способ получения железо-хром-никелевых шпинелей
Классы МПК: | B01J23/86 хром B01J37/04 смешивание |
Автор(ы): | Таланов В.М. (RU), Шабельская Н.П. (RU) |
Патентообладатель(и): | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)", ГОУ ВПО ЮРГТУ(НПИ) (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2004-01-29 публикация патента:
10.08.2005 |
Изобретение относится к способу получения железо-хром-никелевых шпинелей путем гомогенизации исходных оксидов никеля (II), железа (III), хрома (III) в присутствии 0,5-1,5% мас. галогенида калия в качестве минерализатора, брикетирования и термообработки смеси оксидов при 800-1000°С. Способ позволяет получать шпинели при пониженных температурах с меньшей продолжительностью. 2 табл.
Формула изобретения
Способ получения железо-хром-никелевых шпинелей путем гомогенизации исходных оксидов никеля (II), железа (III), хрома (III), брикетирования и термообработки смеси оксидов, отличающийся тем, что гомогенизацию проводят в присутствии 0,5-1,5 мас.% галогенида калия в качестве минерализатора и термообработку ведут при 800-1000°С.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к способу получения шпинелей и может найти применение в химической промышленности для производства катализаторов на основе ферритов-хромитов никеля.
Известен способ получения железо-хром-никелевых шпинелей [Технология катализаторов / Под ред. И.П.Мухленова, Л.: Химия, 1989. - 272 с.], по которому в качестве исходных материалов применяются нитраты никеля (II), железа (III), хрома (III). Каждую соль берут в необходимом количестве, растворяют в определенном количестве воды и постепенно нагревают до кипения. После испарения воды полученный материал прокаливают при 935°С до прекращения выделения газов (2-3 часа). Охлажденную смесь размалывают, брикетируют и обжигают при температуре 1000-1100°С,
Недостатком этого способа получения железо-хром-никелевых шпинелей являются загрязнение окружающей среды продуктами разложения солей, большие затраты энергии для нагрева и выпаривания воды.
Наиболее близким к заявляемому является способ получения шпинелей из смеси оксидов [Таланова Е.А., Кирсанова А.И., Иванов В.В. Исследование условий твердофазного синтеза твердых растворов Cu1-xNixCr2O4 //Изв. СКНЦ ВШ. Естеств. Науки, 1992, N 3-4, с.44-47], по которому исходные оксиды никеля (II), железа (III), хрома (III) отвешивают с погрешностью 0,0005 г, гомогенизируют в течение часа со спиртом на воздухе. Затем смесь оксидов брикетируют под давлением Р-15 МПа в таблетки диаметром 20 мм и обжигают при температуре 1200-1300°С в течение 90 часов.
Недостатком этого способа является высокая температура термообработки и длительность синтеза, что влечет за собой большие расходы электроэнергии.
Перед авторами стояла задача разработки способа получения шпинелей на основе переходных элементов при пониженных температурах с меньшей продолжительностью, что позволяет существенно снизить энергоемкость и, тем самым, удешевить их производство.
Поставленная задача решается путем получения железо-хром-никелевой шпинели посредством гомогенизации исходных оксидов никеля (II), железа (III), хрома (III) с введением в смесь оксидов дополнительно минерализатора, в качестве которого используется галогенид щелочного металла, и термообработки полученной смеси оксидов при температуре 800-1000°С.
Эффект от введения минерализатора заключается в снижении температуры на 300°С, продолжительности синтеза в 13 раз и обеспечивается за счет образования микрорасплава галогенида, переводящего процесс формирования структуры из диффузионной области в кинетическую.
Способ заключается в получении железо-хром-никелевой шпинели путем дозирования исходных оксидов никеля (II), железа (III), хрома (III) и минерализатора галогенида щелочного металла в количестве 0,5-1,5% (мас.) от веса оксидов. Далее исходные оксиды и минерализатор гомогенизируют в агатовой ступке в течение одного часа и брикетируют в таблетки диаметром 20 мм под давлением Р-15 МПа. Синтез катализатора осуществляют в течение 4-5 часов при температуре 800-1000°С. Для процессов, в которых нежелательно присутствие галоген-ионов, полученную железо-хром-никелевую шпинель размалывают до размера зерен 315 мкм и отмывают от галогенида щелочного металла до отрицательной реакции на галоген-ионы.
Пример 1. Отвешивали с погрешностью 0,0005 г заданные рецептурой количества исходных оксидов никеля (II), железа (III), хрома (III), а также минерализатор (1% по массе), в качестве которого брали хлорид калия. Смесь гомогенизировали в течение часа в агатовой ступке. Полученную шихту брикетировали в таблетки диаметром 20 мм под давлением 15 МПа, помещали в муфельную печь и подвергали термообработке при температуре 900°С в течение 4,5 часов.
Окончание процесса формирования структуры железо-хром-никелевой шиинели определяли с помощью рентгенофазового анализа: синтез шпинели прошел на 100%.
Пример 2. Готовили железо-хром-никелевую шпинель аналогично описанному в примере 1, только в качестве минерализатора использовали бромид калия в том же количестве. Отвешивали с погрешностью 0,0005 г заданные рецептурой количества исходных оксидов никеля (II), железа (III), хрома (III), а также минерализатор (1% по массе). Смесь гомогенизировали в течение часа в агатовой ступке. Полученную шихту брикетировали в таблетки диаметром 20 мм под давлением 15 МПа, помещали в муфельную печь и подвергали термообработке при температуре 900°С в течение 4,5 часов.
По окончании термообработки ренттенофазовый анализ показал, что процесс формирования структуры шпинели завершен приблизительно на 70%.
Как видно из приведенных примеров, способ получения шпинелей на основе переходных элементов в присутствии галогенидов щелочных металлов проходит полнее и за меньшее время по сравнению с процессом без применения минерализатора. Это позволяет существенно снизить энергоемкость и, тем самым, удешевить производство шпинелей на основе переходных элементов.
Таблица 1. Химический состав шпинелей NiFe 2-хCrхO4 | ||||
Мольная доля хрома, x | Содержание, масс.%, в шпинели NiFe 2-хCrхO 4 | |||
NiO | Fe2О3 | Cr2О3 | KCl | |
0,0 | 31,87 | 68,13 | - | 1,00 |
0,2 | 31,97 | 61,52 | 6,51 | 1,00 |
0,4 | 32,08 | 54,87 | 13,05 | 1,00 |
0,6 | 32,18 | 48,17 | 19,65 | 1,00 |
0,8 | 32,29 | 41,43 | 26,28 | 1,00 |
1,0 | 32,40 | 34,64 | 32,96 | 1,00 |
1,2 | 32,51 | 27,80 | 39,79 | 1,00 |
1,4 | 32,62 | 20,92 | 46,46 | 1,00 |
1,6 | 32,73 | 13,99 | 53,28 | 1,00 |
1,8 | 32,84 | 7,02 | 60,14 | 1,00 |
2,0 | 32,95 | - | 67,05 | 1,00 |
Таблица 2. Химический состав шпинелей NiFe2-хCr хO4 | ||||
Мольная доля хрома, х | Содержание, масс.%, в шпинели NiFe2-хCr хO4 | |||
NiO | Fe2O 3 | Cr2О 3 | KBr | |
0,0 | 31,87 | 68,13 | - | 1,00 |
0,2 | 31,97 | 61,52 | 6,51 | 1,00 |
0,4 | 32,08 | 54,87 | 13,05 | 1,00 |
0,6 | 32,18 | 48,17 | 19,65 | 1,00 |
0,8 | 32,29 | 41,43 | 26,28 | 1,00 |
1,0 | 32,40 | 34,64 | 32,96 | 1,00 |
1,2 | 32,51 | 27,80 | 39,79 | 1,00 |
1,4 | 32,62 | 20,92 | 46,46 | 1,00 |
1,6 | 32,73 | 13,99 | 53,28 | 1,00 |
1,8 | 32,84 | 7,02 | 60,14 | 1,00 |
2,0 | 32,95 | - | 67,05 | 1,00 |