ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 16.10.2024
Просмотров: 160
Скачиваний: 0
4) Модификация ö-FeOOH — желто-коричневый продукт, полу чаемый при быстром окислении гидрата закиси железа избытком перекиси водорода или кислородом. Обладает тетрагональной кри сталлической формой с константами решетки: а — 2,94 А; с = 4,5 А. ö-FeOOH характеризуется незначительными магнитными свойст вами. При обезвоживании переходит в парамагнитную y-Fe20 3.
Промышленное значение для производства магнитной y-Fe20 3 имеет гетит (a-FeOOH или Fe20 3-H 20). Цвет гетита с возрастанием величины его частиц изменяется от лимонно-желтого до оранжевого. Это позволяет широко его использовать в лакокрасочной промыш ленности для изготовления красок и эмалей. Природный гетит сильно загрязнен, и, как правило, y-Fe20 3 производят из гетита, получа емого химическим путем.
Гетит выпускают в больших количествах предприятия лакокра сочной промышленности, однако он не может быть использован для изготовления магнитных порошков. В основном этому препятствуют низкие требования, предъявляемые лакокрасочной промышлен ностью к исходным материалам. Так, используемое сернокислое железо является отходом производства двуокиси титана. Если для изготовления красок и эмалей это допустимо, то для получения магнитных порошков совершенно исключается, так как двуокись титана, содержащаяся в отходах в количестве 1%, весьма вредно влияет на их свойства. Гетит, получаемый заводами лакокрасочной промышленности, весьма неоднороден по размерам частиц; кроме того, он содержит значительное количество ионов SO|_ , что также оказывает вредное влияние на магнитные свойства получаемых из него порошков. Поэтому гетит для магнитных порошков чаще всего изготовляют на предприятиях, производящих магнитные ленты, и уделяют большое внимание как строгому соблюдению существу ющих режимов технологических процессов, так и разработке более совершенных.
Наиболее важными свойствами железоокисных пигментов, пред назначенных для изготовления магнитных порошков, обусловлива ющими свойства последних, являются: форма и размер частиц; сма чиваемость; маслоемкость; плотность и насыпная плотность; устойчи вость к атмосферным воздействиям, свету, теплу; химическая стойкость.
Для изготовления рабочих слоев магнитных лент используют несколько разновидностей магнитных порошков. Все они представ ляют собой игольчатую у-окись железа и различаются лишь по степени однородности, толщине и длине частиц.
Технологический процесс изготовления у-окиси железа с иголь чатой формой частиц состоит из следующих основных операций: получение немагнитного гидрата окиси железа (гетита) с частицами игольчатой формы; дегидратация гетита в гематит; восстановление гематита до магнетита и окисление в у-окись железа. Размеры и форма частиц магнитного порошка в основном определяются структурой железоокисного пигмента — гетита.
Промышленный интерес представляют четыре схемы техноло гического процесса изготовления железоокисного пигмента:
175
1) осаждение гидрата закиси железа аммиаком и окисление кисло родом воздуха; 2) осаждение гидрата закиси железа аммиаком и оки сление бертолетовой солью; 3) осаждение гидрата закиси железа кальцинированной содой и окисление бертолетовой солью; 4) оса ждение гидрата закиси железа аммиаком в присутствии металли ческого железа и окисление кислородом воздуха. Наибольший интерес представляет последний способ.
Независимо от используемой схемы технологический процесс получения железоокисного пигмента включает следующие основные операции: приготовление раствора сернокислого железа; пригото вление растворов осадителя и окислителя; получение пигмента;
промывка и фильтрование пигмента; высушивание и измельчение пигмента.
Приведем описание одной из схем промышленного получения пигмента. Предварительно измельченное сернокислое железо рас творяют в цилиндрических аппаратах емкостью 8—9 м3, выполнен ных из нержавеющей стали и снабженных лопастной мешалкой и рубашкой или змеевиком для обогрева паром. В аппарат подают необходимое количество артезианской воды, которую нагревают до 28 °С. При работающей мешалке через дозировочный мерник вводят серную кислоту, предохраняющую FeS04 от окисления и образова ния Fe2(S04)3 и FeOHS04, проверяют концентрацию образовавшегося раствора и доводят ее до необходимой. Затем при перемешивании в течение 40 мин в аппарат загружают расчетное количество серно кислого железа. После полного растворения сернокислого железа, для чего требуется 20—30 мин, определяют содержание в растворе FeS04 и вводят необходимые добавки воды или сернокислого железа.
Готовый раствор через фильтр-ловушку перекачивают в отстой ник, где выдерживают 2—3 ч, после чего подают на фильтрование в рамный фильтр-пресс. В качестве фильтровального материала применяют бельтинг и два слоя бязи. Профильтрованный раствор перекачивают в мерник. Для осаждения гидрата закиси железа аммиаком (по первой, второй и четвертой схемам) аммиачную воду приготовляют в аппарате емкостью около 2 м3. В аппарат подают необходимое количество артезианской воды, температуру которой поддерживают ~22 °С, подводят аммиак и насыщают воду до кон центрации 25%. Готовый раствор сливают в сборник, где разбавляют
до концентрации 10%, |
что |
соответствует плотности 0,956 г/см3, |
после чего перекачивают |
в |
расходный мерник. |
Приготовление раствора кальцинированной соды и бертолетовой соли (для третьего способа получения гетита) осуществляют в аппа рате емкостью 6 м3 с мешалкой и рубашкой для подогрева паром. Внутренняя поверхность аппарата и мешалка эмалированы для защиты от коррозии. В аппарат подают артезианскую воду и доводят ее температуру до требуемой. Через люк загружают кальцинирован ную соду и бертолетову соль. После полного растворения корректи руют концентрацию соды. Затем содовый раствор перекачивают в расходный мерник, откуда он самотеком поступает в реактор для получения пигмента. В качестве примера рассмотрим способ полу-
176
чепия пигмента осаждением гидрата закиси железа аммиаком и оки слением кислородом воздуха.
Получение гетита с игольчатой формой частиц требует длитель ного времени. Поэтому для увеличения производительности необхо димо использовать реакционные аппараты большой емкости, что обеспечивает также усреднение свойств образующегося пигмента. Оптимальная емкость основного реактора 25 м3. Его снабжают барботером для подачи сжатого воздуха, при необходимости мешал кой и паровым обогревом. В реактор из мерника самотеком поступает раствор сернокислого железа, температуру которого доводят до 18 ± 2 °С. Затем в реактор приливают 10% аммиачную воду, барботируя воздух из расчета 5—10 м3/ч в течение 20—30 мин. В про цессе реакции происходит осаждение гидрата закиси железа и после дующее окисление кислородом воздуха по следующей схеме:
F e S 0 4 - f 2NH4.0H = F e (0 n )2 -H (N r i4 )2 S 0 4
2F e(O II)2 т 1/ 20 2 = 2FeOOTT 4 П 20
(а)
(б)
Через 10 мин после введения аммиачной воды отбирают пробу для определения концентрации неосажденного сернокислого железа. Избыток FeS04 в растворе должен составлять 5—7 г/л. При несоот ветствии указанной норме концентрацию корректируют, вводя соответствующие добавки, после чего доводят подачу воздуха до 30—40 м3/ч. Продолжительность реакции при 20—25 °С составляет 24 ч. После того как суспензия приобретет желтую окраску, ее подогревают до 60 °С в течение 2 ч. Полученная суспензия самотеком поступает в сборник, откуда ее центробежным насосом подают на автоматический камерный фильтр-пресс, на котором осуществляется отжим и отмывка от ионов SOf~.
Фильтр-пресс (рис. 79) состоит из горизонтально расположенных плит, которые могут передвигаться вверх и вниз вдоль плоских стяжек. При опускании плит между ними образуется зазор 45 мм. Передвижение и сжатие фильтрующих плит осуществляется нажим ной плитой и электромеханическим устройством. Закрытие и рас крытие фильтр-пресса занимает 50—70 с. Фильтрующая плита состоит из двух частей: верхней с дренажным устройством для отвода фильтрата и нижней, выполненной в виде рамки и образующей при сжатии плит камеру для фильтрования. Между верхней и нижней частями установлены резиновые диафрагмы, которые при подаче на ннх воды под давлением отжимают жидкую фазу из суспензии и прес суют осадок. Фильтровальная ткань в виде бесконечной ленты про тянута между плитами. Она приводится в движение барабаном и при жимным роликом, установленным около нажимной плиты. В ниж ней части фильтр-пресса ткань проходит через камеру регенерации.
По окончании всех технологических операций плиты опуска ются, образуется зазор для выхода осадка, который выносится из меж плитного пространства при передвижении ткани. Во время выгрузки осадка автоматически включается подача воды в камеру регенерации, где ткань промывается и очищается.
12 З а к а з 6 2 8 |
177 |
Основные преимущества фильтр-пресса такой конструкции следу ющие: развитая фильтрующая поверхность при сравнительно не большой занимаемой площади; экономичная и качественная промыв ка осадка, которая достигается благодаря горизонтальному располо жению плит; эффективная регенерация фильтрующей ткани в про цессе работы фильтр-пресса; минимальная продолжительность вспо могательных операций (выгрузка осадка, раскрытие и закрытие фильтр-пресса); возможность получения осадка с низким содержа нием влаги; полная автоматизация работы фильтр-пресса.
Рис. 79. Схема автоматического |
камерного фильтр-пресса: |
|
|
|
||||||||
1 — |
кам ера регенерации ; 2 — течка; |
3 |
— п р и в о д п е р е д в и ж к и тк а н и ; 4 — |
т к а н ь |
ф и л ь тр о в ал ь |
|||||||
н а я ; |
5 — |
н а тя ж н о е |
у стр о й ств о ; |
б — |
|
к о л л е к то р п од ачи ; 7 — |
к о л л е к то р |
отвод а; 8 |
— п л и та |
|||
в е р х н я я |
у п о р н а я ; |
9 |
— с т я ж к а ; |
1 0 — |
|
ф и л ь т р у ю щ а я п л и та ; |
1 1 |
— н о ж и |
д л я |
съема |
осадка; |
|
1 2 — |
р о л и к ; і з — |
п л и та н а ж и м н а я ; |
1 4 — эл е к тр о м е ха н и ч е ск и й |
заж и м ; |
1 5 — |
п л и та |
н и ж н я я |
|||||
о п о р н ая . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
После фильтрования пигмент в виде пасты с влажностью 50 ± 5% с помощью ленточного транспортера передают в турбинно-полочную сушилку. Сушилка состоит из кольцеобразных полок, укрепленных на стойках и вращающихся вокруг центральной оси. Полки разде лены на отдельные секторы. Высушиваемый пигмент поступает через питатель сразу на все секторы полки и остается на них в течение одного оборота. Ножом, расположенным перед питателем, пигмент сбрасывается через промежуток между секторами на секторы ниже расположенной полки и распределяется на них ровным слоем. Пройдя последовательно все полки, высушенный пигмент удаляется из сушилки транспортером. По центральной оси сушилки проходит вращающийся вал, на котором укреплены турбинные вентиляторы, создающие циркуляцию сушильного агента.
178
Сушка осуществляется горячим воздухом, полученным в топке, где сгорает природный газ, при температуре 200° С. Горячий воздух поступает на нижнюю полку сушилки и, постепенно поднимаясь вверх, высушивает пигмент до влажности 1,5%. Из верхней части сушилки воздух отсасывается в атмосферу. Таким образом, высуши вание происходит в тонком слое с непрерывным обновлением поверх ности испарения.
С нижней полки сушилки пигмент поступает на шнековый кон вейер, который подает его в ковшовый элеватор, откуда пигмент поступает на валковую дробилку и, наконец, в бункер, продуваемый воздухом, где создается запас порошка. Из бункера готовый продукт через ячейковый питатель поступает в металлические бидоны, уста навливаемые под питателем на весах. Для облегчения дальнейшей переработки после сушки пигмент измельчают на валковой дробилке.
При использовании второй схемы в основной реактор заливают раствор сернокислого железа, нагревают его до -—35 °С и переме шивают в течение 1 ч. Затем вводят аммиачную воду из расчета концентрации неосажденного сернокислого железа 8—10 г/л, после чего быстро приливают раствор бертолетовой соли, предварительно нагретый до 70 °С. Осаждение гидрата закиси железа протекает по реакции (а), а окисление схематически можно представить как:
6F e(O H )a + КСЮ 3 = 6FeOO H + K C l + 2H aO (в)
По третьей схеме гидрат закиси железа осаждают в основном реакторе содой из раствора сернокислого железа по реакции
F e S 0 4 + N a2C 0 3 + Н 2( ) = F e (0 ]])2 + N a 2S 0 4+ C 0 ,
и |
затем окисляют бертолетовой |
солью |
|
|
|
|
6F e(O II)2 + КСЮ з = |
öFeO O II + |
КС1 + |
З Н ,0 |
|
|
Для ускорения процесса температуру реакционной среды доводят |
||||
до 45 °С. Реакцию проводят при избытке |
сернокислого железа |
2— |
|||
7 |
г/л. Затем суспензию переводят в сборник, |
где отстаивают |
для |
||
получения определенной плотности. Часть маточного раствора от водят в канализацию, а пигмент фильтруют, промывают, высуши вают и расфасовывают.
Готовую суспензию направляют в сборник, откуда она поступает на фильтрование, промывку и высушивание.
Основным реагентом в четвертом способе является металличе ское железо, применяемое в виде обрезков жести. Для удаления загрязнений и ржавчины жесть промывают подкисленной водой. Металлическое железо загружают в реактор, затем приливают расчетное количество раствора сернокислого железа, где оно под вергается окислению кислородом воздуха, образуя гидроокись. Скорость образования гидроокиси в основном зависит от величины поверхности металлического железа и от концентрации раствора сернокислого железа. При недостаточной концентрации сернокис
лого железа она уменьшается, |
а при чрезмерной — возрастает. |
12* |
179 |