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,

4.2. Растворимость твердых растворов MFe2–xCrxO4 (M = Co, Ni, Zn)

Для оценки технологических свойств твердых растворов со структурой шпинели состава MFe2–xCrxO4 (M – Co, Ni, Zn) проведено исследование отношения указанных веществ к минеральным растворителям. Спеченные по керамической технологии образцы измельчали до размера частиц, проходящих через сито 006. Для исследования растворимости были взяты навески шпинелей по 40–60 мг с точностью 0,001 г, помещены в пробирки и залиты растворами соответствующих минеральных растворителей: натриевой щелочи (с концентрацией 20 % (масс.)), соляной (12 % (масс.)) и азотной (11 % (масс.)) кислот. Растворение проводили при комнатной температуре в течение 14 суток, периодически перемешивая содержимое пробирок. По окончании процесса твердый остаток отфильтровали, промыли дистиллированной водой и взвесили. Результаты представлены на рис. 4.4.

Рис. 4.4. Растворимость шпинельных твердых растворов:
а – система ZnFe2–xCrxO4; б – система CoFe2–xCrxO4

В результате проведенного исследования установлено, что растворимость шпинелей в натриевой щелочи, как правило, выше, чем в минеральных кислотах; исключение составляют феррит кобальта (II) и хромит кобальта (II), для которых лучшим растворителем оказалась азотная кислота. Растворимость ферритов и хромитов цинка и кобальта (II) ниже, чем шпинелей более сложного состава, причем ферриты двухвалентных металлов растворяются лучше, чем хромиты. Повышение растворимости у образцов с более сложным составом может быть связано с увеличением дефектности структуры смешанных ферритов-хромитов цинка и кобальта.

Для феррита-хромита никеля (II) установлено (рис. 4.5), что в области существования тетрагональной фазы растворимость во всех исследованных растворителях увеличивается, что может быть связано с повышением количества дефектов (искажение кристаллической решетки приводит к уменьшению идеальности структуры, повышению количества центров сольватации).

Рис. 4.5. Растворимость шпинельных твердых растворов состава NiFe2–xCrxO4

Для сравнения растворимости шпинелей, полученных по различным технологиям, проведено исследование растворимости в указанных растворах шпинелей, полученных с введением хлорида калия, составов ZnFe2O4, ZnFeCrO4, ZnCr2O4, CoFe2O4, CoFe0,8Cr1,2O4, CoCr2O4, NiFe2O4, NiFe0,6Cr1,4O4, NiCr2O4. Результаты исследований приведены в табл. 4.3.

Согласно проведенному исследованию, шпинели изученных составов MFe2–xCrxO4 (M–Co, Zn, Ni), полученных с добавлением хлорида калия, проявляют большую растворимость в рассмотренных растворителях. Это может быть связано с образованием в случае такой технологии более пористой структуры. Повышение пористости образцов в процессе синтеза в присутствии галогенид-ионов отмечено и в [26, 27]. Повышение растворимости шпинелей (в среднем примерно на 20 %) может быть связано с образованием более дефектной структуры. Это облегчает доступ растворителя к поверхности образцов, его сольватацию и, как следствие, перевод в жидкую фазу.

Таблица 4.3

Растворимость шпинелей состава MFe2–xCrxO4 (M – Co, Zn, Ni)
с различной предысторией в минеральных растворителях