способ получения железо-хром-никелевых шпинелей

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 Cu_1-xNi_xCr₂O₄ //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