СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БЕЗВОДНОГО ТРИФТОРИДА ЖЕЛЕЗА Российский патент 1998 года по МПК C01G49/10 C01B9/08 

Изобретение относится к химической технологии производства фторидов металлов.

Трифторид железа используется в технологии производства сплавов для магнитов на основе системы неодим-железо-бор.

Трифторид железа может быть получен несколькими способами.

Сжиганием железа во фторе. Этот метод очень дорогостоящий.

Существует способ получения трифторида железа взаимодействием оксида железа с газообразным фтором. /Тезисы докладов, ч. I IX Всесоюзный симпозиум по химии неорганических фторидов, г. Череповец, 3-6 июля 1990, с. 73, Буйновский А.С. и др./.

По этому способу оксид железа реагирует в противотоке с разбавленным инертным газом фтором в вертикальной трубе высотой 5-6 м при температурах от 250 до 485^oC. При этом получается степень фторирования в пределах 70-90 мас. %. Дофторирование материала осуществляется в шнековом аппарате.

К недостаткам способа следует отнести использование дорогостоящего фтора, трудность сбалансированной дозировки реагентов (особенно при организации процесса в крупном масштабе), что несомненно будет приводить к локальному превышению выше указанных температур (вероятнее всего в нижней зоне вертикальной части реактора) и появлению в продуктах реакции оксофторида и оксида железа.

При осаждении трифторида железа из растворов образуются его кристаллогидраты с одной, 3 и 4, 5 молекулами воды. При получении безводного трифторида железа в процессе обезвоживания и фторирования его кристаллогидратов даже в атмосфере инертного газа происходит пирогидролиз с образованием оксофторида и оксида железа. По этому способу невозможно получить чистый FeF₃ без примесей продуктов его гидролиза.

В работе /Е.Т. Ипполитов и др. Сборник трудов III Всесоюзного симпозиума по химии неорганических фторидов. Одесса, 20-22 сентября, 1972, с. 71/ сообщается, что безводный фторид железа был получен разложением трехводного кристаллогидрата в токе фтористого водорода при температурах порядка 1000^oC.

Недостатками этого способа являются необходимость использования оборудования из фторопласта вследствии высокой коррозионной активности среды, длительность процесса выпаривания раствора фторида железа, значительные трудности в создании оборудования при увеличении масштаба процесса, необходимость повторного применения фторирующего агента /HF/ на стадии обезвоживания кристаллогидрата.

Наиболее близким по технической сущности заявляемому способу является (патент N 2065403, C 01 G, 49/10) способ получения трифторида железа обработкой гидроксида железа трехвалентного высушенного при температурах 60-250^oC до влажности 20-30%, при которой его можно измельчать в порошкообразное состояние с последующим фторированием безводным фтористым водородом при температурах 120-500^oC в течение не менее 2-х ч и толщине слоя 2-3 мм.

К недостаткам способа следует отнести:
- высокая остаточная влажность высушенного гидроксида железа, которая приводит к спеканию продукта, что затрудняет промышленное использование этой технологии;
- высокая конечная температура фторирования - 500^oC. Небольшая высота слоя продукта (не более 2-3 мм) при фторировании порошка снижает производительность процесса.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем.

В качестве исходного вещества используется хлорид железа 6-водный (FeCl₃•6H₂O), который в процессе термообработки при температурах 160-180^oC переходит в оксихлорид железа (FeOCl)|. Оксихлорид железа измельчается до крупности минус 0,16 мм 100% (его влажность 1-3%) и обрабатывается безводным фтористым водородом в интервале температур от 120 до 280^oC при толщине слоя вещества в лодочке 5-6 мм.

Данный способ дает возможность получения трифторида железа, достаточно активного для получения лигатуры неодим-железо-бор, при более низкой температуре. Кроме того, повышается производительность процесса за счет увеличения слоя фторируемого продукта.

Пример 1. Степень конверсии оксихлорида в трифторид железа рассчитывали по содержанию хлора в этих веществах. Содержание хлора в оксихлориде железа ≈33%.

Степень конверсии оксихлорида железа в трифторид железа оп.1 и 2 выше чем в оп. 3, поэтому оптимальный интервал температуры термообработки FeCl₃•6H₂O составляет 160-180^oC. Содержание в образцах (опыты 1, 2, 3) железа ≈48,6% и фтора ≈49,8%.

Пример 2. В опытах использовали образцы полученные термообработкой при температуре 160^oC.

Увеличение начальной температуры фторирования оксихлорида железа и соответственно слоя продукта от 1 до 6 мм снижает степень конверсии.

Уменьшение начальной температуры фторирования <120^oC приводит к образованию спеков трифторида железа.

Пример 3. Фторирование оксихлорида железа целесообразно проводить в интервале температур 120-280^oC при высоте слоя продукта 5-6 мм.

Пример 4. В опытах использовали продукты полученные термообработкой FeCl₃•6H₂O при температуре 160^oC. Высота слоя FeOCl была 5 мм.

Процесс фторирования необходимо проводить в указанном интервале температур в течение 4-6 ч. По данным рентгенофазового анализа получен безводный трифторид железа. Содержание в образцах железа 47,3-48,4%, фтора 48,8-49,6%.

По сравнению с прототипом предлагаемый способ имеет следующие преимущества:
- высокая степень конверсии оксихлорида в безводный трифторид железа - 96-99,5%;
- почти в 2 раза снижается температура фторирования, что обеспечивает увеличение срока службы оборудования;
- увеличение производительности процесса фторирования за счет увеличения слоя продукта в 2 раза.

Использование: в технологии производства сплавов для магнитов на основе системы неодим-железо-бор. Сущность изобретения: фторированию подвергают оксихлорид железа, полученый термообработкой хлорида железа 6-водного при 160-180^oC, причем фторирование проводят в интервале температур 120-180^oC. Высота слоя фторирования не должна превышать 5-6 мм. Способ позволяет повысить степень коверсии исходных продуктов до 96-99,5%, снизить температуру фторирования, увеличить производительность процесса. 1 з.п.ф-лы, 4 табл.

1. Способ получения безводного трифторида железа путем обработки соединения железа безводным фтористым водородом, отличающийся тем, что фторированию подвергают оксихлорид железа, полученный термообработкой хлорида железа 6-водного при 160 - 180^oС, причем фторирование проводят в интервале температур 120 - 280^oС. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что высота слоя оксихлорида железа при фторировании не должна превышать 5 - 6 мм.