Способ получения безводного трифторида железа

 

Изобретение относится к химической технологии производства трифторида железа, используемого в производстве магнитных сплавов. Гидроксид железа подвергают сушке при температуре от 60 до 250^oC, после чего его обрабатывают фтористым водородом при нагревании от 120 до 500^oC в течение не менее 2-х часов и толщине слоя не более 2-3 мм. Способ позволяет повысить качество фторида, исключает: наличие кислородсодержащих примесей, обеспечивает более низкую себестоимость производства фторида железа. 1 с. и 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к химической технологии производства, трифторида железа, используемого в технологии производства сплавов для магнитов на основе системы неодим-железо-бор.

Известен способ получения безводного фторида железа разложением трехводного кристаллогидрата в токе фтористого водорода при температурах порядка 1000^oC [1] Недостатками этого способа являются необходимость использования оборудования из фторопласта вследствие высокой коррозионной активности среды, длительность процесса выпаривания раствора фторида железа, значительные трудности в создании оборудования при увеличении масштаба процесса, необходимость повторного применения фторирующего агента (НF) на стадии обезвоживания кристаллогидрата.

Наиболее близким по технической сущности заявляемому способу является метод получения трифторида железа взаимодействием оксида железа с газообразным фтором [2] По этому способу оксид железа реагирует в противотоке с разбавленным инертным газом фтором в вертикальной трубе высотой 5-6 м при температурах от 250 до 485^oC. При этом получается степень фторирования в пределах 70-90 мас. Дофторирование материала осуществляется в шнековом аппарате.

К недостаткам способа следует отнести использование дорогостоящего фтора, трудность сбалансированной дозировки реагентов (особенно при организации процесса в крупном масштабе), что несомненно будет приводить к локальному превышению выше указанных температур (вероятнее всего в нижней зоне вертикальной части реактора) и появлению в продуктах реакции оксофторида железа. Следует отметить, что если даже вышеуказанные технические трудности будут преодолены и будет получен безводный фторид железа, не содержащий заметных количеств оксофторидов, то "активность" такого материала при последующем использовании его в качестве компонента шихты при получении бинарного сплава неодим-железо будет невысокой.

Сущность предполагаемого изобретения заключается в следующем. В качестве исходного вещества берется гидроксид железа (III), который подвергается сушке при температурах от 60 до 250^oС до состояния, при котором его можно перевести измельчением в порошкообразное состояние. Далее материал обрабатывается безводным фтористым водородом при температурах от 120 до 500^oC в течение не менее 2-х часов и толщине слоя не более 2-3 мм.

ПРИМЕРЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Пример 1.

Были взяты три образца β-гидроксида железа, высушенные при температуре 60, 80, 90^oC, с содержанием суммарной влаги 37,5, 25,2 и 11,0% и измельчены до порошкообразного состояния (не менее 60 мкм). Затем эти образцы помещены в лодочки толщиной слоя 2-3 мм и обработаны в печи фторирования фтористым водородом при постепенном повышении температуры от 120 до 500^oС в течение 2 часов. После чего печь продули аргоном и остудили. Рентгенофазовый анализ образцов показал наличие одной только фазы - FeF₃.

Пример 2.2 Были взяты три образца a-гидроксида железа, высушенные при температурах 100, 150, 180^oC с содержанием суммарной влаги 26,1, 17,3 и 10, соответственно. Образцы измельчены и обработаны фтористым водородом по методике из первого примера.

Рентгенофазовый анализ отметил присутствие в пробах химического соединения, соответствующего химической формуле FeF₃.

Пример 3.

Были взяты три образцы g-гидроксида железа, высушенные при температурах 160; 250; 260^oC с содержанием суммарной влаги 10,8; 16,1; 17,8% соответственно и обработаны по методике первого и второго примеров. Анализ полученого фторида показал, что первый и второй образцы соответствовали качеству материала, полученному в примерах 1 и 2. В третьем образце кроме фторида отмечено наличие следов фазы a-Fe₂O₃.

Пример 4.

Образцы 1 и 2 из примеров 1-3 были обработаны по той же методике, отличающейся тем, что температура начала фторирования была 100^oC, а время выдержки образцов во фтористом водороде составило 2, 3 и 4 часа. В результате во всех образцах было отмечено, кроме фторида железа, наличие оксидной фазы. Визуальный осмотр образцов в лодочках после фторирования показал, что образуется плотный поверхностный слой фторида, по-видимому, явившегося препятствием на пути к поверхности реагирования фтористого водорода с исходным гидроксидом.

Пример 5.

Образцы из примера 4 были обработаны по методике из примеров 1-3, отличающейся тем, что диапазон температур фторирования был и в интервале 120-470^oC. Образцы обрабатывали фтористым водородом 2,3 и 4 часа. Рентгенофазовый анализ показал в пробах подверженных обработке фтористым водородом в течение двух и трех часов наличие фазы моногидрата трифторида железа (FeF₃·H₂O).

Даже при обработке в течение 4-х часов отмечены следовые количества моногидрата.

Пример 6.

Были взяты образцы 2 из опытов 1-3. Измельчены, размещены в лодочке толщиной слоя 2-3 мм и обработаны фтористым водородом при температурах от 120 до 500^oC в течение 1 ч.50мин.

Снижение времени обработки образцов меньше 2 часов привело к тому, что во всех образцах отмечено, кроме основной фазы трифторида железа, наличие следов моногидрата.

Пример 7.

Были взяты образцы 1 и 2 (b, -α, -γ-гидроксида) из примеров 1-3, аналогично измельчены, помещены в лодочки толщиной слоя 4-5 мм и обработанные фтористым водородом при температуре 120-500^oC в течение 4 часов. Во всех образцах рентгенофазовый анализ показал наличие кислородсодержащих примесей во фториде в виде оксофторида (FeOF) и моногидрата (FeF₃·H₂O).

По сравнению с прототипом и другими вышеописанными способами предлагаемый метод имеет следующие преимущества: имеется возможность достижения качества фторида, исключающего наличие кислородсодержащих примесей (оксофторида, оксида, моногидрата фторида железа); используется фтористый водород, который значительно дешевле и удобнее в применении по сравнению с элементным фтором; получается фторид железа достаточно "активный" для обеспечения возможности получения лигатуры при совместном восстановлении с фторидом неодима внепечным способом; позволяет организовать крупномасштабное производство трифторида железа; обеспечивает более низкую себестоимость производства фторида железа (III).

Формула изобретения

1. Способ получения безводного трифторида железа, включающий обработку кислородсодержащего соединения железа фторирующим агентом, отличающийся тем, что в качестве исходного материала берут предварительно высушенный при температуре 60-250^oС гидроксид железа, который обрабатывают безводным фтористым водородом при нагревании в пределах 120 500^oС в течение не менее 2-х ч.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что гидроксид железа используют в виде порошка, толщина слоя которого не должна превышать 2-3 мм.