Способ получения мелкокристаллических ферритов-хромитов со структурой шпинели



Способ получения мелкокристаллических ферритов-хромитов со структурой шпинели
Способ получения мелкокристаллических ферритов-хромитов со структурой шпинели
Способ получения мелкокристаллических ферритов-хромитов со структурой шпинели
Способ получения мелкокристаллических ферритов-хромитов со структурой шпинели
Способ получения мелкокристаллических ферритов-хромитов со структурой шпинели
Y10S502/524 -
Y10S502/524 -
C01P2002/32 - Неорганическая химия (обработка порошков неорганических соединений для производства керамики C04B 35/00; бродильные или ферментативные способы синтеза элементов или неорганических соединений, кроме диоксида углерода, C12P 3/00; получение соединений металлов из смесей, например из руд, в качестве промежуточных соединений в металлургическом процессе при получении свободных металлов C21B,C22B; производство неметаллических элементов или неорганических соединений электролитическими способами или электрофорезом C25B)

Владельцы патента RU 2747196:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова" (RU)

Изобретение может быть использовано в химической промышленности при производстве бутадиена и конверсии оксида углерода (II). Способ получения мелкокристаллических ферритов-хромитов со структурой шпинели включает гомогенизацию исходных оксидов цинка (II), железа (III) и хрома (III). Смесь оксидов получают при разложении растворов нитратов цинка (II), железа (III), сульфата хрома (III) с концентрацией 1 моль/л. В смесь растворов вводят при перемешивании 10-20% раствора аммиака с концентрацией 14 моль/л и 25-35% раствора лимонной кислоты с концентрацией 6,25 моль/л. Полученную смесь выпаривают в течение 10-30 мин с последующим прокаливанием в течение 10-20 мин при 500-700°С до прекращения газообразования. Затем проводят термообработку при 900°С в течение 30 мин. Изобретение позволяет упростить режим термообработки и уменьшить её продолжительность, снизить энергоемкость при получении мелкокристаллических ферритов-хромитов цинка, увеличить площадь поверхности получаемого материала. 3 ил., 1 табл., 3 пр.

 

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.

Недостатком этого способа получения шпинелей являются длительность процесса, использование опасных для здоровья веществ.

Наиболее близким к заявляемому является способ получения шпинелей из смеси оксидов [Деева А.С., Демьян В.В., Семченко В.В., Таланов В.М., Шабельская Н.П., Яценко Е.А. Способ получения ферритов и хромитов со структурой шпинели // Патент на изобретение RU 2703251, B01J, B01J 37/08; 23/86, Патентообладатель: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова», Заявл.: 20.12.2018, Опубл.: 15.10.2019. Номер заявки: 2018145632.], по которому исходные оксиды никеля (II), меди (II), железа (III), хрома (III) получают из растворов сульфатов никеля (II), меди (II), железа (III), хрома (III) с концентрацией 1 моль/л, при этом растворы выпаривают на песчаной бане в течение 0,5 часа, высушивают при температуре 100°С до постоянного веса в течение 0,5 часа и ступенчато термообрабатывают при температурах 600-700-800-900°С с выдержкой при каждой указанной температуре в течение 1 часа.

Недостатком этого способа является использование сложного температурного режима термообработки, большая продолжительность термообработки, что влечет за собой большие расходы электроэнергии, а также отсутствие возможности получения мелкокристаллических образцов.

Перед авторами стояла задача разработки способа получения шпинелей на основе ферритов-хромитов переходных элементов, имеющих мелкокристаллическую структуру, с более простым режимом термообработки, с меньшей продолжительностью, что позволяет существенно снизить энергоемкость и, тем самым, удешевить их производство, а также получать шпинели с улучшенными эксплуатационными характеристиками.

Поставленная задача решается путем получения образцов ферритов-хромитов переходных элементов со структурой шпинели посредством гомогенизации оксидов железа (III), хрома (III), цинка (II), при этом смесь оксидов получают при разложении растворов нитратов цинка (II), железа (III), сульфата хрома (III) с концентрацией 1 моль/л, в присутствии 10-20% раствора аммиака с концентрацией 14 моль/л и 25-35% раствора лимонной кислоты с концентрацией 6,25 моль/л, при выпаривании в течение 10-30 минут с последующим прокаливанием солей соответствующих элементов в течение 10-20 минут при температуре 500-700°С до прекращения газообразования и термообработке смеси при температуре 900°С в течение 30 минут.

Технический результат обеспечивается за счет получения и использования более активных прекурсоров, с меньшей температурой термического разложения, что позволяет проводить процесс формирования структуры шпинели в процессе термообработки при меньшей продолжительности.

На фиг. 1 представлена рентгенограмма образцов шпинелей ZnFe0.6Cr1.4О4, полученных из растворов нитратов цинка (II), железа (III), сульфата хрома (III) в присутствии растворов аммиака и лимонной кислоты, при температуре термообработки 900°С с выдержкой 0.5 час.

На фиг. 2 представлена рентгенограмма образцов шпинелей ZnFe0.6Cr1.4О4, полученных из растворов переходных элементов без дополнительной термообработки.

На фиг. 3 представлена микрофотография образца, полученного из растворов нитратов цинка (II), железа (III), сульфата хрома (III) в присутствии растворов аммиака и лимонной кислоты, при температуре термообработки 900°С с выдержкой 0.5 час.

Способ заключается в получении твердых растворов со структурой шпинели на основе ферритов-хромитов цинка путем смешивания исходных растворов нитратов цинка (II), железа (III), сульфата хрома (III) с концентрацией 1 моль/л. В полученную смесь вводят при перемешивании 10-20% раствора аммиака с концентрацией 14 моль/л и 25-35% раствора лимонной кислоты с концентрацией 6,25 моль/л. Далее смесь выпаривают в течение 10-30 минут с последующим прокаливанием в течение 10-20 минут при температуре 500-700°С до прекращения газообразования и термообрабатывают при температуре 900°С в течение 30 минут.

Пример 1. Отмеряли с погрешностью 0,1 мл заданные рецептурой количества исходных растворов нитратов цинка (II), железа (III) и сульфата хрома (III). При этом состав исходной шихты (в пересчете на оксиды переходных металлов) был следующий: оксид цинка (II) - 50%, оксид железа (III) - 10-40%, оксид хрома (II(II)I) - 10-40% (мол.). В полученную смесь вводили при перемешивании 10-20% раствора аммиака с концентрацией 14 моль/л и 25-35% раствора лимонной кислоты с концентрацией 6,25 моль/л. Далее смесь выпаривали в течение 10-30 минут с последующим прокаливанием в течение 10-20 минут при температуре 500-700°С до прекращения газообразования и термообрабатывали при температуре 900°С в течение 30 минут.

Окончание процесса формирования структуры шпинели определяли с помощью рентгенофазового анализа: синтез шпинелей прошел на 100% (на рентгенограммах образцов содержатся только линии, характеризующие шпинель, фиг. 1. При этом материал имел объемную структуру фиг. 3. Материал имел развитую поверхность таблица 1.

Увеличение скорости формирования структуры шпинели и снижение температуры, при которой происходит формирование ее структуры, связано с образованием соединений переходных элементов по реакциям:

Zn(NO3)2=Zn2++2NO3-,

Fe(NO3)3=Fe3++3NO3-,

Cr2(SO4)3=2Cr3++3SO42-,

в присутствии раствора аммиака образуют осадки гидроксидов соответствующих металлов:

Zn2++2OH-=Zn(OH)2,

Fe3++3ОН-=Fe(OH)3,

Cr3++3ОН-=Cr(OH)3.

При введении в реакционную систему лимонной кислоты возможно образование цитратов по реакциям

Zn(OH)2+C6H8O7=Zn(C6H6O7)+2H2O,

Fe(OH)3+C6H8O7=Fe(C6H5O7)+3H2O,

Cr(ОН)3+C6H8O7=Cr(C6H5O7)+3H2O,

[Zn(OH)4]2-+2C6H6O72-=[Zn(C6H6O7)2]2-,

[Fe(OH)4]2-+3C6H6O72-=[Fe(C6H6O7)3]3-,

[Cr(ОН)4]2-+3C6H6O72-=[Cr(C6H6O7)3]3-,

с последующим формированием хелатных комплексов, имеющих объемную структуру

При нагревании происходит разложение комплексов с образованием дисперсного порошка шпинели.

Пример 2. Готовили феррит-хромит цинка (II) аналогично описанному в примере 1, только отсутствовала операция термообработки при температуре 900°С в течение 30 минут. По окончании разложения органической составляющей рентгенофазовый анализ показал, что процесс формирования структуры завершен не полностью (в образце не присутствуют фазы неразложившегося сульфата цинка (II) фиг. 2.

Пример 3. Готовили феррит-хромит цинка (II), только в качестве исходных материалов использовали оксиды переходных элементов. По окончании формирования структуры образцы имели низкую удельную площадь поверхности - таблица 1.

Как видно из приведенных примеров, процесс изготовления ферритов-хромитов цинка (II) из смеси нитратов цинка, железа (III) и сульфата хрома (III) при температуре не выше 900°С проходит полнее по сравнению с процессом с применением готовых исходных оксидов металлов и завершается формированием структуры с наиболее высоким значением площади удельной поверхности. Синтез шпинелей с использованием растворов переходных металлов для получения оксидов требует значительно меньшей продолжительности. Это позволяет проводить процесс синтеза шпинелей с меньшими энергозатратами, приводит к удешевлению производства, одновременно получаются материалы с улучшенными характеристиками (повышенные значения площади поверхности).

При проведении процесса из смеси растворов соответствующих переходных металлов без дополнительной термообработки при температуре 900°С не удается получить образцы, содержащие только фазу шпинели. Проведение процесса синтеза шпинелей из оксидов переходных элементов сопровождается формированием образцов с менее развитой поверхностью.

Способ получения мелкокристаллических ферритов-хромитов со структурой шпинели путем смешивания исходных оксидов цинка (II), железа (III), хрома (III), полученного из раствора сульфата хрома (III) с концентрацией 1 моль/л, отличающийся тем, что оксиды цинка (II) и железа (III) получают из растворов нитратов цинка (II) и железа (III) с концентрацией 1 моль/л, в полученную смесь вводят при перемешивании 10-20% раствора аммиака с концентрацией 14 моль/л и 25-35% раствора лимонной кислоты с концентрацией 6,25 моль/л, смесь выпаривают в течение 10-30 мин с последующим прокаливанием в течение 10-20 мин при температуре 500-700°С до прекращения газообразования и термообрабатывают при температуре 900°С в течение 30 мин.



 

Похожие патенты:

Изобретение может быть использовано для получения ферритов кобальта и никеля, применяемых в электротехнике, телекоммуникационном оборудовании, электродвигателях, газовых датчиках.

Изобретение относится к технологии получения частиц ферритов, которые могут быть использованы в вакуумной, космической технике, электронике, фотонике, катализе, медицине, магнитно-резонансной томографии, терапии, онкологии.

Изобретение относится к технологии получения шпинели алюмината магния для оптических применений. Способ включает следующие стадии: диспергирование соединения оксида алюминия в водном растворе с показателем рН фактора в интервале от 2 до 5 с образованием дисперсии оксида алюминия; флоккулирование оксида алюминия за счет увеличения значения показателя рН фактора дисперсии оксида алюминия до значения показателя рН фактора от 8 до 10 путем добавления основания; добавление дисперсии оксида алюминия к водной дисперсии соединения магния с образованием суспензии; сушку суспензии с получением высушенного предшественника шпинели; прокаливание высушенного предшественника шпинели для получения шпинели алюмината магния.

Изобретение может быть использовано в электронике, в производстве телекоммуникационного оборудования и электродвигателей. Способ получения субмикронных порошков феррита кобальта(II) включает приготовление исходных реакционных водных растворов, содержащих соли кобальта и железа.

Изобретение относится к области синтеза мелкокристаллического алюмината магния, используемого в качестве сырья для изготовления монокристаллов и светопропускающей алюмомагниевой керамики.
Изобретение относится к выращиванию высококачественных высокотемпературных монокристаллов оксидов, в том числе профилированных, например, таких как лейкосапфир алюмоиттриевый гранат, рутил, и может быть использовано в лазерной технике, ювелирной и оптических отраслях промышленности.

Изобретение относится к технологии получения нанопорошков феррита кобальта в микромасштабном реакторе. Способ заключается в подаче исходных компонентов - смеси растворов солей кобальта и железа в соотношении компонентов, отвечающих стехиометрии CoFe2O4, и раствора щелочи в соотношении с растворами солей, обеспечивающем кислотность среды в диапазоне от 7 до 8, отвечающей условиям соосаждения компонентов, при этом растворы исходных компонентов подают в виде тонких струй диаметром от 50 до 1000 мкм со скоростью от 1,5 до 20 м/с, сталкивающихся в вертикальной плоскости под углом от 30° до 160°, при температуре в диапазоне от 20°С до 30°С, и давлении, близком к атмосферному, причем соотношение расходов исходных компонентов задают таким образом, что при столкновении струй образуется жидкостная пелена, в которой происходит смешивание и контакт растворов исходных компонентов.

Изобретение относится к материалам для ювелирной промышленности, а именно к искусственным материалам для изготовления имитаций природных драгоценных и полудрагоценных камней и технологии их синтеза.

Изобретение относится к технологии производства изделий, имеющих шпинельную кристаллическую структуру, таких как пластины, подложки и активные устройства, в которые они входят.

Изобретение относится к производству изделий, имеющих шпинельную структуру, таких как були, пластины, подложки и т.д. .

Изобретение относится к технологии изготовления плёнок феррита висмута, который является мультиферроиком и может использоваться в микроэлектронике, спинтронике, сенсорике, в устройствах для записи, считывания и хранения информации, в фотокатализе и др.
Наверх