針狀超細纖鐵礦的製備方法
2023-04-24 16:37:11
專利名稱：針狀超細纖鐵礦的製備方法
技術領域：
本發明屬於顆粒磁記錄材料的製備方法。
現有製造顆粒磁記錄材料的標準方法是以α-FeOOH(針鐵礦)為原始材料，通過脫水、還原、氧化步驟獲得γ-Fe2O3。這種方法由於受到α-FeOOH晶體固有品質的限制，其產品在分散性、粒度均勻性等方面很難獲得根本性改善。解決這一問題的一個有效方法是採用γ-FeOOH為原始材料，通過類似於標準方法的步驟獲得γ-Fe2O3磁粉，由此製備的磁粉粒度分布窄，軸比大，極少有枝杈和孔洞，分散性和定向性也顯著提高。
由於上述原因，採用γ-FeOOH為原始材料製造磁粉的技術受到高度重視，特別是γ-FeOOH的合成更是人們研究的熱點。如Baudisch在U.S.Patent 1,894,749中最早公布了γ-FeOOH的製備技術，其方法是將純鐵(由Fe(CO)5分解製得)溶解於鹽酸，加入足量的鹼(苯胺)，隨後通空氣氧化，即得γ-FeOOH沉澱，這種早期方法製備的γ-FeOOH還不適合於製造有價值的磁粉。Bennetch等人在U.S.Patent 3,904,540中公布了製備大軸比γ-FeOOH的技術。他所採用的原料是FeCl2，用鹼部分中和，於27℃下強烈攪拌，同時通入空氣，生成γ-FeOOH晶種，隨後滴加鹼液使晶體生長，得到軸比為20∶1-50∶1的γ-FeOOH。又如JP 63,170,222公布了以FeCl2為原料製備γ-FeOOH的技術。JP 02,271,924則公開了一種以FeCl3為原料製備γ-FeOOH的技術。上述方法均是先將0.4-0.7倍理論量的鹼加入FeCl2、FeCl3溶液，氧化生成γ-FeOOH晶種，再加剩餘鹼液使晶種長大，得到針狀γ-FeOOH產品。由於合成γ-FeOOH必須使用FeCl2或FeCl3為原料，價格昂貴，且對設備的腐蝕性也很嚴重，這就在一定程度上限制了採用γ-FeOOH製造磁粉這一技術的發展。
本發明的目的在於提供一種採用廉價原料及助劑製備高質量超細γ-FeOOH的方法。
本發明針狀超細γ-FeOOH的製備方法按如下步驟進行(1)FeSO4部分中和在FeSO4溶液中添加摩爾比為1∶0.5-4的鹼金屬氯化物助劑，將該溶液在氮氣保護下，於5-20℃的溫度下攪拌10-30分鐘後，再加入0.3-0.8倍理論量的NaOH溶液，生成Fe(OH)2沉澱，(2)γ-FeOOH晶種的生成停止通N2，改通空氣，將Fe(OH)2氧化至反應物呈橙色，PH＜3.5，即生成γ-FeOOH晶種，(3)γ-FeOOH晶體的生長在N2保護下加熱，使含有晶種的母液溫度升至40-45℃，切換空氣，將剩餘鹼液以恆定速度滴入母液，鹼液加畢，晶體生長即已完成，(4)晶體的處理使母液在N2下陳化40-120分鐘，過濾，洗滌濾餅，於80-100℃下烘乾，即得針狀超細γ-FeOOH粉末。
本方法中所述的助劑是鹼金屬氯化物，可以是NaCl、KCl。
本發明採用廉價的FeSO4為基本原料，添加一定量的鹼金屬氯化物為助劑，FeSO4與鹼金屬氯化物助劑的添加劑(摩爾比)為1∶0.5-4，採用晶種法製備出了適合於生產高質量γ-Fe2O3磁粉的超細針狀γ-FeOOH粉末。上述方法裡，在Fe(OH)2、Fe(OH)3的沉澱、氧化過程中，除溫度、反應物PH值等因素外，存在於反應體系中的陰離子，如SO4-，Cl-等，對最終產物的晶型有一定的影響。在適當的溫度和PH值下，SO4-的存在使反應趨向於生成α-FeOOH，而Cl-使γ-FeOOH容易生成。為此，我們在FeSO4溶液中引入Cl-離子，再進行沉澱、氧化，這樣在合適的Cl-離子濃度下，Fe(OH)2可氧化生成γ-FeOOH。
本發明採用價廉、易得的FeSO4為主要原料，鹼金屬氯化物為助劑，克服了舊工藝原料成本高的缺點。同時，本方法與使用FeCl2、FeCl3的方法相比，使反應物對設備的腐蝕性顯著降低。由本方法製備的γ-FeOOH具有針狀比大，粒度分布窄的優點，適合於製造超細γ-Fe2O3磁粉，也可以進一步製造Co-γ-Fe2O3或金屬粉。由此製造的γ-Fe2O3磁粉晶形完整，極少有枝杈、孔洞且易分散，定向度高。
實施例一稱取42g-FeSO4.7H2O，8.8gNaCl，共同溶於150ml蒸餾水中，N2保護，於5℃攪拌30分鐘。再加入250ml 0.71M NaOH溶液，攪拌30分鐘後，切換空氣，氣量100ml/分鐘，於5-20℃下氧化120分鐘，此時生成橙色漿液，PH值3.5，γ-FeOOH晶種即已生成。切換N2，升溫至43℃後，再切換空氣，氣量為50ml/分鐘，在120分鐘內將75ml 1.6M NaOH溶液滴入反應體系，此階段為晶體生長階段，等NaOH加畢，生長完成。將母液同γ-FeOOH在N2下陳化60分鐘，過濾，蒸餾水洗滌，濾餅於80-100℃烘箱中烘乾，得到針狀超細γ-FeOOH粉末。其平均長軸長度0.14μ，長寬比約10∶1。
實施例二將1000g FeSO4.7H2O，200g NaCl溶於3.5L蒸餾水中，N2保護，於5℃下攪拌30分鐘後加入6L 0.72M NaOH溶液，繼續攪拌30分鐘，通入空氣，流速140L/h，使Fe(OH)2氧化生成γ-FeOOH。該過程約需180分鐘，此後在N2保護下升溫至45℃，以80L/h度通入空氣，以15ml/分鐘速度滴加1.8L 1.6M NaOH溶液，使晶種生長。待NaOH滴加完畢後，切換N2，陳化60分鐘，將漿液過濾、洗滌，濾餅在80-100℃下烘乾，得γ-FeOOH粉末。所得產品平均長軸長度0.1μ，長寬比約10∶1。
上述實施例中的平均長軸長度及長寬比數據均採用透射電鏡法測得。
權利要求
1.一種針狀超細γ-FeOOH的製備方法，其特徵是按如下步驟進行(1)FeSO4部分中和在FeSO4溶液中添加摩爾比為1∶0.5-4的鹼金屬氯化物助劑，將該溶液在氮氣保護下，於5-20℃的溫度下攪拌10-30分鐘後，再加入0.3-0.8倍理論量的NaOH溶液，生成Fe(OH)2沉澱，(2)γ-FeOOH晶種的生成停止通N2，改通空氣，將Fe(OH)2氧化至反應物呈橙色，PH＜3.5，即生成γ-FeOOH晶種，(3)γ-FeOOH晶體的生長在N2保護下加熱，含有晶種的母液溫度升至40-45℃，切換空氣，將剩餘鹼液以恆定速度滴入母液，鹼液加畢時，晶體生長即已完成，(4)晶體的處理使母液在N2下陳化40-120分鐘，過濾，洗滌濾餅，於80-100℃下烘乾，即得針狀超細γ-FeOOH粉末。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵是所述的鹼金屬氯化物可以是NaCl、KCl。
3.如權利要求1和2所述的方法，其特徵是FeSO4與鹼金屬氯化物助劑的摩爾比最好為1∶1.5-4。
全文摘要
一種針狀超細γ-FeOOH的製備方法，按如下步驟進行(1)FeSO
文檔編號H01F1/11GK1140319SQ9510394
公開日1997年1月15日 申請日期1995年4月8日 優先權日1995年4月8日
發明者鍾炳, 李文懷, 王琴, 彭少逸 申請人:中國科學院山西煤炭化學研究所