NL8005433A - Werkwijze voor het bereiden van gehydrateerd ijzeroxyde. - Google Patents

Description

^A -* *· - » -1- 21523/Vk/jg

Aanvrager: TDK Electronics Co., Ltd., Tokio, Japan.

Korte aanduiding: Werkwijze voor het bereiden van gehydrateerd ijzeroxyde.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het berei-5 den van gehydrateerd ijzeroxyde dat goethiet als hoofdcomponent bevat door het behandelen van een alkalische suspensie verkregen door het mengen vam een base met een waterige oplossing van een ijzer(III) ion als hoofdcomponent .

In de laatste tijd is goethiet gebruikt voor diverse toepassin-10 gen zoals pigment, uitgangsmateriaal voor ferriet of als uitgangsmateriaal voor magnetische poeders die toegepast worden voor het vervaardigen van magnetische registreermedia. Er is zodoende een grote vraag naar goethiet. Diverse werkwijzen voor het bereiden van een gehydrateerd ijzeroxyde dat goethiet als hoofdcomponent bevat, welke werkwijze op industriële schaal 15 moet kunnen worden toegepast en tegen lage kosten zijn voorgesteld met het oog op de groter wordende vraag naar goethiet.

Goethiet wordt bereid door het toevoegen van een waterige oplossing van een base in een hoeveelheid van 10 tot 50¾ van de hoeveelheid base die vereist is voor de neutralisatie aan een waterige oplossing van 20 een ijzer(II)verbinding zoals ijzer(II)sulfaat, zodat de pH ongeveer 4 wordt, waarna lucht in de oplossing wordt geblazen. Het verkregen goethiet is niet van voldoende kwaliteit doordat hierin relatief grote hoeveelheden onzuiverheden aanwezig zijn en er is een ongelijkmatige configuratie van de deeltjes, hetgeen vooral ongewenst is, wanneer dit goethiet 25 wordt gebruikt als uitgangsmateriaal voor het vervaardigen van een magnetisch registreermedium.

Een werkwijze ter bereidingen goethiet door het uitvoeren van een oxydatie, onder alkalische omstandigheden in plaats van de oxydatie onder zure omstandigheden is voorgesteld om de bovenvermelde nadelen te 30 overwinnen, waarbij goethiet met een hoge zuiverheid wordt verkregen en de deeltjes een gelijkmatige configuratie hebben. Deze werkwijze heeft echter nadelen, omdat de oxydatie die wordt uitgevoerd onder alkalische omstandigheden ongeveer twee keren zoveel base vereist voor het neutraliseren van de ijzer(II)verbinding. Het gebruik van een grote hoeveelheid 35 base heeft nadelen, omdat door het grotere verbruik aan uitgangsmateriaal de kosten worden verhoogd en problemen ontstaan met betrekking tot het wassen met water ter verwijdering van de base na de reactie. Het gebruik van een grote hoeveelheid base verdient niet de voorkeur met het oog op O Λ Λ C i: t -2- 21523/Vk/jg' de industriële problemen omdat natriumhydroxyde in hoofdzaak wordt bereid door een kwik-procédé, hetgeen wordt beschouwd als in een millieu-onvriendelijk procédé.

Het is bekend om goethiet te bereiden uit een ijzer(III)verbin-5 ding naast twee andere werkwijzen onder toepassing van ijzer(II)verbin-ding als uitgangsmateriaal. Volgens het eerste procédé wordt een base toegevoegd aan een waterige oplossing van de ijzer(III)verbinding bij een lichte overmaat (enkele procenten) van de base die vereist is voor de neutralisatie en het mengsel wordt onderworpen aan een veroudering gedu-10 rende een lange tijd of behandeld in een autoclaaf bij een hoge temperatuur, zoals 150 tot 200 °C gedurende 1 uur ter verkrijging van goethiet. Het verkregen goethiet heeft een hoge zuiverheid en de deeltjes hebben een gelijkmatige configuratie, zodat dit goethiet van goede kwaliteit is. Het duurt ongeveer 100 tot 200 uren ter verkrijging van goethiet met een ge-15 wenste industriële kwaliteit wanneer een verouderingsbewerking wordt toegepast.De produktiviteit is daarom opmerkelijk laag. Anderzijds is de behandeling in een autoclaaf niet geschikt om op industriële schaal te worden toegepast als economisch proces.

De laatstvermelde werkwijze ter bereiding van goethiet onder 20 toepassing van een ijzeriIII)verbinding als uitgangsmateriaal is daarom onvoldoende gebleken.

Zoals boven vermeld zijn de bekende werkwijzen ter bereiding van een gehydrateerd ijzeroxyde dat goethiet bevat als hoofdcomponent onvoldoende gebleken om toegepast te worden als industriëel procédé en zodoen-25 de zijn bepaalde verbeteringen vereist.

Er is nader onderzoek gedaan ter bereiding van gehydrateerd ijzeroxyde dat goethiet bevat als hoofdcomponent met een hoge kwaliteit en dat op industriële schaal kan worden toegepast tegen lage kosten, waarbij vooral gelet is op een verlaagd verbruik aan uitgangsmateriaal, de 30 millieuverontreiniging, het besparen van energie, de produktiviteit en de kwaliteit. Hierbij is een bepaald procédé gevonden,waarbij ijzer(III)-verbindingen worden gebruikt als uitgangsmateriaal ter bereiding van gehydrateerd ijzeroxyde. Een dergelijke werkwijze kan worden toegepast ter bereiding van goethiet binnen een relatief korte tijd zonder dat een 35 autoclaaf moet worden gebruikt.

. Eén van de doelstellingen volgens de uitvinding is het bereiden van gehydrateerd ijzeroxyde dat goethiet bevat als hoofdcomponent met een goede kwaliteit en dat op industriële schaal kan worden toegepast met 8005433 -3- 21523/Vk/jl een korte reactietijd zonder dat een autoclaaf wordt toegepast en met minder base voor het neutraliseren.

Deze en andere doelstellingen volgens de uitvinding kunnen worden bewerkstelligd door het uitvoeren van een werkwijze volgens de uitvin-5 ding ter bereiding van gehydrateerd ijzeroxyde dat goethiet als hoofdcomponent bevat door het behandelen van een alkalische suspensie, verkregen door het mengen van een base met een waterige oplossing van een ijzer(III) ion als hoofdcomponent, met het kenmerk, dat een deel van de oplossing wordt afgescheiden van de alkalische suspensie en een waterige oplossing 10 van een base verder wordt toegevoegd aan het residu om een alkalische suspensie te vormen en de alkalische suspensie wordt onderworpen aan een verouderings-en/of warmtebehandeling.

De reden voor de lange tijd van 100 tot 200 uren die vereist is voor de verouderingsbehandeling bij de bekende wehkwijzen is nader 15 onderzocht. Hiervoor is de volgende verklaring gevonden. Wanneer een base wordt toegevoegd aan een waterige oplossing van een ijzer(III)zout worden onzuiverheden als bijprodukten van de reactieonzuiverheden van de uitgangsstoffen opgelost in water. Dergelijk water met hierin opgeloste onzuiverheden heeft een nadelige werking op de verouderingsbehandeling 20 of op de warmtebehandeling. Het is niet duidelijk welke verbindingen van de in water oplosbare onzuiverheden een nadelige invloed hebben, hoewel het is bevestigd dat de veroudering of de reactie die wordt bewerkstelligd bij hoge snelheid kan worden uitgevoerd bij de daaropvolgende warmtebehandeling of de warmtebehandeling zelf, wanneer water wordt gebruikt, waar-25 van de onzuiverheden zijn afgescheiden. De verouderingstijd kan zodoende aanmerkelijk worden gekort.

Goethiet kon niet worden verkregen door verwarmen bij ongeveer 100 °C van de alkalische oplossing, verkregen door het mengen van een base met een waterige oplossing van een ijzer(III)zout, zonder een verou-30 deringsbehandeling, hoewel goethiet kon worden verkregen door verwarmen bij ongeveer 100 °C van de alkalische suspensie, wanneer water werd gebruikt, waarvan .de onzuiverheden waren afgescheiden uit de alkalische suspensie.

Bij de werkwijze volgens de uitvinding wordt een alkalische 35 suspensie bereid door het mengen van een base met een waterige oplossing van een ijzer(III)zout, zoals ijzer(III)chloride als hoofdcomponent. Een hoeveelheid van de base in een lichte overmaat, bijvoorbeeld ongeveer 1 tot 10^ overmaat ten opzichte van de hoeveelheid base die vereist is o η π k /, 7 x -4- 21523/Vk/jg voor de neutralisatie wordt toegepast. De alkalische suspensie heeft een rood-bruine kleur. Een voorbeeld van de base is natriumhydroxyde. De base kan ook een ander alkali of aardalkalimetaalhydroxyde en carbonaat zijn zaals kaliumhydroxyde en calciumhydroxyde.

5 Ten einde ten minste een deel van de in water oplosbare onzui verheden af te scheiden in de vorm van de oplossing uit de rood-bruine suspensie, wordt de oplossing afgescheiden van de suspensie door filtratie of door centrifugale afscheiding. Een waterige oplossing van een base wordt toegevoegd aan het residu, verkregen na afscheiding, ter bereiding 10 van een nieuwe alkalische suspensie onder licht alkalische omstandigheden. De afscheiding van de oplossing kan indien noodzakelijk worden herhaald.

De nieuwe alkalische suspensie kan worden behandeld door een veroudering bij een gewenste temperatuur, bijvoorbeeld bij 20-70 °C gedurende 9-30 uren. De kleur van de suspensie wordt veranderd van rood-bruin tot geel 15 en de vorming van goethiet wordt beëindigd.

Bij een andere werkwijze kan de nieuwe alkalische suspensie worden behandeld door een temperatuursverhoging van 70 tot 100 °C zoals 90 °C, zonder dat een verouderingsbewerking wordt uitgevoerd, waarbij de vorming van goethiet binnen een kortere tijd wordt bewerkstelligd.

20 Het verdient de voorkeur om de nieuwe alkalische suspensie te behandelen door een verouderingsbewerking en vervolgens door een warmtebehandeling bij een hogere temperatuur. Het preeipitaat wordt afgescheiden door filtratie en met water gewassen en gedroogd ter verkrijging van een fijn naaldvormig goethietpoeder.

25 Volgens de werkwijze van de uitvinding die bestaat uit het afscheiden van de in water oplosbare onzuiverheden voor het verouderen of de warmtebehandeling, wordt de conversie tot goethiet gemakkelijk bewerkstelligd ter verkrijging van goethiet met een goede kwaliteit gedurende een kortere verouderingstijd of gedurende een kortere warratebehande-30 lingstijd bij hogere temperatuur in vergelijking met de behandeling volgens een conventioneel procédé. De industriële voordelen van de weekwijze volgens de uitvinding zijn opmerkelijk.

De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van de volgende voorbeelden en vergelijkende voorbeelden die niet als beperkend 35 moeten worden opgevat.

Voorbeeld I

In een oplossing van 54 g ijzer(III)chloride (FeCl^.6H20)in 500 ml gedeïoniseerd water werd een oplossing van 25 g natriumhydroxyde 80 05 43 3 -5- 21523/Vk/jg (zuiverheid 95%) in 500 ml gedei’oniseerd water toegevoegd onder roeren.

De verkregen rood-bruine suspensie werd afgefiltreerd om ongeveer '80% van de in water oplosbare verbindingen af te scheiden. Aan de resterende suspensie werd 700 ml gedeloniseerd water en 50 ml 2N waterige oplossing 5 natriumhydroxyde toegevoegd ter vorming van een suspensie met een pH van 12,7.

De alkalische suspensie werd verwarmd tot 90 °C gedurende onge-,veer 1 uur en gehandhaafd op 90 °C + 2°C gedurende 8 uren. De kleur van de suspensie werd veranderd van rood-bruin via bruin tot geel. Het preci-10 pitaat werd gewassen met water en afgefiltreerd en gedroogd ter verkrijging van een geel poeder.

Volgens de röntgenstralendiffractie werd bevestigd, dat het verkregen gele poeder in hoofdzaak goethiet was. Volgens de meting van de BET-methode had het poeder een specifiek oppervlak van 54,4 m /g.

15 Het gele poeder werd gedehydrateerd bij 600 °C en gereduceerd bij 400 °C onder stikstofatmosfeer die ethanol bevatte ter verkrijging van magnetiet. Het magnetiet had magnetische eigenschappen zoals een coërcitiekracht van 423 Oe en een verzadigd magnetisch moment per gewichtseenheid van 83,5 emu/g. Het magnetiet kan worden toegepast als magnetisch 20 poeder ter vervaardiging van een magnetisch registreermedium.

Vergelijkend voorbeeld 1

Volgens de werkwijze die aangegeven is in voorbeeld I werd de alkalische suspensie bereid en vervolgens 50 ml 2N waterige oplossing natriumhydroxyde toegevoegd zonder de in water oplosbare verbindingen door 25 filtratie af te scheiden en vervolgens werd de suspensie onderworpen aan een warmtebehandeling zoals vermeld in voorbeeld I. De kleur van de suspensie werd veranderd van rood-bruin tot helder bruin, maar veranderde niet tot geel zoals vermeld in voorbeeld I.

Voorbeeld II

30 In een oplossing van 32 g natriumhydroxyde (zuiverheid 95%) in 350 ml gedeloniseerd water werd 90 ml 35% waterige oplossing ijzer(III)-chloride toegevoegd onder roeren ter bereiding van.een rood-bruine suspensie. De suspensie werd afgefiltreerd on de meeste in water oplosbare verbindingen af te scheiden en vervolgens werd 400 ml gedeïoniseerd water 35 en 10 ml 6N waterige oplossing natriumhydroxyde toegevoegd ter vorming van een suspensie met een pH van 12,6.

De suspensie werd onderworpen aan een veroudering gedurende 15 uren bij 60 °C, waarbij de kleur van de suspensie werd veranderd tot -6- 21523/Vk/jg geel. Het gele poeder werd afgescheiden volgens een werkwijze zoals beschreven in voorbeeld I. Hierbij werd bevestigd dat het gele poeder goethiet was.

Magnetiet bereid uit goethietpoeder, verkregen volgens een be-5 werking zoals vermeld in voorbeeld I, had magnetische eigenschappen zoals een coërcitiekracht van 438 Oe en een verzadigd magnetisch moment per gewichtseenheid van 81,5 erau/g.

Vergelijkend voorbeeld 2

Een rood-bruine suspensie, verkregen door het toepassen van de 10 werkwijze volgens voorbeeld II, behalve dat de in water oplosbare componenten werden verwijderd door filtratie, werd onderworpen aan een veroudering bij dezelfde temperatuur. De kleur van de suspensie werd pas geel na 100 uren.

-CONCLUSIES- « 80 05 43 3

Claims (5)

1. Werkwijze voor het bereiden van gehydrateerd ijzeroxyde dat goethiet als hoofdcomponent bevat, door het behandelen van een alkalische 5 suspensie, verkregen door het mengen van een base met een waterige oplossing van ijzer(III) ion ale hoofdcomponent, met het kenmerk, dat een deel van de oplossing werd afgescheiden van de alkalische suspensie en een waterige oplossing van een base verder wordt toegevoegd aan het residu om een alkalische suspensie te vormen en de alkalische suspensie wordt on- 10 derworpen aan een veroudering en/of een warmtebehandeling.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de oplossing wórdt afgescheiden door filtratie of door centrifugale afscheiding.

3· Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het ver- 15 ouderen wordt uitgevoerd bij een temperatuur van 20-70 °C.

4. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de warmtebehandeling wordt uitgevoerd bij een temperatuur van 70-100 °C.

5. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het verouderen wordt uitgevoerd en daarna de warmtebehandeling. 20 80 05 43 3