Способ получения железного порошка из солянокислого травильного раствора

 

Использование: в порошковой металлургии, для получения порошка металлического железа из отработанных травильных растворов. Сущность изобретения: отработанный соляно-кислый раствор нейтрализуют 6%-ным водным раствором аммиака при комнатной температуре в реакторе с непрерывным перемешиванием путем раздельной дозированной подачи реагентов с различными скоростями V₁ для раствора аммиака, V₂ для травильного раствора, причем рН поддерживают постоянным при заданном соотношении скоростей 1,1 ≅ V₁/V₂≅ 2,4. Полученный гидроксид железа фильтруют, промывают, сушат на воздухе, а затем нагревают в токе водорода при 350 - 400°С. Получают железный порошок с S_уд. = 10-30 м²/г и средним объемом частицы (17-148)10³ нм³. 2 з.п.ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к способам получения порошка металлического железа путем переработки отработанных травильных растворов.

Известен способ получения железного порошка, в частности из соляно-кислых травильных растворов, включающий введение в раствор соединения бария, нейтрализацию до рН 5, окисление кислородом до рН 3, фильтрацию раствора, кристаллизацию хлористого железа, которое затем перерабатывают в железный порошок [1] Недостатками способа являются его многостадийность, трудоемкость, получение крупного порошка.

Известен способ получения железного порошка из соляно-кислых травильных растворов, включающий осаждение гидроксида железа гидроксидом натрия или кальция, его сушку и последующее восстановление образовавшегося оксида железа.

Недостатками способа являются значительный расход гидроксида натрия, загрязнение продукта примесями, осаждающимися совместно с гидроксидом железа, а также низкая дисперсность получаемого порошка.

Известен способ [3] получения железного порошка с более высокой дисперсностью. Способ заключается в том, что в водный раствор соли двухвалентного железа добавляют водный раствор щелочи, получая при этом раствор с рН 11, содержащий Fe(OH)₂, к которому добавляют водорастворимую соль кремниевой кислоты. В результате окисления получаются частицы гематита. Полученный продукт обжигают при 350-700^оС в атмосфере, содержащей нагретый водяной пар и невосстановительный газ, получая частицы гематита с высокой плотностью и S_уд 10-30 м²/г, которые восстанавливают при 350-600^оС в атмосфере водорода, получая магнитные частицы металлического железа со средним объемом частицы, равным 331˙ 10³ нм³ (средняя длина большей оси 0,30 мкм, отношение осей составляет 8:1).

Однако известный способ имеет следующие недостатки.

Одновременное смешение всего объема реагентов не позволяет обеспечить постоянство рН, что приводит к росту первоначально образовавшихся зародышей и обуславливает получение порошкового продукта с крупными частицами. Известный способ включает стадию обезвоживания получаемого гидроксида, что удлиняет процесс получения металлического железа, а также приводит к увеличению размера частиц в результате спекания.

Кроме того, введение водорастворимой соли кремниевой кислоты приводит к наличию в конечном железном порошке частиц кремния в количестве Si/Fe 0,5-1,5.

Целью изобретения является повышение дисперсности железного порошка.

Цель достигается тем, что в способе получения железного порошка путем осаждения из соляно-кислого травильного раствора раствором щелочи, включающем осаждение гидроксида железа в реакторе с непрерывным перемешиванием, обезвоживание получаемого продукта и его восстановление до железного порошка при нагреве, подачу указанных растворов ведут раздельно и дозированно, обеспечивая постоянство рН при различном соотношении скоростей подачи, а обезжиривание и восстановление полученного гидроксида железа осуществляют одновременно в восстановительной среде.

Скорости подачи раствора аммиака и соляно-кислого травильного раствора V₁ и V₂, соответственно, связаны соотношением 1,1 ≅ V₁/V₂ ≅2,4.

Обезвоживание и восстановление полученного гидроксида железа осуществляют одновременно в восстановительной среде водорода при 350-400^оС.

Сущность изобретения заключается в том, что в результате предложенной раздельной и дозированной подачи с заданным соотношением скоростей при постоянном рН обеспечивается получение высокодисперсного гидроксида железа (измеренная по методу БЭТ, S_уд 150-350 м²/г) с повышенной реакционной способностью, что позволяет совместить стадии дегидратации и восстановления и проводить процесс металлизации в восстановительной атмосфере, например, водорода, при 350-400^оС, получая ультрадисперсный железный порошок со средним размером частиц 30-65 нм, или средним объемом частицы 17-148˙ 10³ нм³.

П р и м е р. Отработанный соляно-кислый травильный раствор нейтрализуют 6% -ным водным раствором аммиака. Процесс ведут при комнатной температуре в реакторе с непрерывным перемешиванием путем раздельной дозированной подачи реагентов с различными скоростями V₂ для травильного раствора и V₁ для раствора аммиака, причем рН поддерживается постоянным при заданном соотношении скоростей 1,1 ≅ V₁/V₂ ≅ 2,4. Полученный гидроксид железа фильтруют, промывают, сушат на воздухе, а затем нагревают в токе водорода при 350-400^оС. Получают железный порошок с S_уд 10-30 м²/г и средним объемом частицы (17-148)˙ 10³ нм³. Конкретные режимы процесса и средний объем получаемых частиц железного порошка для предлагаемого способа и прототипа приведены в таблице.

При V₁/V₂ > 2,4 предлагаемый способ неосуществим вследствие растворения свежеобразовавшихся частиц гидроксида железа в избытке щелочи (NH₄OH).

При V₁/V₂ < 1,1 продукт получается менее дисперсным из-за того, что при этих условиях во время осаждения образуется коллоидная взвесь, препятствующая отделению порошкового продукта, для осаждения которой требуется 10-80 сут, и специальным образом организованная сушка, приводящие к укрупнению частиц.

Восстановление порошка гидроксида железа при температурах свыше 400^оС приводит к укрупнению частиц вследствие спекания.

Предлагаемый способ позволяет увеличить дисперсность получаемого порошка в 2-20 раз по сравнению с прототипом. Кроме того предлагаемый способ характеризуется высокой скоростью, позволяет отказаться от двустадийной переработки гидроксида железа и получать чистые по примесям порошки металлического железа.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЖЕЛЕЗНОГО ПОРОШКА ИЗ СОЛЯНОКИСЛОГО ТРАВИЛЬНОГО РАСТВОРА, включающий осаждение гидроксида железа из солянокислого травильного раствора раствором щелочи в реакторе с непрерыным перемешиванием, обезвоживание осадка и его восстановление при нагреве, отличающийся тем, что подачу растворов в реактор ведут раздельно и дозированно при заданном соотношении скоростей подачи, обеспечивающем постоянство рН раствора, а обезвоживание и восстановление полученного гидроксида железа осуществляют одновременно в восстановительной среде.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве раствора щелочи используют раствор аммиака, при этом скорости подачи раствора аммиака (v₁) и солянокислого травильного раствора (v₂) связаны соотношением 1,1 ≅ v₁ / v₂ ≅ 2,4.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что восстановление проводят при 350 400^oС.

РИСУНКИ

Рисунок 1