способ очистки порошкообразного оксида железа

Формула изобретения

Способ очистки порошкообразного оксида железа, включающий его термообработку, отличающийся тем, что перед термообработкой оксид железа перемешивают с 0,05 0,2 мас. фторида железа (III) и 1 3% карбамида от массы оксида железа в течение 30 60 мин, а термообработку смеси ведут путем прокаливания при 400 600^oС в течение 30 60 мин.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению оксида железа, который является одним из исходных компонентов в производстве магнитомягких ферритов и от свойств которого в решающей степени зависят их электромагнитные параметры (ЭМП). Поведение оксида железа в процессе ферритообразования и спекания характеризуется показателями активности порошка, такими как: удельная площадь поверхности, насыпной вес, коэффициент усадки и определяется содержанием в оксиде железа и дефектностью его структуры.

Известны способы [1] обработки оксида железа, полученного при термическом разложении хлорида железа, водным раствором аммиака или газообразным аммиаком (на стадии охлаждения продукта после его выгрузки из реактора). Оба известных способа, обеспечивая получение ферритов с высокими ЭМП, являются энергоемкими и экономически невыгодными.

В качестве прототипа выбран способ очистки пиритного огарка от примесей [2] который заключается в обработке огарка в псевдоожиженном слое при температуре до 950^оС смесью кислородсодержащего газа и хлора. Однако ферриты, изготовленные с применением такого способа, обладают более низкими ЭМП, чем изготовленные на основе оксида железа, обработанного предлагаемым способом.

Цель изобретения повышение ЭМП магнитомягких ферритов, получаемых на основе защищаемого оксида железа без усложнения и удорожания процесса очистки, улучшение физико-химических показателей оксида железа, в частности повышение его активности, что проявляется в увеличении плотности спеченных при 1000^оС таблеток из оксида железа и положительно влияет на повышение ЭМП ферритов.

При реализации указанного способа уровень потерь для феррита марки 2500НМС2 снижается при 20^оС от 8,1 до 6,4 Вт/м³Гц, при 100^оС от 6,0 до 4,0 Вт/м³ Гц. Максимальная магнитная индукция повышается от 0,33 до 0,34 Т.

Указанная цель достигается тем, что в способе очистки порошкообразного оксида железа, включающим его термообработку, перед термообработкой оксид железа перемешивают с 0,05-0,2 мас. фторида железа III и 1-3 мас. карбамида от массы оксида железа в течение 30-60 мин, а термообработку смеси ведут путем прокаливания при 400-600^оС в течение 30-60 мин.

Модифицированный эффект складывается из двух составляющих: снижения содержания примесей в поверхностном слое частиц Fe₂О₃ и увеличения дефектности его поверхности. Критерием эффективности модифицирования является повышение уровня ЭМП феррита, изготовленного на основе модифицированного оксида железа.

Эффект снижения содержания примеси кремния достигается в результате протекания реакции:

FeF₃+SiO₂ Fe₂O₃+SiF Летучий тетрафторид кремния в процессе прокаливания удаляется.

Снижение содержания хлора достигается в результате реакций:

(NH₂)₂CO+H₂O 2NH₃+CO₂

NH₃+FeCl₃+H₂O __ NH₄Cl+Fe(OH)₃ Образовавшийся хлорид аммония удаляется при прокаливании при температуре не менее 400^оС.

Повышение дефектности поверхности достигается в результате последовательного протекания двух реакций:

2NH₃+9Fe₂O₃ N₂+6Fe₃O₄+3H₂O

2Fe₃O₄+1/2 O₂ 3Fe₂O₃

Вторая реакция протекает после улетучивания аммиака из реакционной смеси. Поскольку процессы восстановления и окисления, протекающие в поверхностном слое, связаны с перестройкой структуры кристаллической решетки, они приводят к повышенной дефектности поверхности, которая в выбранном температурном интервале (400-600^оС) устраняется очень медленно ввиду малых скоростей диффузии.

Сравнительно длительное перемешивание (30-60 мин) обусловлено необходимостью достижения гомогенности смеси, что также положительно влияет на активность оксида железа. При перемешивании технологически целесообразно вводить олеиновую кислоту в количестве 0,5 мас. Она не оказывает влияния на ЭМП феррита, но предотвращает налипание оксида железа на шары, иногда наблюдаемое в присутствии карбамида в случае помола в вибромельнице.

Предлагаемый способ очистки порошкообразного оксида железа включает операции: приготовление смеси оксида железа с фторидом железа (III) и карбамидом; перемешивание смеси в течение 30-60 мин в вибромельнице; прокаливание полученной гомогенной смеси при 400-600^оС в течение 30-60 мин в электропечи.

П р и м е р 1. Берут шесть партий оксида железа марки МР-2 массой 1 кг. Первая партия не содержит никаких добавок. В остальные пять добавляют одинаковое количество карбамида 20 г (2% от массы оксида железа), во вторую партию 0,3 г (0,03%) фторида железа, в третью 0,5 г (0,05%), в четвертую 1,0 г (0,1%), в пятую 2,0 г (30,2%), в шестую 3,0 г (0,3%). Каждую партию перемешивают в вибромельнице с набором шаров диаметром 5-12 мм в течение 60 мин, добавив 0,5 г олеиновой кислоты. После перемешивания смесь помещают в электропечь и прокаливают при температуре 500^оС в течение 40 мин. От каждой партии оксида железа были напрессованы контрольные образцы в виде таблеток D 15 x 10 мм при давлении 500 кг/см² и обожжены в электропечи при температуре 1000^оС в течение 4 ч. Результаты измерения физико-химических свойств приведены в табл.1.

На основе полученной окиси железа были затем изготовлены аттестационные сердечники марки 2500НМС2 по стандартной керамической технологии, включающей операции помола сырьевых компонентов (Летюк Л.М. Журавлев Г.И. Химия и технология ферритов. Л. Химия, ЛО, 1984), предварительной ферритизации при 950^оС, помола ферритизованной шихты, приготовления пресспорошка, прессования и обжига сердечников. ЭМП ферритовых сердечников приведены в табл.1.

П р и м е р 2. Партии оксида железа марки МР-2 подвергались обработке, как в примере 1, но количестве фторида железа (III) для всех партий составляло 0,2% количество карбамида изменилось от 0,5 до 4% а время перемешивания от 20 до 90 мин. Время и температура прокаливания, как в примере 1. Полученные результаты приведены в табл.2.

П р и м е р 3. Партии оксида железа марки МР-2 подвергались обработке, как в примере 1, но количество фторида железа (III) для всех образцов составляло 0,2% карбамида 3% время перемешивания 60 мин, время прокаливания изменялось в интервале 15-90 мин, температура прокаливания 300-700^оС. Два образца (7 и 8) были обработаны по способу-прототипу. Полученные результаты приведены в табл.3.

Из приведенных в табл. 1-3 данных видно, что при граничных и средних значениях заявленного количества фторида железа (III) достигаются эффективная очистка от кремния и повышение уровня ЭМП феррита. При выходе за эти пределы ЭМП феррита ухудшаются. Снижение количества карбамида ниже заявленного предела (1%) ухудшает очистку от хлор-иона, увеличение сверх 3% не повышает степень очистки и лишь увеличивает расход реагента. Уменьшение времени перемешивания компонентов ниже заявленного предела 30 мин снижает однородность смеси и, как следствие, ЭМП феррита. Увеличение времени перемешивания сверх 60 минут не повышает ЭМП феррита, но увеличивает энергозатраты. Снижение температуры и длительности прокаливания сверхзаявленных пределов, т.е. 400^оС и 30 мин, проводит к снижению степени очистки и ухудшению ЭМП феррита. Повышение температуры и длительности прокаливания сверх 600^оС и 60 мин приводит к снижению активности оксида железа, что проявляется в снижении плотности спеченных из него таблеток и в ухудшении ЭМП феррита.

Сравнение результатов обработки оксида железа по способу-прототипу и предлагаемому способу показывает, что уровень параметров ЭМП феррита, достигаемый в результате обработи по предлагаемому способу, является более высоким.

Результаты испытаний, приведенные в табл. 1-3, подтверждают возможность промышленной реализации.