется методом титриметрического анализа на содержание в нем железа и при необходимости корректируется соответственно стехиометрическому составу.

Осаждение гидроксидов-карбонатов проводится при рН 7-7,8. При рН, меньшем чем 7,0, не достигается полнота осаждения гидроксидов-карбонатов бария и кобальта, в результате чего полученный феррит не соответствует составу, а следовательно, и заданным магнитным свойствам. Осуществление осаждения при рН, большем чем 7,8, приводит к тому, что накапливающийся в результате гидролиза карбоната бикарбонат уменьшает полезное использование карбоната натрия. В результате этого необходимо вводить большее количество карбоната натрия, что ведет к увеличению NaCl в конечном продукте. Кроме того, при рН, большем чем 7,8, начинается частичное растворение выпавшего гидроксида железа, что приводит к неоднородности раствора, из которого осуществляется осаждение и отрицательно сказывается на воспроизводимости свойств ферритовых порошков.

Выбор значений, указанных в формуле, подтверждается примерами, представленными в табл. 1 и 2. В табл. 2 примеры 1-5 - предлагаемые, а примеры 6-10 - известные.

П р и м е р 1. Берутся расчетные навески исходных солей исходя из формулы феррита Ba(CoTi)_0,65 Fe_10,3O₁₉, г: BaCl₂ 2H₂O 113,47; CoCl₂ 2H₂O 71,81; TiCl₃ 15%-ный раствор 310,50 г, и растворяются в 4000 мл воды. Готовится раствор FeCl₃ 6H₂O приблизительной концентрации 100-300 г/л. На каждый литр раствора добавляется 50 мл HCl (уд. в. 1,19). В этом случае кислотность раствора хлорида железа равна 0,6 М по HCl. Комплексонометрическим методом с использование индикатора сульфосалициловой кислоты устанавливается точная концентрация железа в растворе. Исходя из формулы феррита рассчитывается объем раствора хлорида железа, который необходимо взять для приготовления феррита. Если содержание хлорида железа найдено равным 100 г/л, то в данном случае необходимо взять 2762 мл раствора. Водные растворы хлоридов бария кобальта и титана и раствор хлорида железа в 0,6 М HCl сливаются вместе. Готовится 11 л 10%-ного раствора Na₂CO₃, в который при энергичном перемешивании вливается раствор солей. Образовавшаяся суспензия выдерживается в течение 10-24 ч. Проверяется полнота осаждения, для чего в пробирку отбирается 5-10 мл маточного раствора, к которому по каплям добавляется 10% -ный раствор Na₂CO₃. Отсутствие помутнения раствора свидетельствует о полном осаждении всех компонентов. В этом случае рН раствора 7-7,8. Полученную суспензию высушивают, твердый осадок подвергают ферритизации.

Из приведенных примеров видно, что выход за пределы формулы приводит к получению ферритовых порошков, отклоняющихся от заданного состава с невоспроизводимыми магнитными свойствами.

Использование изобретения позволяет получать порошки гексаферрита бария с заданными воспроизводимыми магнитными свойствами, что повышает производительность технологического оборудования, дает экономию химических реактивов и трудозатрат вследствие отсутствия необходимости повторных синтезов для получения порошков с заданными свойствами.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКА ГЕКСАФЕРИТА БАРИЯ общей формулы M(CoTi)_x Fe_y-2xO₁₉, где M - барий, x = 0 - 1,5; y = 11,6 - 12,0, включающий совместное осаждение гидрооксидов-карбонатов ферритообразующих элементов путем смешивания растворов карбоната натрия и хлоридов бария, железа (III), кобальта и титана, сушку образующейся суспензии, обжиг сухого остатка и выщелачивание полученного продукта водой, отличающийся тем, что хлорид железа используют в виде раствора в 0,5 - 0,7 М соляной кислоты с установлением титриметрическим методом точной концентрации железа в растворе, а осаждение осуществляют при pH 7-7,8.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2