CN101157548A

CN101157548A - 一种高性能锰锌铁氧体材料的制备方法

Info

Publication number: CN101157548A
Application number: CNA2007100358168A
Authority: CN
Inventors: 彭长宏; 唐谟堂; 黄虹; 李景芬
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2007-09-26
Filing date: 2007-09-26
Publication date: 2008-04-09

Abstract

一种高性能锰锌铁氧体材料的制备方法，本发明以锰锌铁氧体废料为原料，采用碳酸盐共沉淀法制备初始磁导率为R13K的锰锌铁氧体材料，将锰锌铁氧体废料经硫酸强化浸出、浸出液还原和碳酸盐或碱液作沉淀剂进行共沉淀得到锰锌铁复合粉料，将共沉淀粉经预烧、粉碎、造粒、成型和气氛烧结制得初始磁导率为R13K的锰锌铁氧体。本发明具有工艺简单，成品率高，性能优良，且无需调整陶瓷法工艺的设备，具有良好的推广使用价值。

Description

一种高性能锰锌铁氧体材料的制备方法

技术领域：

本发明涉及一种高性能锰锌铁氧体材料的制备方法，具体地说是以锰锌铁氧体废料为原料，采用碳酸盐共沉淀法制备初始磁导率为R13K的锰锌铁氧体材料的方法。

背景技术：

随着通讯、计算机网络等信息产业的发展，高性能锰锌铁氧体制备成为磁性材料研究的前沿课题。检索国内外文献，高性能锰锌铁氧体制备的研究重点大都集中在陶瓷法工艺。即：以高纯Fe₂O₃、Mn₃O₄和ZnO为原料，经过配料、一次球磨、一次造粒和预烧等工艺得到锰锌铁氧体粉料，再经二次球磨、掺杂、二次造粒、成型和烧结等过程制备铁氧体产品。其突出优点是工艺简单，但原料混合不充分和产品稳定性差是陶瓷法难以克服的缺点。随着锰锌铁氧体应用领域的拓展和材料开发的深化，IT产业及网络通讯等高端用户提出更高的要求，陶瓷法制备技术难度更大。为克服这种不足，目前有多种新的锰锌铁氧体粉料制备方法，如：化学共沉淀法、水热法、溶胶-凝胶法、超临界法、喷雾热解法、自蔓延高温合成法、低温合成法、微乳法和共晶法等，其中仅有碳酸盐沉淀法实现工业应用。该方法采用高纯金属或化合物为原料，成本高，大规模工业推广难度大，这是陶瓷法迄今仍占据市场绝对主导地位的根本原因。研究开发一种兼有陶瓷法和碳酸盐沉淀法特征，且经济上可行的新技术，是解决高性能锰锌铁氧体新材料开发的有效途径。

发明内容：

本发明的目的是提供一种采用锰锌铁氧体废料为原料制备高性能锰锌铁氧体的新工艺。即：将锰锌铁氧体废料经硫酸强化浸出→浸出液定比例还原→碳酸盐沉淀分离→烘干→预烧→造粒→成型→气氛烧结过程，得到初始磁导率R13K的锰锌铁氧体。本发明采用的锰锌铁氧体废料包括锰锌铁氧体制备过程中产生的废料，如废磁芯、废磁坯及磁芯抛光粉等和废电子设备、废家电工业垃圾回收的锰锌铁氧体废磁芯。各步骤的具体工艺参数如下：

1)硫酸强化浸出：浓硫酸用量为理论量的1.5-3.5倍，温度为80-105℃，时间1.5-5.5h。该过程发生如下反应：

MeO·Fe₂O₃+4H₂SO₄＝Fe₂(SO₄)₃+MeSO₄+4H₂O

式中：Me代表正2价金属Mn、Fe、Ni、Co、Cu、Mg、Zn等。

2)还原：反应温度40-90℃，搅拌速度120-300转/min，时间2.5-4.5h。反应如下：

Fe³⁺+H₂S或SO₃ ^2-→S或SO₄ ^2-+Fe²⁺

3)共沉淀：分析还原液中的主体成分含量，配入相应量的MeSO₄·nH₂O(Me代表铁氧体主成分1种或2种)，用沉淀剂将上述溶液中的主金属同时沉淀，得到相应的共沉淀粉料。温度为35-75℃，pH＝7.0-9.0，主金属总浓度0.2-3.5mol/L，碱浓度0.1-10mol/L，混合溶液加入速度0.05-0.85mL/min，沉淀终点pH＝5.0-10.0，陈化时间2.0-48.0h，沉淀剂为(NH₄)₂CO₃或NH₄HCO₃-NH₃·H₂O溶液，NH₄HCO₃为理论用量1.2-3.5倍、NH₃·H₂O用量为[CO₃ ^2-]/[NH₃]＝2.8-5.8。

4)铁氧体工艺：将烘干后的共沉淀粉放入预烧炉中加热至600-1000℃恒温3-10h，然后取出经粉碎、造粒和成型，再升温至1300-1400℃恒温烧结8-25h，最后缓慢降温至室温制得R13K的锰锌铁氧体产品。

发明的优点和积极效果：

1)采用锰锌铁氧体废料为原料，降低了共沉淀法制备高性能锰锌铁氧体产品的成本，适合大规模的产业应用。

2)该方法具有工艺简单，成品率高，性能优良，且无需调整陶瓷法工艺的设备，具有良好的推广使用价值。

具体实施方式：

实施例1 准确称取1000g锰锌铁氧体磨削废料，加入到917mL的工业浓硫酸中，在90℃下恒温浸出1.5h，浸出液中加入还原剂，还原剂为H₂S或Na₂SO₃，在温度45℃和搅拌速度300转/min条件下，反应3h后，趁热过滤。滤液经调整配方后加入到共沉淀底液中，共沉淀底液由碳酸氢铵和氨水组成，NH₄HCO₃为理论用量1.2倍、液氨用量为[CO₃ ^2-]/[NH₃]＝2.8-4.8，得到共沉淀粉1054.2g。共沉淀粉置于马弗炉中升温至650℃预烧6h，然后取出经粉碎、造粒、成型后，再放入气氛烧结炉中，在氮气保护下升温至1300℃烧结10h，缓慢冷却至室温，制得R13K产品，其初始磁导率μ_i＝12980的高性能锰锌铁氧体。

实施例2 准确称取400g锰锌铁氧体废器件的破碎粉料，加入到611mL工业浓硫酸中，100℃下恒温浸出6.5h。还原和共沉淀过程的处理同实施例1，得到共沉淀粉457.9g。共沉淀粉置于马弗炉中升温至950℃预烧3h，然后取出经粉碎、造粒和成型，再放入气氛烧结炉中，在氮气保护下升温至1450℃烧结18h，缓慢冷却至室温，制得R13K产品，其初始磁导率μ_i＝13190的高性能锰锌铁氧体。

Claims

1.一种高性能锰锌铁氧体材料的制备方法，其特征在于：将锰锌铁氧体废料经硫酸强化浸出、浸出液还原和碳酸盐或碱液作沉淀剂进行共沉淀得到锰锌铁复合粉料，将共沉淀粉经预烧、粉碎、造粒、成型和气氛烧结制得初始磁导率为R13K的锰锌铁氧体。

2.根据权利要求1所述的高性能锰锌铁氧体材料的制备方法，其特征在于：锰锌铁碳酸盐共沉淀粉制备的技术条件为：

1)硫酸强化浸出：浓硫酸用量为理论量的1.5-3.5倍，温度为80-105℃，时间1.5-5.5h，该过程发生如下反应：

MeO·Fe₂O₃+4H₂SO₄＝Fe₂(SO₄)₃+MeSO₄+4H₂O

式中：Me代表正2价金属Mn、Fe、Ni、Co、Cu、Mg、Zn；

2)还原：反应温度40-90℃，搅拌速度120-300转/min，时间2.5-4.5h，反应如下：

Fe³⁺+H₂S或SO₃ ^2-→S或SO₄ ^2-+Fe²⁺

3)共沉淀：分析还原液中的主体成分含量，配入MeSO₄·nH₂O，Me代表铁氧体主成分1种或2种，用沉淀剂将上述溶液中的主金属同时沉淀，得到共沉淀粉料，温度为35-75℃，pH＝7.0-9.0，主金属总浓度0.2-3.5mol/L，碱浓度0.1-10mol/L，混合溶液加入速度0.05-0.85mL/min，沉淀终点pH＝5.0-10.0，陈化时间2.0-48.0h，沉淀剂为(NH₄)₂CO₃或NH₄HCO₃-NH₃·H₂O溶液，NH₄HCO₃为理论用量1.2-3.5倍、NH₃·H₂O用量为[CO₃ ^2-]/[NH₃]＝2.8-5.8。

3.根据权利要求1所述的高性能锰锌铁氧体材料的制备方法，其特征在于：共沉淀粉预烧时，预烧炉中加热至600-1000℃恒温3-10h，然后取出经粉碎、造粒和成型，再升温至1300-1400℃恒温烧结8-25h，最后缓慢降温至室温制得R13K的锰锌铁氧体产品。

4.根据权利1所述的高性能锰锌铁氧体材料的制备方法，其特征在于：所述的锰锌铁氧体废料是指锰锌铁氧体制备过程中产生的废料，包括废磁芯、废磁坯及磁芯抛光粉，和废电子设备、废家电工业垃圾回收的废磁芯。