Файл: Брагинский, Г. И. Технология магнитных лент.pdf

Однако при этом возможно образование нарушающих течение про­ цесса основных сернокислых солей. Этому способствует плохой контакт между металлическим железом и раствором сернокислого железа, приводящий к частичному окислению последнего в соль окиси железа, которая, гидролизуясь при нагревании, образует основные соли. При наличии в реакционной среде солей щелочных металлов в осадок выделяются не основные соли переменного состава FeA.(S04)y(0H)2, а двойные основные сернокислые соли железа и щелочного металла Me2Fe6(0H )12(S04)4. Выделяющаяся при этом кислота снижает pFI системы. Практически при дефиците основания окисление необходимо вести до стабильно установившегося значе­ ния pH, не превышающего 5. Только в этом случае все основные соли окисляются и гидролизуются до гетита.

Содержание в гетите основных солей отрицательно сказывается на его качестве: они приводят к комкованию и спеканию продукта при последующей его переработке. Вместе с тем малая растворимость основных солей делает практически невозможным удаление их про­ мывкой и обусловливает высокое содержание сульфатов в гетите, что в свою очередь вызывает ухудшение свойств конечного про­ дукта — у-окиси железа, а также затрудняет процесс ее получения.

Для того чтобы направить реакцию окисления металлического железа в сторону максимального образования гидрата окиси, приго­ товляют зародышевую суспензию. С этой целью металлическое железо окисляют кислородом воздуха в гидрат закиси, который, обладая основными свойствами, реагирует с зародышем, с образова­ нием Fe(OH)2, окисляющегося в гидрат окиси, и сохраняет при этом игольчатую форму частиц. Образование зародышевой суспензии протекает по реакции (а).

Реакция (а) является определяющей частью технологического процесса, так как от структуры зародышевой системы зависят форма

иразмеры игольчатых частиц железоокисного пигмента. Суспензию зародыша приготовляют в основном реакторе. В его

нижней части установлено ложное дно, под которым находится барботер для подачи сжатого воздуха. Вначале в реактор загружают металлическое железо, затем из мерника заливают раствор серно­ кислого железа с определенной концентрацией, приготовленный как было описано ранее, и разбавляют его артезианской водой до необхо­ димой концентрации. Разбавление ведут при барботировании воз­ духа с расходом 15—20 м3/ч. Одновременно с барботированием воз­ духа в реактор вводят из мерника раствор 10% аммиачной воды из расчета получения зародышевой суспензии в количестве 200—250 кг (по сухому остатку) при емкости основного реактора 25 м3. Полу­ ченный осадок зародышевой суспензии закиси железа окисляют кислородом воздуха до получения желтого цвета. Окисление ведут при 20—25 °С до pH 3—4. Концентрация зародыша в конце окисления составляет 40—50 г/л. Процесс окисления идет по реакции (б).

После того как зародышевая суспензия достигнет необходимой концентрации и величины pH, реакционную массу подогревают острым паром до 65—75 °С, расход барботирующего воздуха увели­

180

чивают до 100—150 м3/ч. Объем суспензии в реакторе доводят водой до 15 м3 и в течение всего процесса поддерживают постоянным.

Процесс получения желтого железоокисного пигмента протекает по следующим реакциям:

Таким образом, в процессе образования пигмента расходуется металлическое железо, и концентрация раствора сернокислого же­ леза практически остается постоянной. Расход железа периодически компенсируют введением в реактор промытых обрезков жести. Дли­ тельность процесса составляет 48—50 ч, конечная концентрация твердой фазы суспензии 80—100 г/л. Во время процесса поддерживают ріі среды в пределах 3—4. Кроме величины pH суспензии продол­ жительность окисления зависит от величины и характера поверх­ ности металлического железа, его расположения в реакторе, темпе­ ратуры среды, расхода воздуха, концентрации раствора сернокис­ лого железа, количества и характера зародышевой суспензии. Отме­ тим, что перечисленные факторы влияют не только на скорость реакции, но также определяют средний размер игольчатых частиц и их однородность. Поэтому особо важно строго соблюдать установ­ ленный технологический режим.

По достижении конечной концентрации твердой фазы суспензии 80—100 г/л ее сливают в сборник, откуда она поступает на промывку, фильтрование, высушивание и расфасовку. Эти операции проводят так же, как было описано ранее.

4.3. ПЕРЕРАБОТКА ПИГМЕНТА В МАГНИТНЫЙ ПОРОШОК

Процесс переработки пигмента в магнитный порошок состоит из следующих основных операций: обезвоживание; восста­ новление; окисление; упаковка.

Рассмотрим одну из возможных аппаратурных схем переработки пигмента в магнитный порошок.

Обезвоживание (дегидратация) пигмента заключается в удале­ нии из него кристаллизационной воды, в результате чего образуется красная немагнитная окись железа по схеме:

2a-FeO O U --0"— ■->- a -F e 20 3 (г)

Процесс осуществляется в трубчатой прокалочной печи. Трубча­ тый стальной корпус печи расположен на опорных роликах и при­ водится во вращение от привода через цепную передачу. Одним кон­ цом труба входит в загрузочную головку, через которую в нее по­ дают пигмент, другим — в разгрузочную, связанную с приемным бункером для выгрузки пигмента. Труба вращается со скоростью

181

10 об/мин в кожухе, выложенном огнеупорным кирпичом, и обогре­ вается электроспиралями, размещенными в гнездах кирпичной кладки. Загрузку печи производят из бункер-дозатора с помощью шнека. Труба, шнек, дозатор и привод смонтированы на поворотной раме, что позволяет регулировать наклон трубы, изменяя при необ­ ходимости производительность печи. Привод дозатора включают после того, как температура печи достигнет необходимой (400— 600 °С).

После прокаливания обезвоженный пигмент цепным ковшовым элеватором подается в бункер запаса, а оттуда поступает на восста­ новление в бункер-дозатор восстановительной печи. Оба бункера перед загрузкой продувают азотом. Затем при помощи шнека из бункера дозатора а-окись железа одновременно с водородом подают в верхнюю часть трубы восстановительной печи, аналогичной по конструкции прокалочной, но разделенной на несколько температур­ ных зон. Здесь происходит ее восстановление в магнетит по схеме:

новительной печи предусмотрена герметизация для предотвращения попадания в нее кислорода воздуха, образующего с водородом взрывоопасную смесь, кроме того, перед загрузкой печь продувают азотом. Избыток водорода охлаждается в специальном холодильнике и сжигается под вытяжным устройством.

Восстановленный магнетит из печи поступает в бункер, снабжен­ ный рубашкой для охлаждения водой, так как горячий магнетит при соприкосновении с кислородом воздуха быстро окисляется. Перед выгрузкой магнетита печь снова продувают азотом.

Температуру, которую регистрируют электронные потенцио­ метры, поддерживают: в первой зоне -—450 °С, во второй —400 °С, в третьей ~380 °С и четвертой ~310 °С. Во избежание окисления восстановленного магнетита кислородом воздуха его выгружают в герметически закрывающуюся тару.

Восстановленный магнетит окисляется в магнитную окись железа кислородом воздуха при 280 °С также во вращающейся трубчатой

Готовый ферромагнитный порошок упаковывают в металлические бидоны.

В последнее время ведутся интенсивные работы по осуществле­ нию непрерывного процесса получения гетита и переработки его в магнитный порошок. Сущность непрерывного процесса осаждения гидрата окиси железа заключается в том, что исходные растворы непрерывно поступают в реакционную колонну, где подвергаются интенсивному смешению при помощи мелких стеклянных шариков, поддерживаемых во взвешенном состоянии струей воздуха, кисло­

182

род которого окисляет образующийся гидрат окиси железа в гетит. Непрерывность переработки гетита в магнитный порошок обеспечи­ вается последовательным включением в производственную линию прокалочной, восстановительной и окислительной печей.

4.4. МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ МАГНИТНОГО ПОРОШКА

Расчет материального баланса основан на том, что коли­ чество затраченных в производственном процессе исходных материа­

приведена ниже, основывается на типичных химических реакциях, характеризующихся стехиометрическими соотношениями.

Приведем в качестве примера расчет материального баланса процесса изготовления магнитного порошка из железоокисного пигмента, полученного осаждением закиси железа аммиаком и оки­ слением кислородом воздуха.

За основу расчета примем величину одной загрузки основного реактора семиводным сернокислым железом, составляющую 5000 кг.

Получение железоокисного пигмента

сернокислом железе обычно составляет 97%. Следовательно, дей­ ствительное количество основного вещества (в кг) в реакторе будет:

Предположим, что потери при растворении сернокислого железа составляют 1%, а потери при фильтровании раствора на рамном фильтр-прессе 2%. Тогда количество сернокислого железа в рас­ творе (в кг):

183