способ получения шпинелей на основе феррита-хромита цинка

Формула изобретения

Способ получения шпинелей путем гомогенизации исходных оксидов железа(III), хрома(III) и минерализатора, брикетирования и термообработки смеси при температуре 800-1000°С, отличающийся тем, что материал дополнительно содержит оксид цинка, а в качестве минерализатора используют хлорид натрия в количестве 0,3-1,3 мас.% и брикетируют под давлением 10 МПа.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу получения твердых растворов ферритов-хромитов переходных элементов со структурой шпинели и может найти применение в химической промышленности в процессах органического синтеза, например, при производстве бутадиена и конверсии оксида углерода(II).

Известен способ получения катализатора конверсии оксида углерода(II) на основе хромита-алюмината меди(II)-цинка [Технология катализаторов / Под ред. И.П.Мухленова. - Л.: Химия, 1989. - 272 с.], по которому в качестве исходных материалов применяются гидрокарбонат меди(II), гидроксид алюминия и хромовая кислота. Исходные вещества проводят в пластификаторе с паровым обогревом, полученную массу сушат 8-10 часов на ленточной сушилке при 100-120°С, а затем во вращающейся прокалочной печи при температуре 450°С в течение 6-8 часов. Прокаленную шихту повторно смешивают со связующей добавкой, в качестве которой используют бихромат меди с оксидом цинка, подсушивают при 100-110°С в течение 8-10 часов, смешивают с графитом и таблетируют.

Недостатками этого способа получения шпинелей являются загрязнение окружающей среды продуктами разложения солей, большие затраты энергии для нагрева и выпаривания воды, использование опасных для здоровья веществ.

Наиболее близким к заявляемому является способ получения шпинелей из смеси оксидов [Таланов В.М., Шабельская Н.П. Способ получения железо-хром-никелевых шпинелей. RU 2257953, C1, B01J 23/86, 37/04 // Юж.-Рос.гос.техн. ун-т (НПИ) - № 2257953; Заявл. 29.01.2004; Опубл. 10.08.2005, Бюл. № 22], согласно которому используют исходные оксиды никеля(II), железа(III), хрома(III) и минерализатор - хлорид калия в количестве 0,5-1,5% (масс.) 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 шпинели осуществляют в течение 4-5 часов при температуре 800-1000°С.Для процессов, в которых нежелательно присутствие хлорида калия, полученную железо-хром-никелевую шпинель размалывают до размера зерен 315 мкм и отмывают от хлорида калия до отрицательной реакции на хлорид-ионы.

Недостатком этого способа является использование достаточно дорогого минерализатора, а также относительно большое усилие прессования.

Перед авторами стояла задача разработки способа получения шпинелей на основе ферритов-хромитов переходных элементов с меньшими усилиями прессования, с использованием более дешевого минерализатора, что позволяет существенно снизить энергоемкость, затраты на обслуживание оборудования и тем самым удешевить их производство.

Поставленная задача решается путем получения твердых растворов со структурой шпинели посредством гомогенизации исходных оксидов железа(III), хрома(III) и минерализатора, брикетирования и термообработки смеси при температуре 800-1000°С с введением в состав исходных оксидов дополнительно оксида цинка, при этом в качестве минерализатора используют хлорид натрия в количестве 0,3-1,3% (масс.) и брикетируют под давлением 10 МПа.

Технический результат от введения минерализатора заключается в снижении температуры и продолжительности синтеза и обеспечивается за счет образования микрорасплава хлорида натрия при температуре около 800°С и газообразного хлорида железа(III) при температуре 420°С, переводящих процесс формирования структуры из диффузионной области в кинетическую.

Способ заключается в получении твердых растворов со структурой шпинели на основе ферритов-хромитов цинка путем дозирования исходных оксидов цинка, железа(III), хрома(III) и минерализатора хлорида натрия в количестве 0,3-1,3% (масс.) от веса оксидов. Далее исходные оксиды и минерализатор гомогенизируют в агатовой ступке в присутствии этилового спирта в течение одного часа и брикетируют в таблетки диаметром 20 мм под давлением Р=10 МПа. Синтез шпинелей осуществляют в течение 4-5 часов при температуре 800-1000°С. Для процессов, в которых нежелательно присутствие хлоридов натрия, полученный материал размалывается до размера зерен 315 мкм и отмывается от хлорида натрия до отрицательной реакции на хлорид-ионы.

Пример 1. Отвешивали с погрешностью 0,0005 г заданные рецептурой количества исходных оксидов цинка, железа(III) и(или) хрома(III), а также минерализатор, в качестве которого брали хлорид натрия. Расчетные составы исходных шихт приведены в табл.1, приложение 1. Смесь гомогенизировали в течение часа в агатовой ступке в присутствии этилового спирта. Полученную шихту брикетировали в таблетки диаметром 20 мм под давлением 10 МПа, помещали в муфельную печь и подвергали термообработке при температуре 900°С в течение 4 часов.

Окончание процесса формирования структуры шпинели определяли с помощью рентгенофазового анализа: синтез шпинелей прошел на 100% (на рентгенограммах образцов содержатся только линии, характеризующие шпинель, рис.1, приложение 2).

Пример 2. Готовили феррит-хромит цинка аналогично описанному в примере 1, только термообработку проводили при температуре 700°С. По окончании термообработки рентгенофазовый анализ показал, что процесс формирования структуры шпинели завершен приблизительно на 80%.

Как видно из приведенных примеров, процесс изготовления ферритов-хромитов цинка в присутствии хлорида натрия при 900°С проходит полнее по сравнению с процессом при 700°С.

Приложение 1
Таблица 1
Химический состав шпинелей ZnFe2-xCrxO 4
Мольная доля хрома, х	Содержание оксидов, %	Содержание минерализатора NaCl, % сверх 100%
	ZnO	Fe2O3	Cr2O3
0,0	33,76	66,24	-	1,00
0,2	33,87	59,80	6,33	1,00
0,4	33,98	53,33	12,69	1,00
0,6	34,09	46,81	19,10	1,00
0,8	34,20	40,26	25,54	1,00
1,0	34,31	33,66	32,03	1,00
1,2	34,42	27,01	38,57	1,00
1,4	34,53	20,33	45,14	1,00
1,6	34,65	13,59	51,76	1,00
1,8	34,76	6,82	58,42	1,00
2,0	34,87	-	65,13	1,00