Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

ФЕРРИТЫ-ХРОМИТЫ ПЕРЕХОДНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ: СИНТЕЗ, СТРУКТУРА, СВОЙСТВА

Иванов В В, Ульянов А К, Шабельская Н П,

3.2. Формирование структуры шпинели по типу окислительно-восстановительной реакции

Как следует из аналитического обзора, в настоящее время является весьма актуальной задача разработки способа получения шпинелей на основе переходных элементов при пониженных температурах с меньшей продолжительностью, что позволяет существенно снизить энергоемкость и, тем самым, удешевить их производство.

С целью решения этой задачи исследована возможность получения феррита-хромита никеля (II) со структурой шпинели посредством гомогенизации исходных оксидов никеля (II), железа (III), хрома (III) с введением в смесь оксидов вместо части оксида хрома (III) – оксида хрома (VI) и вместо части оксида железа (III) – оксалата железа (II) 2-водного, и термообработки полученной смеси оксидов при температуре 900 °С [181].

В ходе синтеза протекает окислительно-восстановительная реакция

CrO3 + FeC2O4•2H2O = Cr2O3 + Fe2O3 + 4CO2 + 2H2O (3.3)

с образованием оксидов железа (III) и хрома (III) с повышенной дефектностью, а, следовательно, высокой реакционной способностью.

Для приготовления шпинели использовали оксиды никеля (II), железа (III), хрома (III), хрома (VI), а также оксалат железа (II) 2-водный. Соотношение окисленной формы хрома CrO3 и восстановленной формы железа FeС2О4•2Н2О варьировали таким образом, чтобы сохранялось соотношение (3.3). В состав навески вводили различное количество оксида хрома (VI) (25–100 % (по массе) в пересчете на Cr2O3). Далее исходные вещества гомогенизировали в агатовой ступке в течение 25 минут и брикетировали в таблетки диаметром 20 мм под давлением Р = 15 МПа. Синтез шпинели осуществляли в течение 5–7 часов при температуре 900 °С.

Окончание процесса формирования структуры шпинели определяли с помощью РФА: синтез шпинели прошел приблизительно на 90 % (рис. 3.4).

Рис. 3.4. Рентгенограмма образца NiFeCrO4, полученного в ходе окислительно-восстановительной реакции с заменой 25 % Cr2O3 на CrO3

При полной замене оксида хрома (III) оксидом хрома (IV) получили, что процесс формирования структуры шпинели завершен полностью (рис. 3.5).

Рис. 3.5. Рентгенограмма образца NiFeCrO4, полученного в ходе окислительно-восстановительной реакции с заменой 100 % Cr2O3 на CrO3

Способ получения шпинелей на основе переходных элементов с участием окислительно-восстановительного процесса позволяет синтезировать материалы при пониженной температуре и за меньшее время по сравнению с процессом по традиционной керамической технологии. Это позволяет существенно снизить энергоемкость и, тем самым, удешевить производство ферритов-хромитов переходных элементов. С другой стороны, предлагаемый способ позволяет не вводить в состав шихты дополнительные вещества, требующие значительных расходов воды на промывку готового продукта.