Способ получения магнетита Советский патент 1979 года по МПК C01G49/08 

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МАГНЕТИТА

1

Изобретение относится к способу получения магнетита.

Известен способ получения магнетита, заключающийся во взаимодействии 2/3 ч. исходного сульфата железа со щелочью с последующим окислением гидроокиси железа воздухом до образования t -Ре О(ОН) на первой стадии и обработке образовавшегося на первой стадии шлама углекислым натрием, устанавливая рН равным 6-7. Суспензию нагревают до 80-100°С и выдерживают при этой температуре в течение 1 ч. Осадок отфильтровывают, отмывают, сушат и размалывают 1. Недостатком известного способа является получение продукта с размером частиц, менее 6,1 мкм.

Целью изобретения является получение продукта, имеющего равноосную морфологию и размер частиц, равный 0,1-1 мкм.

Поставленная цель достигается описываемым способом получения магнетита заключающимся во взаимодействии 2/3 ч сульфата железа со щелочью с последующим окислением гидроокиси железа воздухом до -Ре О (он)- на первой стадии и обработке шлама с отношением количества двухвалентного железа к

трехвалентному, равным 0,5-0,55, гидроокисью натрия или аммония и нагреванием образовавшейся суспензии при 70-100°С.

Отличительными признаками способа являются отношение в шламе к Fe, равное 0,5-0,55, и использование в качестве щелочного реагента на второй стадии гидроокиси натрия или аммония.

Магнетит характеризуется равноосной, в основном кубической морфологией, а также имеет незначительную дисперсию по размерам частиц. Среднечисленный диаметр частиц (т.е. полученный как среднее арифметическое) изменяется в диапазоне 0,1 ч до 1 мкм, а числовой коэффициент вариации составляет менее 50% при среднем значении этого коэффициента около 20-30%. Указанные коэффициенты характеризуют стандартное отклонение, выраженное в процентах от среднего диаметра.

Пример.В качестве снрья используют соединение FeSO |-7HjO, представляющее собой побочный продукт производства двуокиси титана TiO , полученный в результате воздействия серной кислоты , на ильменит. . Сульфат, железа имеет следуюишй состав,%: Fe SOyTH O 80,65 TiOSOif 0,97 HjSOj, 0,32 Hj,O 15,33 МпБ04 0,07 МдБОч 2,58 , )j 0,08, т.е. всего 100%. После растворения в воде указанной соли производится добавление гид рата окиси натрия NaOH. Эту операцию проводят при комнатной температуре до тех. пор, пока величина водородног показателя не дост;игнет значения 3,5 ед.рН, в результате этого происходит выпадение в осадок соединений титана, далее раствор подвергают фил трации; полученный таким образом -. раствор содержит 46 г./л ионов двухвалентного железа Fe и практически не содержит титана. Раствор/ содержащий двухвалентное железо,добавляют (причем всегда при комнатной температуре) к раствору гидроокиси натрия концентрации 325 г в количестве, рассчитанном на основа НИИ стехиометрического соотнетиения и необходимом для осаждения в осадок 2/3 от общего количества железа, при сутствующего в растворе, при комнатной температуре и при перемешивании Далее при перемешивании в шлам, находящийся .при-комнатной температур и содержащий гидроокись двухвалентного железа, вдувают воздух, и однов ременно производится измерение величины водородного показателя и величи ны окислительно-восстановительного потенциала. В течение 16 ч величина водородного показателя снижается от началь ной величины, равной 7,6 ед. рЯ, до конечной величины, равной 3,6 ед. р в то время как окислительно-восстановительный потенциал изменяется от -840 до +100 мВ, и оба эти параметр в дальнейшем остаются постоянными в том случае, если реакция окисления прошла до конца. Шлам, содержащий микрокристаллы -формы Fe 0(ОН), характеризуется желтой окраской и имеет следующий состав,, г/л: Ионы двухвалентного железа ,8 Ионы трехвалентного железа Fe 27,1 Общее-количество ионов железа 39,9 В результате добавления воды к раствору сульфата железа, не содержащего соединений титана и имеющего концентрацию ионов двухвалентного железа , равную 81,5 г/л, соотношение между концентрациями ионов двухвалентного железа и трехвалентного железа Fe/Fe доводят до вели чины, равной 0,542, при этом шлам характеризуется следующим составом, Концентрация ионов двухвалентного железа ,02 Концентрация ионов трехвалентного железа Fe 25,86 Общая концентрация ионов железа 39,88. Как следует из данных о составе шлама, приведенных выше, избыточное количество ионов двухвалентного железа по отношению к количеству, рассчитанному из стехиометрического qoотношения, составляет около 8%. Раствор, содержащий гидроокись натрия NaOH (с концентрацией 200 г/л) в количестве, соответствующем стехиометрическому соотношению, определенному по отношению к двухвалентному железу, и необходимом для получения магнетита (избыток раствора указанной щелочи.составляет около 4%), смешивают вместе с шламом, причем добавление раствора щелочи производят на холоде до тех пор, пока величина водородного показателя не достигнет значения 7,5 ед.рН, и далее процесс проводят при постоянном значении величины водородного показателя рН и при нагревании осуществляют ввод всего расчетного количества щелочного раствора до тех пор, пока щелочь вся не вступит в реакцию. Температуру реакционной массы доводят до 90°С при одновременном перемешивании, что и обеспечивает необходимые условия протекания реакции. При этом осуществляется контролирование величины водородного показателя рН и величины окислительно-восстановительного потенциала. После проведения указанного процесса в течение 2 ч 10 мин величина водородного показателя изменяется от 7,5 ед. рН до 6,45 ед.рН, а величина окислительно- восстановительного потенциала изменяется от -650 до -400 мВ и далее обе эти величины сохраняются постоянными, что свидетельствует об окончании реакции. Далее величина водородного показателя полученного раствора доводится до 4 ед. рН в результате добавления незначительного количества HaSO, что позволяет растворить соединения двухвалентного железа, присутствующие в избыточном количестве и представлявшие непрореагировавший осадок Fe(OH)2 .Полученный в результате магнетит отфильтровывают, промывают и сушат, . и дсшее подвергают исследованиям с целью определения их морфологических и гранулометрических хфактеристик а также с целью определения количества и типа различных примесей. Эти результаты следующие: морфологическая характеристика - куб; среднечисленный диаметр 0,197 мкм; численный коэффициент вариации 19,71%; удельная площадь поверхности 6,14 -соде жание магния 0,061%; содержание мар ганца 0,13%; содержание серы 0,52%. Пример 2. Раствор сернокис лого железа FeSO , являю1Щйся побоч ным продуктом производства двуокиси титана TiO через сульфат, и характеризуе1Фай концентрацией ионов двух валентного железа Fe равный 20 г/ а также предварительно очинённый от соединений титана путем его осаждения в осадок при величине водородно го показателя, равной 3,5 ед. рН и последующей фильтрацией, подвергают перемешиванию с гидратом окиси аммония NH«(OH ,характеризуемым концен трацией аммиака, равной 130 г/л, и количество которого рассчитано на основании стехиометрического соотно шения с учетом необходимости осажде ния 2/3 от общего количества присут ствовавших в растворе ионов железа, причем указанную операцию проводят при комнатной температуре и при пер мешивании.. Далее, продолжая операцию переме шивания, в шлам подают поток воздуха, причем указанный шлам содержит 2/3 от общего количества железа, ос денного в форме гидрата окиси желез Fe(ОН)2 , и одновременно определяют величины водородного показателя и окислительно-восстановительного потенциала. После проведения процесса в течение 3 ч величина водородного пока зателя снижается до 3,4 ед.рН, в то время как значение окислительно-вос становительного потенциала увеличивается до +150 мВ, и в дальнейшем эти параметры остаются постоянными, что является свидетельством того, что реакция окисления прекращается. Полученный таким образом шлам, содержащий микрокристаллы « -формы FeO(OH), окрашенные в желтый цвет. Далее используют для получения магнетита. Полученная в результате ком позиция имеет следующий состав, г/л Концентрация ионов двухвалентного железа Fe 5,16 Концентрация ионов трех- валентного железа Ре 10,4 Общая концентрация ионов железа15,36. Для того, чтобы обеспечить во время начала второй стадии процесса значение обгаей концентрации железа, равной 20 г/л, указанный выше шлам подвергают декантированию, в результате чего получают более густой вязкий продукт, имеющий следующий состав, г/л: Концентрация ионов двухвалентного железа Fe 8,16 Концентрация ионов трёхвалентного железа Fe 16,3 Общая концентрация ионов железа21,46. Далее добавляют воду и раствор сульфата двухвалентного железа, не содержащего соединений титана, и характеризуемого концентрацией ионов двухвалентного железа Fe ,равной 65,5 г/л и в результате величину соотно111ения между концентрациями ионов двухвалентного железа и трехвалентного железа доводят до 0,56. 11пам, полученный в результате проведения этих операций, имеет состав, г/л: Концентрация ионов двухвалентного железа Fe 7,19 Концентрация ионов трехвалентного железа Ре 12,82 Общая концентрация ионов железа20,01, Как видно из этих данных, избыточное количество ионов двухвалентного железа Fe по сравнению с количеством, рассчитанным из стехиометрического соотношения., составляет около 12%. Раствор аммиака с концентрацией 200 г/л в количестве, рассчитанном из стехиометрического соотношения по отношению к количеству ионов двухвалентного железа и необходимом для образования магнетита (причем избыток раствора щелочи составлял 5%), добавляют на холоде к шламу. После завершения ввода раствора гидрата окиси аммония, реакционную массу подвергают нагреванию при перемешивании до 90С, что и приводит к началу реакции, и в дальнейшем в течение реакции производится измерение величины водародного показателя и окислительно-восстановительного потенциала . После проведения процесса в течение 2 ч 30 мин величина водородного показателя снижается от 8,35 ед, pfl до 5,9 ед. рН, а величина окислительно-восстановительного потенциала повышается с 700 мВ до 450 мВ и в дальнейшем указанные последними значения водородного показателя и окислительно-восстановительного потенциала остаются постоянными, что свидетельствует об окончании реакции. Величина водородного показателя, полученного таким дбразом раствора, оводится до знач-ения, равного 4 ед. Н с помощью добавления в него незачительного количества серной кисоты НгЗОч с тем, чтобы растворить вухвалентное железо, находящееся в збыточном количестве в виде непроеагировавшей гидроокиси железа e(OH), находящейся в осадке. Полученный в результате магнетит тфильтровывают, промывают и подверают сушке, а затем подвергают исслеованиям с целью определения его орфологических и гранулометрических войств, а также с целью опрелслсния оличества и типа различных принесеп. Эти результаты следующие: морфологическая характеристика - куб; среднечисленный диаметр - 0,208 мкм; численный коэффициент вариации 19,97% удельная площадь поверхности 6,13 Муг содержание магния 0,02%; содержание серы 0,56%; содержание марганца 0,09% Формула изобретения 1. Способ получения магнетита, включающий взаимодействие 2/3 ч. исходног.о сульфата железа со щелочью с последующим окислением гидроокиси железа воздухом (OH) на первой стадии, обработку шлама первой стадии щелочным реагентом и нагревание образовавшейся суспензии на вто668 рой стадии, отличающийся тем, что, с целью получения продукта, имеющего равноосную морфологию и размер частиц, .равный 0,1-1 мкм, на вторую стадию процесса подают шлам с отношением количества двухвалентного железа к трехвалентному, равным 0,5-0,55, и в качестве щелочного реагента используют гидроокись натрия или аммония. 2. Способ по п. 1, отличаю щ и и с я тем, что нагревание образовавшейся суспензии на второй стадии ведут при УО-ЮО С. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе i. Выложенная заявка ФРГ № 2228555, кл. 22 f 1/24 (С 09 С 1/24), 10.01.74.