Способ получения оксида железа для производства ферритов

 

Изобретение относится к получению оксидов металлов и, в частности, оксида железа (III), используемого в качестве основного исходного компонента при изготовлении ферритов. Задача, решаемая в изобретении, обеспечивает улучшение физико-химических свойств оксида железа и, как следствие, повышение электромагнитных параметров ферритов, изготовленных на основе активированного оксида железа. Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения оксида железа в качестве активатора берут смесь хлорида и сульфата аммония в количестве от 0,05 до 0,6 мас.% от массы оксида железа, при этом отношение масс хлорида аммония и сульфата аммония составляет от 1:5 до 5:1, а термообработку проводят в интервале температур 300-450^oС в течение 20-60 мин. Ферриты марки 2500 НМС2 на основе активированных оксида железа обладают более низким уровнем потерь (см. ф-лу в описании). 2 табл.

Изобретение относится к области получения оксидов металлов и, в частности, оксида железа (III), используемого для производства ферритов.

Оксид железа (III) является основным компонентом ферритов и от его свойств в решающей степени зависят электромагнитные параметры (ЭМП) ферритов. Способы получения оксидов железа широко известны.

В частности в /1/ металлургический оксид железа, полученный по способу Рутнера, загружают в мельницу и заливают водным раствором аммиака и проводят мокрое перемешивание в течение 0,5 ч примеры 8-12. Затем суспензию без фильтрации сушат при 120^oC и полученный оксид железа прокаливают при 500-800^oС в течение 1 ч. Однако указанный способ обладает низкой производительностью на операции сушки, невозможностью очистки от водорастворимых примесей щелочных и щелочноземельных металлов и кроме того обжиг оксида железа сопровождается обильным выделением газообразного NH₄Cl.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ получения оксида железа для производства ферритов, в котором оксид железа (III), полученный при термическом разложении хлорида железа, обрабатывают на стадии охлаждения газообразным аммиаком при 450-150^oC /2/. Однако данный способ не обеспечивает повышения физико-химических свойств оксида железа, отвечающих требованиям высоко активного исходного компонента. Ферриты, изготовленные на основе оксида железа, полученного по способу-прототипу обладает высоким уровнем потерь .

Задача, поставленная в изобретении, заключается в улучшении физико-химических свойств оксида железа за счет активирования поверхности его частиц.

Технический результат, полученный при решении поставленной задачи, выражается в увеличении коэффициента усадки (К_yc при спекании отпрессованной из оксида железа таблетки, в повышении плотности спеченной таблетки и, как следствие, в улучшении ЭМП феррита, изготовленного на основе активированного оксида железа.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения оксида железа, включающем смешение его с активатором и термообработку, согласно изобретению, в качестве активатора берут смесь хлорида и сульфата аммония в количестве от 0,05 до 0,6 мас. от массы оксида железа, при этом отношение масс хлорида аммония и сульфата аммония составляет от 1:5 до 5:1, а термообработку проводят в интервале температур 300-450^oC в течение 20-60 мин.

Авторами обнаружено, что активирующее действие наблюдается как при обработке Fe₂O₃ хлоридом аммония, так и сульфатом аммония, однако, при их совместном действии активирующий эффект оказывается большим, чем для каждого в отдельности. Можно предположить, что механизм взаимного усиления активирующего воздействия заключается в следующем: при воздействии хлоридом или сульфатом аммония на поверхность Fe₂О₃ одной из первых стадий является образование поверхностного слоя оксихлоридов или оксисульфатов, имеющего более или менее выраженную кристаллическую структуру. В присутствии второго компонента (NH₄Cl по отношению к (NH₄)₂SO₄ и наоборот) регулярность строения этого кристаллического слоя нарушается и он разбивается на микроучастки из оксихлоридов и оксисульфатов соответственно.

Можно уподобить это явление образованию своего рода поверхностной эвтектики. Как известно, при образовании эвтектики из расплава, т.е. совместной кристаллизации двух или более фаз, наблюдается резкое уменьшение размера зерна, причем температура плавления эвтектической смеси минимальна. Для поверхности это будет означать увеличение скорости поверхностной диффузии, обусловленное поверхностным "плавлением". Это облегчает протекание на поверхности частиц Fe₂O₃ нижеприведенных реакций.

Очевидно, что поверхностный слой Fe₂O₃, образующийся при разложении слабоупорядоченного слоя смеси оксихлоридов и оксисульфатов, также будет более дефективным, чем при разложении только оксихлоридов или только оксисульфатов.

Указанные превращения происходят на поверхности частиц Fe₂O₃ увеличивая ее дефективность, причем в интервале предлагаемых температур термообработки, 300-450^oC скорости диффузии, в том числе и поверхности, достаточно малы, и термического залечивания дефектов не наблюдается.

Поскольку, как упоминалось ранее, совместное использование NH₄Cl и (NH₄)₂SO₄ увеличивает положительный эффект обработки, степень активации Fe₂O₃, достигаемая при обработке по предлагаемому нами способу выше, что проявляется в возрастании плотности образцов, спеченных из активированного оксида железа, и в улучшении электромагнитных параметров феррита 2500 НМС2. Далее приводим примеры реализации предлагаемого способа.

Предварительными опытами установлено, что способ введения NH₄Cl и (NH₄)₂SO₄ в оксид железа не влияет на эффект активации. Хлорид и сульфат аммония могут быть введены, например, при кратковременном помоле оксида железа в барабанной или вибромельнице. Нечувствительность к способу введения связана с тем, что активирующий эффект достигается в ходе реакций с газообразной фазой, легко распространяется по объему порошка, и потому высокой однородности смеси не требуется. В приведенных ниже примерах смеси NH₄Cl и (NH₄)₂SO₄ растворялись в небольшом количестве дистиллированной воды, достаточном для полного смачивания обрабатываемого оксида железа и смешивались с порошком Fe₂O₃. Измерялись следующие характеристики оксида железа.

1. Коэффициент усадки, определяемый как отношение диаметров таблетки, отпрессованный из порошка оксида железа при давлении 500 кгс/см², до и после обжига при 1000^oС в течение 4 ч. Исходный диаметр таблетки составлял 15 мм.

2. Кажущаяся плотность спеченной таблетки, определяемая как отношение массы к объему, вычисленному из геометрических размеров таблетки.

Эффект активации оценивался также по влиянию на электромагнитные параметры феррита 2500 НМС2, изготовленного на основе активированного оксида железа. Ферриты изготавливались по стандартной технологии, включающей смешение компонентов в вибромельнице, ферритизирующий обжиг при 1050^oС в течение 4 ч, вибропомол ферритизованной шихты, приготовление пресс-порошка, прессовка аттестационных сердечников, их обжиг и измерении электромагнитных параметров. В приведенных ниже примерах образец 1 необработанный оксид железа, образец 2 обработанный по способу прототипу.

Пример 1.

Использована одна исходная партия оксида железа М-ТВ по ТУ 14-15-228-90.

Температура и длительность термообработки сохранялись неизменными - 350^oC и 40 мин, количество смеси NH₄Cl и (NH₄)₂SO₄ варьировались от 0,05 до 0,7 мас. отношение масс NH₄Cl и (NH₄)₂SO₄ от 1:9 до 9:1. Результаты обработки приведены в табл. 1.

Как видно из приведенных в табл. 1 данных, активирующий эффект достигается при обработке Fe₂O₃ смесью NH₄Cl и (NH₄)₂SO₄ во всем интервале концентраций, ограниченном сверху их суммарным содержанием 0,6 мас. а при увеличении содержания смеси сверх 0,6% наблюдается снижение активности оксида железа. Эффект обработки по прототипу близок к эффекту, наблюдаемому при обработке смесью, состоящей преимущественно из NH₄Cl (обр. 7), и существенно ниже, чем при обработке смесями других составов, в которых количество смеси составляет не более 0,6% а отношение масс не выходит за пределы 1:5 и 5:1. Хотя некоторый активирующий эффект наблюдается и при других отношениях масс NH₄Cl и (NH₄)₂SO₄ т.е. 1:9 и 9:1, он незначителен, т.к. взаимного усиления эффекта активации по механизму, описанному выше, практически не наблюдается из-за малого количества второго компонента. При снижении суммарного количества NH₄Cl и (NH₄)₂SO₄ ниже 0,05 мас. активирующего эффекта не наблюдается. Снижение эффекта обработки при превышении содержания NH₄Cl и (NH₄)₂SO₄ свыше 0,6 мас. объясняется, очевидно, увеличением количества неудаленного в ходе термообработки анионного остатка, что, как известно, отрицательно влияет на свойства ферритов.

Пример 2. В примере 2 использована та же исходная партия оксида железа содержание NH₄Cl и (NH₄)₂SO₄ сохранялось постоянным и равным 0,3 и 0,3 масс. соответственно. Температура термообработки изменялась от 250 до 500^oC, а длительность от 10 до 80 мин. Результаты обработки приведены в табл. 2.

Как видно из приведенных в таблице данных, при понижении температуры термообработки до 250^oС эффект активации незначителен, а при повышении температуры термообработки до 500^oC эффект активации меньше, чем при 300-450^oC. При понижении температуры NH₄Cl и (NH₄)₂SO₄ диссециируют в незначительной степени и реакции, приведенные выше, не происходят. При повышении температуры термообработки до 500^oC происходит, по-видимому, "залечивание" дефектов, приводящее к термической дезактивации поверхности. Увеличение длительности термообработки до 80 мин ухудшило свойства оксида железа и ЭМП феррита по сравнению со временем 60 мин, что также можно объяснить термической дезактивацией первоначально образовавшихся поверхностных дефектов. Уменьшение длительности термообработки от 20 до 10 мин резко снижает эффект активации, что, с одной стороны, объясняется тем, что реакции, активирующие поверхность, протекают в недостаточной степени, а с другой стороны, тем, что за такой короткий промежуток времени NH₄Cl и (NH₄)₂SO₄ не разлагаются полностью, что увеличивает содержание анионного остатка в оксиде железа.

Предлагаемый способ получения оксида железа может быть реализован на предприятиях-изготовителях оксида железа (III), а также и на предприятиях ферритовой отрасли без изменений существующего технологического процесса на стандартном оборудовании.

Формула изобретения

Способ получения оксида железа для производства ферритов, включающий смешение оксида железа с активатором и термообработку смеси, отличающийся тем, что в качестве активатора берут смесь хлорида и сульфата аммония в количестве 0,05 0,6% от массы оксида железа, при этом соотношении масс хлорида аммония и сульфата аммония составляет от 1 5 до 5 1, а термообработку проводят при 300 450^oС в течение 20 60 мин.

РИСУНКИ

Рисунок 1