Способ определения состава вюстита Советский патент 1979 года по МПК G01N27/72 

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТАВА ВЮСТИТА

I

Изобретение относится к области исследования химических и физических свойств веществ, конкретнее к определению фазового состава окислов железа, и может быть использовано при фазовом анализе продуктов восстановления железорудне(го сырья.

Термин «вюстит относится к низшему окислу железа, в котором соотношение Fe и О меняется в некотором диапазоне. Сте; хиометрического соединения, соответствуюш,его формуле FeO (закись железа), в природе не суш,ествует. Образующаяся в качестве промежуточного продукта в процессе восстановления окиси железа () закисная фаза также не соответствует формуле FeO. В ее структуре анионная (кислородная) подрешетка заполнена, а катионная характеризуется отсутствием ионов железа в некоторых узлах. В химической формуле вюстита недостаток железа отражается степенью отклонения от стехиометрии х. Значение х в Fe,0 может изменяться от 0,12 до О 1. В зависимости от степени отклонения от стехиометрии, т.е. от соотношения железа и кислорода, меняются физические и физико-химические свойства вюстита-температура плавления, пластичность, электропроводность, восстановимость и др. Для характеристики вюстита поэтому должно быть задано значение х . Степень отклонения от стехиометрии должна бь1ть известна также для расчета химической реакции с участием, вюститаг, в частности, происходящей при различных металлургических процессах.

Наиболее близок к изобретению способ определения состава вюстита путем определения степени отклонения от стехиометрии, основанный на экспериментально установленной Джеттом и Футом линейной зависимости параметра кристаллической решетки (а) от состава Fei-x 0а 4,333-0,589 х.

Способ определения состава Fe.jjvO. через измеряемое при помош,и рентгеноструктурного анализа значение параметра кристаллической решетки является общепринятым и, по существу, единственным 2.

Недостатком известного способа является его сложность и недостаточная точность.

Для рентгеноструктурного анализа требуется сложная и дорогостояшая аппаратура. Как правило, параметр кристаллической решетки окислов железа определяют фотометодом. Образец измельчают в порошок, специальными приемами изготавливают из этого порошка столбик, устанавливают его в камеру для съемки, заряжают пленку. После экспозиции пленку проявляют и фиксируют, сушат, расшифровывают систему полученных линий и, наконец, по межплоскостным расстояниям рассчитывают параметр определения параметра кристаллической решетки и, следовататьно, состава Fet-x О требуется 7-8ч. При этом на точность определения а влияет степень измельчения образца, степень совершенства кристаллической структуры Fei-xO (зависящая от предыстории получения), качество фотоматериалов и др. От указанных факторов, в частности, зависит ширина и четкость линий вюстита на рентгенограммах. Из-за недостаточной четкости линий снижается точность измерения межплоскостных расстояний, параметра решетки и, в конечном счете, состава вюстита. Целью изобретения является упрощение процесса и повышение точности определения состава вюстита. Поставленная цель достигается тем, что при определении степени отклонения от стехиометрии вюстит нагревают до 250-350°С в инертной среде, выдерживают при этой температуре ЗО бОмин, охлаждают, измеряют удельную намагниченность насышения (S), а степень отклонения от стехиометрии определяют, исходя из зависимости х к. ds , (1) где X - степень отклонения от стехио.метрии безраз.мерная величина; УС - удельная намагниченность насыш., к-коэффициент, равный 0,0025 В основу способа положена термодинамическая неустойчивость вюстита при температурах ниже 570°С, приводящая к эвтектоидному распаду его на железо металлическое (Ре,е-) и магнетит (Fej 04). В интервале температур 150-400°С первым из структуры Fet-xO выделяется магнетит; процесс описывается выражением Fei-x O- Fei-yO + FeaO, (2) причем . При длительной выдержке, зависящей от конкретного значения температурыуказанном выше интервале ходит наряду с магнетитом выделение Ре . Исследованиями механизма и кинетики эвтек тоидного распада вюстита установлено, что при температуре не выше 350°С и времени задержки до 60 мин при распаде вюстита с любой степенью Отклонения от стехиометрии (х) выделяется только магнетит, причем количество магнетита (в %) линейно связано со значением х. Весовой процент ферромагнитной фазы в образце с высокой точностью пропорционален удельной намагниченности насыщения, а в продуктах распада вюстита при выбранных условиях ферромагнитным является только магнетит. Поэтому, измеряя продуктов распада Fe. О, мож-но переделать степень отклонения от стехиометрии по соотношению (1). Значение коэффициента к в соотношении (1), равное 0,0025 j., установлено экспериментально. Су1цность предлагаемого способа заключается в следующе.м. Исследуемый образец , состав (значение х) которого необходимо определить, нагревают в инертной атмосфере до 250-350°С и выдерживают 30-60 мин. Температура 250-360°С является оптимальной, так как при более низкой температуре распад вюстита (выделение магнетита) происходит медленно и длительность определения растет, а при более высокой - возрастает вероятность выделения, наряду с РезО4, некоторого количества Fe. Длительность выдержки 30-60 мин выбирают пото.му, что за это время в распадающемся вюСтите выделяется количество FejO4, достаточное для выполнения магнитного анализа с высокой точностью но еще не появляется Редлег- Инертную атмосферу применяют для исключения окисления материала и возможного за счет этого перераспределения фазового состава. Далее образец охлаждают (до комнатной температурьцчтобы не происходило окисления при последующем измерении удельной намагниченности насыщения и не сказывалась температурная зависимость Затем магнитным весовым методом определяют© и по соотношению (1) рассчитывают состав (степень отклонения от стехиометрии) исследуемого вюстита. Установлено, что при использовании способа упрощается и сокращается процесс определения состава вюстита и повыщается точность определения. Повыщение точности достигается за счет того, что, во-первых, измеряемая для расчета х удельная намагниченность насыщения является структурно-нечувствительной величиной и на ее значение не влияет крупность и структурные особенности материала образца, во-вторых, . определяется с высокой точностью ( ±0, значении §s продуктов распада Рё,. , О около25- 3- -) Пример. Определяют состав вюстита путем определения степени отклонения от стехиометрии по известному и предлагаемому способам. Вюстит получают спеканием смеси и . в инертной атмосфере при 1100°С. По известному способу для определения X измеряют параметр кристаллической решетки вюстита на рентгеновс сой установке УРС-60с камерой РКД диаметром 57,3мм. На подготовку образца, съемку, обработку и расшифровку рентгенограммы затрачивают 7ч. Проведенные контрольные съемки дают разброс параметра решетки ±0,002 А° при среднем значении а 4,302 А. Максимальный разброс значений х составляет 0,007.

По способу образец вюстита нагревают в атмосфере азота до 320°С выдерживают 40 мин, охлаждают, измеряют удельную намагниченность насыщения на простой весовой магнитной установке «Магнетит-1 с постоянным магнитом. Определив , по формуле X k- (Sa рассчитывают состав

На определение состава затрачивают 1 ч 20 мин. Контрольные измерения дают разброс значений , равный ±0,2 при среднем значении ,2 -. Максимальный разброс значений х составляет 0,001.

Таким образом, способ по сравнению с известным позволяет сократить длительность определения состава вюстита в 5 раз и уменьшить разброс в определении х в 7 раз.

Использование способа определения состава вюстита обеспечивает по сравнению с существующими следующие преимущества: дает возможность обходиться для определения простой и недорогой по сравнению с рентгеновскими установками аппаратурой для весового магнитного анализа, в несколько раз сокращает длительность определения состава вюстита- значительно повышает точность определения.

Формула изобретения

Способ определения состава вюстита путем определения степени отклонения от стехиометрии, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса и повышения точности, вюстит нагревают до 250-350С в инертной среде, выдерживают при этой температуре 30-60 мин, охлаждают, измеряют удельную намагниченность насыщения, а степень отклонения от стехиометрии определяют, исходя из зависимости x k-(3s, 5 где X степень отклонения от стехиометрии,

безразмерная величина;

удельная намагниченность насыщения, ЫЗ ;

к-коэффициент, равный 0,0025-р -. Источники информации,

0 принятые во внимание при экспертизе

5

2.lette Е. R. and Foote F. An x-ray study of the constite (FeO) solid solutions. Journal of chemical Physics, 1933, V. 1, p. 29.