Способ получения трифторида железа

 

Изобретение относится к технологии получения особо чистых фторидов железа для производства стекол и в качестве катализатора в органическом синтезе. Термическому разложению подвергают фтораммониевые комплексы железа общей формулы (NH₄)_xFeF_2x, где 2≅ x≅ 3 , в атмосфере элементного фтора при 400 - 500°С. Способ позволяет получить трифторид железа кристаллической модификации без примеси 2-валентного железа в одну стадию, без дополнительной очистки и при сравнительно низких температурах. 2 табл.

Изобретение относится к неорганической химии, а именно к технологии получения особо чистых фторидов железа, используемых в качестве одного из компонентов фторидных стекол и как катализатор в органическом синтезе.

Известен способ получения чистого кристаллического трифторида железа (FeF₃) фторированием безводным фтористым водородом (HF) хлорида железа (III) (FeCl₃) при температуре 1000^о С [1] Известен способ получения кристаллического FeF₃ путем прокаливания Fe₂O₃ или гидратированного FeF₃ в токе HF при 1000^о С [2] Однако, помимо использования высокой температуры, недостатком данного способа является тот факт, что конечный продукт реакции загрязнен примесью оксифторида железа (FeOF) и дифторида железа (FeF₂). Для освобождения от примесей и получения чистого FeF₃ кристаллический продукт промывают разбавленной соляной кислотой.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ получения кристаллического трифторида железа путем термического разложения фтораммониевого комплекса железа (NH₄)₃FeF₆ при 400-500^о С [3] Существенным недостатком данного способа является невозможность получить кристаллический трифторид железа без примеси двухвалентного железа, присутствие которого значительно ухудшает качество получаемого продукта, например делает невозможным его использование в оптическом стекловарении, и для удаления которого необходимы дополнительные операции по очистке получаемого продукта.

Предлагаемое изобретение направлено на получение кристаллической модификации трифторида железа, свободной от примеси двухвалентного железа.

Поставленная задача достигается использованием элементного фтора при термическом разложении фтораммониевых комплексов железа состава (NH₄)_xFeF_2x, где 2 ≅ x ≅ 3.

Для этого навеску исходного фтораммониевого комплекса железа помещают в реактор и нагревают до 400-500^о С в атмосфере фтора. Полученный продукт представляет собой зеленовато-голубой мелкокристаллический порошок FeF₃, содержащий 50,0 ± 0,8% Fe и 50,6 ± 0,5% F (теоретически FeF₃ содержит 49,56% Fe и 50,44% F).

Фтор определяют пирогидролизом образца при 700^о С (Раков Э.Г. Тесленко В. В. "Пирогидролиз неорганических фторидов", М. Энергоатомиздат, 1978, с. 58).

Железо определяют атомно-абсорбционным методом и весовым методом (после пирогидролиза).

Данные химического анализа подтверждает рентгенофазовый анализ (табл.1), который указаывает на отсутствие в образцах примеси FeF₂. Рентгенограммы образцов снимали на дифрактометре ДРОН-3 с отфильтрованным медным излучением при скорости сканирования 1 град/мин.

Отсутствие в получаемых по предлагаемому способу образцах трифторида железа примеси железа со степенью окисления +2 однозначно доказывается мессбауэровским спектром, в котором изомерный сдвиг δ=0,53 мм/с соответствует чистому FeF₃. Регистрацию спектра осуществляли при комнатной температуре на спектрометре NP-255 с использованием в качестве источника радиоактивного изотопа ⁵⁷Со. Калибровку проводили по спектру эталонного образца нитропруссида натрия.

В качестве исходного фтораммониевого комплекса железа помимо (NH₄)₃FeF₆ используют и другие фтораммониевые комплексы железа общей формулы (NH₄)_xFeF_2x, где 2 ≅ x ≅ 3. Комплексы такого состава получают при взаимодействии природного соединения железа минерала пирротина с гидрофторидом (бифторидом) аммония (NH₄HF₂) (Laptash N.M. Polyschuk S.A. Kalacheva T.A. Mel'nichenko E. I. "Fluorination of sulphide minerals wirh ammonium bifluoride", 10th Europ. Symp. on Fluor. Chem. Padua, Ital. 1992, p.265).

Отличительным признаком предлагаемого способа является использование элементного фтора при термическом разложении фтораммониевых комплексов железа. Известно использование элементного фтора для фторирования железа (Fe). Однако при этом на поверхности металла образуется защитная пленка аморфного FeF₃ и дальше реакция не идет, что не дает возможности получить кристаллическую форму трифторида железа. Использование же элементного фтора при термическом разложении фтораммониевых комплексов железа впервые позволило получить новый технический результат, а именно кристаллический трифторид железа, в котором железо полностью находится в степени окисления +3. На основании этого авторы и заявитель считают, что заявляемое техническое решение соответствует критериям "новизна" и "изобретательский уровень".

Возможность осуществления способа подтверждается следующими примером.

П р и м е р. Навеску 5 г (NH₄)₃FeF₆ помещают в никелевой лодочке в реактор, нагревают до 450^о С и пропускают фтор до образования зеленовато-голубоватого порошка FeF₃. Масса образовавшегося FeF₃ 2,53 г, что соответствует 100% выходу по железу.

Примеры реализации способа в зависимости от исходного фтораммониевого комплекса железа представлены в табл.2.

Рентгенограммы образцов FeF₃, полученных по примерам 2-5, аналогичны представленной в табл.1, а изомерный сдвиг (δ) мессабауэровских спектров для этих образцов FeF₃ составляет 0,53 мм/с.

Таким образом, в сравнении с известными способами предлагаемый способ позволяет получить чистый, свободный от примеси двухвалентного железа кристаллический трифторид железа в одну стадию без дополнительной очистки и при сравнительно низкой температуре процесса, что ранее не удавалось.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТРИФТОРИДА ЖЕЛЕЗА путем термического разложения фтораммониевых комплексов железа при 400 500^oС, отличающийся тем, что разложение осуществляют в атмосфере элементного фтора, а в качестве фтораммониевых комплексов используют продукты взаимодействия пирротина с гидродифторидом аммония общей формулы (NH₄)_x FeF_2x, где 2 ≅ x ≅ 3.

РИСУНКИ

Рисунок 1