СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФЕРРИТА МЕДИ

Изобретение относится к способам синтеза феррита меди(II). Феррит меди(II) является магнитоактивным соединением, которое может быть использовано в качестве катализатора в ряде химических производств, а также в радиотехнике, технике связи, электронике, вычислительной технике.

Известен способ получения феррита меди из смеси оксидов [Зиновик М.А., Давидович А.Г. Фазовые равновесия при синтезе твердых растворов в системе CuFe₂O₄-Cu_0,5Fe_2,5O₄ // Журнал неорганической химии. - 1981. - Т. 26, вып. 6. - С. 1586-1592]. Для этого исходные оксиды меди(II), железа(III) последовательно трехкратно гомогенизируют со спиртом, брикетируют, обжигают в течение 3 суток при температуре 700°C, а затем при температуре 900°C в течение 15 ч и закаляют в платиновом тигле погружением в воду.

Недостатками этого способа являются большая трудоемкость и продолжительность синтеза.

Наиболее близким предлагаемому изобретению является способ получения феррита меди(II) путем гомогенизации исходных оксидов железа(III), меди(II) с введением в смесь оксидов минерализатора, в качестве которого используется хлорид калия в количестве 0,5-1,5% (масс.), брикетирования под давлением 10 МПа и термообработки полученной смеси оксидов при температуре 850-1000°C в течение 20-28 часов. Для процессов, в которых нежелательно присутствие хлоридов, полученный материал размалывается до размера зерен 315 мкм и отмывается от хлорида калия до отрицательной реакции на хлорид-ионы [Патент РФ №2451638. МПК C01G 3/00, C01G 49/00, 2012 г.].

Недостатками этого способа являются большая трудоемкость и продолжительность синтеза.

Задачей изобретения является упрощение способа синтеза, сокращение времени его проведения и расширение сырьевой базы.

Это достигается тем, что в способе получения феррита меди(II) путем термообработки смеси оксидов железа(III) и меди(II) к горячему раствору солей железа(II) и меди(II) добавляют нитрит натрия, затем к полученной смеси добавляется раствор гидроксида натрия, выделившуюся смесь оксидов железа(III) и меди(II) отделяют от раствора, промывают дистиллированной водой и сушат до постоянной массы, после чего подвергают термической обработке.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. Для проведения химической конденсации к горячему раствору сульфатов железа(II) и меди(II), взятых в мольном соотношении 2:1, добавляется нитрит натрия, затем к смеси добавляется раствор гидроксида натрия. При этом происходит химическая конденсация, выделившийся оксидов железа(III) и меди(II) отделяют от раствора, промывают дистиллированной водой и сушат до постоянной массы, после чего осадок подвергают термической обработке (ферритизации) и по изменению показаний весов Гуи определяют относительную магнитную восприимчивость.

Пример 1. В 80 мл горячей дистиллированной воды растворяли 10 г гептагидрата сульфата железа(II), 4 г пентагидрата сульфата меди(II). Затем добавляли 2,48 г нитрита натрия. Через 10…15 с реакционную смесь подщелачивали 1 М раствором гидроксида натрия. Полученный при химической конденсации осадок оксидов железа(III) и меди(II) отделяли от жидкости и промывали дистиллированной водой до нейтральной среды и отрицательной реакции на сульфат-ионы. Полученный продукт сушили до постоянной массы при 105°C. Для проведения ферритизации в фарфоровый тигель помещали 200 мг препарата и выдерживали 30 мин в разогретом до 750°C муфельном шкафу.

После завершения ферритизации тигель с препаратом охлаждали в эксикаторе до комнатной температуры и определяли относительную магнитную восприимчивость (ОМВ). Величина ОМВ составила 127 мг, ОМВ исходного продукта до ферритизации составляет 3,7.

Пример 2. Способ получения феррита меди(II) в условиях примера 1, отличающийся тем, что ферритизацию проводят в течение 60 мин. Величина ОМВ составила 246 мг.

Пример 3. Способ получения феррита меди(II) в условиях примера 1, отличающийся тем, что ферритизацию проводят в течение 90 мин. Величина ОМВ составила 268 мг.

Пример 4. В ступке в течение 10…15 мин смешивают 2 г оксида меди(II) и 4 г оксида железа(III). Для проведения ферритизации в фарфоровый тигель помещали 200 мг полученной смеси и выдерживали 30 мин в разогретом до 750°C муфельном шкафу.

После завершения ферритизации тигель с препаратом охлаждали в эксикаторе до комнатной температуры и определяли относительную магнитную восприимчивость (ОМВ). Величина ОМВ составила 55,3 мг.

Пример 5. Способ получения феррита меди(II) в условиях примера 4, отличающийся тем, что ферритизацию проводят в течение 60 мин. Величина ОМВ составила 88,4 мг.

Пример 6. Способ получения феррита меди(II) в условиях примера 4, отличающийся тем, что ферритизацию проводят в течение 90 мин. Величина ОМВ составила 99,2 мг.

Пример 7. Способ получения феррита меди(II) в условиях примера 4, отличающийся тем, что ферритизацию проводят в течение 30 мин при температуре 300°C. Величина ОМВ составила 0,4 мг.

Пример 8. Способ получения феррита меди(II) в условиях примера 7, отличающийся тем, что ферритизацию проводят при температуре 500°C. Величина ОМВ составила 1,0 мг.

Пример 9. Способ получения феррита меди(II) в условиях примера 7, отличающийся тем, что ферритизацию проводят при температуре 700°C. Величина ОМВ составила 20,6 мг.

Пример 10. Способ получения феррита меди(II) в условиях примера 7, отличающийся тем, что ферритизацию проводят при температуре 900°C. Величина ОМВ составила 588 мг.

Пример 11. Способ получения феррита меди(II) в условиях примера 1, отличающийся тем, что ферритизацию проводят при температуре 300°C. Величина ОМВ составила 0,6 мг.

Пример 12. Способ получения феррита меди(II) в условиях примера 11, отличающийся тем, что ферритизацию проводят при температуре 500°C. Величина ОМВ составила 11,3 мг.

Пример 13. Способ получения феррита меди(II) в условиях примера 11, отличающийся тем, что ферритизацию проводят при температуре 700°C. Величина ОМВ составила 170 мг.

Пример 14. Способ получения феррита меди(II) в условиях примера 11, отличающийся тем, что ферритизацию проводят при температуре 900°C. Величина ОМВ составила 646 мг.

Пример 15. В 80 мл горячей дистиллированной воды растворяли 14,11 г соли Мора, 2,15 г хлорида меди(II). Затем добавляли 2,48 г нитрита натрия. Через 10…15 с реакционную смесь подщелачивали 1 М раствором гидроксида натрия. Полученный при химической конденсации осадок оксидов железа(III) и меди(II) отделяли от жидкости и промывали дистиллированной водой до нейтральной среды и отрицательной реакции на сульфат-ионы. Полученный продукт сушили до постоянной массы при 105°C. Для проведения ферритизации в фарфоровый тигель помещали 200 мг препарата и выдерживали 30 мин в разогретом до 750°C муфельном шкафу.

После завершения ферритизации тигель с препаратом охлаждали в эксикаторе до комнатной температуры и определяли относительную магнитную восприимчивость (ОМВ). Величина ОМВ составила 459 мг, ОМВ исходного продукта до ферритизации составляет 1,1 мг.

Полученные результаты сведены в таблице. Предлагаемый способ синтеза позволяет расширить сырьевую базу для синтеза феррита меди(II) за счет использования не только соединений железа(III), но и соединений железа(II). Синтез феррита меди с использованием солей сульфата железа(II) является окислительной конденсацией, которая протекает под действием на раствор, содержащий сульфат железа(II) и сульфат меди(II), нитрита натрия и гидроксида натрия.

Как видно из данных, приведенных в таблице, феррит меди, получаемый путем окислительной конденсации сульфата железа(II), в присутствии сульфата меди(II) обладает значительно большей магнитной активностью (более чем в 2,5 раза). Наиболее интенсивно процесс ферритизации проходит в первые 60 мин термообработки, затем скорость его значительно снижается. У механической смеси ферритизация проходит медленно и почти с постоянной скоростью.

Такие различия в кинетике формирования магнитной активности при ферритизации продукта окислительной конденсации и механической смеси обусловлены тем, что при окислительной конденсации образуется структура, включающая в себя катионы и железа, и меди. Механическая смесь оксидов железа(III) и меди(II) является двухфазной, поэтому для образования феррита меди необходимо преодолеть границы фаз.

Таким образом, полученные результаты свидетельствуют о том, предлагаемый способ позволяет получать феррит меди(II) с применением солей железа(II), ускорить процесс ферритизации.