Способ измельчения смеси карбоната стронция и оксида железа в производстве гексаферритов стронция Российский патент 2017 года по МПК C04B35/26 C04B35/628 C01G49/00 

Изобретение относится к технологии магнитотвердых ферритов и может быть использовано при изготовлении гексаферритов стронция.

Известен способ получения гексаферритов, включающий смешивание исходной смеси карбоната бария или стронция с оксидом железа сухим измельчением в вибромельнице, синтез гексаферрита из полученной смеси прокалкой, измельчение синтезированной шихты, прессование заготовок из измельченной шихты и спекание (авт. свид. CCCP N 1406645 и 1549387).

Сухое измельчение смеси исходных ферритообразующих компонентов не обеспечивает требуемой активности смеси при последующем синтезе гексаферрита, что требует повышения температуры синтеза шихты.

Наиболее близким к предложенному является способ мокрого измельчения шихты, позволяющий повысить активность шихты к синтезу (Летюк Л.М., Журавлев Г.И. Химия и технология ферритов. Л.: Химия. 1983. - 256 с.). Однако достигаемая активность не достаточна для заметного снижения температуры спекания.

Технический результат - повышение коэрцитивной силы по намагниченности гексаферрита стронция больше 235 кА/м и повышение активности при измельчении смеси исходных ферритообразующих компонентов в производстве гексаферрита стронция.

Технический результат достигается тем, что проводят мокрое измельчение в среде, содержащей силикат кальция, полиакриловую кислоту и изопропиловый спирт при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Полиакриловая кислота 0,2-0,6 Изопропиловый спирт 4,0-10,0 Силикат кальция 0,3-1,2 Вода 28-45 Стехиометрическая смесь карбоната стронция и оксида железа остальное

Сущность изобретения состоит в следующем. Силикат кальция позволяет повысить уровень параметров стронциевого феррита. С другой стороны, измельчение силиката кальция в водной среде приводит к насыщению водной среды ионами кальция и аниона кремниевой кислоты, которые при последующей сушке оседают на поверхности частиц в виде гелеобразных прослоек гидроксидов и силикатов, что позволяет повысить активность шихты при синтезе гексаферрита. Молекулы изопропилового спирта, разлагая частицы карбоната стронция на гидроксиды стронция с выделением углекислого газа, вызывают насыщение водной среды гидроксидами стронция. Полиакриловая кислота, связываясь с катионами кальция и стронция, образует нерастворимые комплексы, которые оседают на поверхности частиц в виде активных гелеобразных прослоек. В результате заметно повышается активность исходных ферритобразующих компонентов к синтезу, позволяющая снизить температуру синтеза гексаферрита стронция. Снижение температуры синтеза позволяет получить более активные к спеканию тонкодисперсные порошки гексаферрита, позволяющее снизить температуру спекания сырых прессованных заготовок гексаферрита.

Пределы содержания полиакриловой кислоты - 0,2-0,6 мас.%, изопропилового спирта - 4-10 мас.%, силиката кальция - 0,3-1,2 мас.%, воды - 28-45 мас.% выбраны из следующих соображений. Для обеспечения снижения температуры спекания Т_{спекания}, °C, значения не должны превышать для полиакриловой кислоты - 0,6 мас.%, изопропилового спирта - 10 мас.%, силиката кальция - 1,2 мас.%, воды - 45 мас.%. При содержании полиакриловой кислоты меньше 0,2 мас.%, изопропилового спирта меньше 4 мас.%, карбоната кальция - меньше 0,3 мас.%, воды меньше 28 мас.%, гексаферрит стронция обладает недостаточной величиной коэрцитивной силы по намагниченности.

Данные о влиянии измельчения по предлагаемому способу и прототипу приведены в таблице. Результаты получены усреднением десяти замеров. Как видно из данных, использование предлагаемого способа измельчения позволяет заметно снизить температуру обжига шихты, обеспечивающую удельную намагниченность не менее 50 нТл⋅м³/кг, и последующего спекания прессованных заготовок, повысить коэрцитивную силу по намагниченности и остаточную индукцию стронциевых ферритов.

Пример 1. Проводили мокрое измельчение в вибромельнице М-10 смеси карбоната стронция SrCO₃ ТУ 95-2326-91 марки «ч», силиката кальция CaSiO₃ (0,3 мас.%) и оксида железа Fe₂O₃ ТУ 14-106-340-89 марки «ч», полиакриловой кислоты (0,2 мас.%) (ТУ 6-01-1260-81), изопропилового спирта (4,0 мас.%) (ТУ 6-09-402-87), воды (28% масс). Силикат кальция синтезировали из стехиометрической смеси карбоната кальция CaCO₃ (ГОСТ 4530-76 «хч» и оксида кремния SiO₂ (ТУ 6-09-3379-79 «чда») при температуре 850°C в течение 3 часов после совместного сухого измельчения в вибрационной мельнице 2 часа. Синтезированный силикат повторно измельчали в вибрационной мельнице 2 часа сухим методом. Для сравнения проводили мокрое измельчение смеси карбоната стронция и оксида железа согласно прототипу без добавок. После сушки приготовленные смеси прокаливали в печи ТК-4000 при температуре 800-1000°C. Время нахождения шихты в зоне с максимальной температурой в печи составило 3 часа. Синтезированную шихту во всех опытных партиях измельчали мокрым способом в аттриторе «Арарат» в течение 2 часов с добавлением воды в количестве 40 мас.%. Из суспензии после мокрого измельчения прессовали заготовки в виде пластин 20×40×5 мм в магнитном поле с напряженностью 700 кА/м на прессе 06ФФГ. После сушки заготовки спекали в туннельной печи «Ель» в интервале температур от 1100 до 1200°C. Температура синтеза 890°C, температура спекания Т_{спекания}=1140°C, коэрцитивная сила по намагниченности Hci=291 кА/м, остаточная индукция Br=0,40 Тл.

Пример 2. Проводили мокрое измельчение в вибромельнице М-10 смеси карбоната стронция SrCO₃ ТУ 95-2326-91 марки «ч», силиката кальция CaSiO₃ (0,7 мас.%) и оксида железа Fe₂O₃ ТУ 14-106-340-89 марки «ч», полиакриловой кислоты (0,4 мас.%) (ТУ 6-01-1260-81), изопропилового спирта (7,0 мас.%) (ТУ 6-09-402-87), воды (36% масс). Силикат кальция синтезировали из стехиометрической смеси карбоната кальция CaCO₃ (ГОСТ 4530-76 «хч» и оксида кремния SiO₂ (ТУ 6-09-3379-79 «чда») при температуре 850°C в течение 3 часов после совместного сухого измельчения в вибрационной мельнице 2 часа. Синтезированный силикат повторно измельчали в вибрационной мельнице 2 часа сухим методом. Для сравнения проводили мокрое измельчение смеси карбоната стронция и оксида железа согласно прототипу без добавок. После сушки приготовленные смеси прокаливали в печи ТК-4000 при температуре 800-1000°C. Время нахождения шихты в зоне с максимальной температурой в печи составило 3 часа. Синтезированную шихту во всех опытных партиях измельчали мокрым способом в аттриторе «Арарат» в течение 2 часов с добавлением воды в количестве 40 мас.%. Из суспензии после мокрого измельчения прессовали заготовки в виде пластин 20×40×5 мм в магнитном поле с напряженностью 700 кА/м на прессе 06ФФГ. После сушки заготовки спекали в туннельной печи «Ель» в интервале температур от 1100 до 1200°C. Температура синтеза Т_{синтеза}=880°C, температура спекания Т_{спекания}=1130°C, коэрцитивная сила по намагниченности Hci=299 кА/м, остаточная индукция Br=0,41 Тл.

Пример 3. Проводили мокрое измельчение в вибромельнице М-10 смеси карбоната стронция SrCO₃ ТУ 95-2326-91 марки «ч», силиката кальция CaSiO₃ (1,2 мас.%) и оксида железа Fe₂O₃ ТУ 14-106-340-89 марки «ч», полиакриловой кислоты (0,6 мас.%) (ТУ 6-01-1260-81), изопропилового спирта (10,0 мас.%) (ТУ 6-09-402-87), воды (45% масс). Силикат кальция синтезировали из стехиометрической смеси карбоната кальция CaCO3 (ГОСТ 4530-76 «хч» и оксида кремния SiO₂ (ТУ 6-09-3379-79 «чда») при температуре 850°C в течение 3 часов после совместного сухого измельчения в вибрационной мельнице 2 часа. Синтезированный силикат повторно измельчали в вибрационной мельнице 2 часа сухим методом. Для сравнения проводили мокрое измельчение смеси карбоната стронция и оксида железа согласно прототипу без добавок. После сушки приготовленные смеси прокаливали в печи ТК-4000 при температуре 800-1000°C. Время нахождения шихты в зоне с максимальной температурой в печи составило 3 часа. Синтезированную шихту во всех опытных партиях измельчали мокрым способом в аттриторе «Арарат» в течение 2 часов с добавлением воды в количестве 40 мас.%. Из суспензии после мокрого измельчения прессовали заготовки в виде пластин 20×40×5 мм в магнитном поле с напряженностью 700 кА/м на прессе 06ФФГ. После сушки заготовки спекали в туннельной печи «Ель» в интервале температур от 1100 до 1200°C. Температура синтеза Т_{синтеза}=890°C, температура спекания Т_{спекания}=1140°C, коэрцитивная сила по намагниченности Hci=286 кА/м, остаточная индукция Br=0,40 Тл.

Изобретение относится к технологии магнитотвердых ферритов и может быть использовано при изготовлении гексаферритов стронция. Технический результат - повышение коэрцитивной силы по намагниченности гексаферрита стронция больше 235 кА/м и повышение активности при измельчении смеси исходных ферритообразующих компонентов в производстве гексаферрита стронция. Мокрое измельчение стехиометрической смеси карбоната стронция и оксида железа проводят в кислой среде, содержащей силикат кальция, полиакриловую кислоту и изопропиловый спирт при следующем соотношении компонентов, мас.%: полиакриловая кислота 0,2-0,6, изопропиловый спирт 4,0-10,0, силикат кальция 0,3-1,2, вода 28-45, стехиометрическая смесь карбоната стронция и оксида железа - остальное. 1 табл., 3 пр.

Способ измельчения смеси карбоната стронция и оксида железа в производстве гексаферритов стронция, включающий мокрое измельчение смеси, отличающийся тем, что проводят мокрое измельчение в кислой среде, содержащей силикат кальция, полиакриловую кислоту и изопропиловый спирт при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Полиакриловая кислота 0,2-0,6 Изопропиловый спирт 4,0-10,0 Силикат кальция 0,3-1,2 Вода 28-45 Стехиометрическая смесь карбоната стронция и оксида железа остальное