NL8005435A - Werkwijze voor het bereiden van gehydrateerd ijzeroxyde. - Google Patents

Description

y * JTs*. ·+ -1- 21521/Vk/jg

Aanvrager: TDK Electronics Go., 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 als hoofdcomponent goethiet bevat door het verder bewerken van een alkalische suspensie verkregen door het mengen van de base met een waterige oplossing van een ijzer(III) ion als hoofdcomponent .

Goethiet is de laatste tijd toegepast in diverse gebieden zoals 10 als pigment, als uitgangsmateriaal voor ferriet of als uitgangsmateriaal voor magnetische poeders dat wordt toegepast ter verkrijging van magnetisch registreermedium. Er is zodoende een grote vraag naar goethiet. Diverse werkwijzen voor de bereiding van gehydrateerd ijzeroxyde dat goethiet als hoofdcomponent bevat en die op grote schaal kunnen worden uitgevoerd tegen 15 redelijke kosten zijn daarom voorgesteld met het oog op de vergrote vraag naar goethiet.

Goethiet wordt bereid door het toevoegen van een waterige oplossing van een base in een hoeveelheid van 10 tot 50% van de base die vereist is voor het neutraliseren aan een waterige oplossing van een ijzer(II)-20 verbinding zoals ijzer(II)sulfaat, zodat déze op een pH wordt gebracht van ongeveer 4 en waarna lucht door de oplossing wordt geblazen. Het verkregen goethiet is niet van voldoende kwaliteit vanwege het hierin aanwezig zijn van relatief grote hoeveelheden onzuiverheden en zelfs een ongelijkmatige configuratie van de deeltjes, hetgeen ongewenst is voor een uit-25 gangsmateriaal voor een magnetisch registreermedium.

Een werkwijze ter bereiding van goethiet door een oxydatie onder alkalische omstandigheden in plaats van de oxydatie onder zure omstandigheden is voorgesteld ora de bovenvermelde nadelen te overwinnen, waarbij goethiet met een hoge zuiverheid wordt verkregen en zelfs met een gelijk-30 matige configuratie van de deeltjes. Deze werkwijze heeft echter nadelen.

Omdat de oxydatie wordt uitgevoerd onder alkalische omstandigheden is het vereist om ongeveer 2 keren de hoeveelheid base te gebruiken die vereist is voor de neutralisatie van de ijzer(II)verbinding. Het gebruik van een grote hoeveelheid base heeft nadelen omdat hierdoor veel van deze stof 35 moet worden gebruikt en dit brengt verhoogde produktiekosten met zich mee en problemen 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 omdat dit industriële problemen inhoudt met betrek- 8005435 -2- 21521/Vk/jg king tot bet bereiden van natriumhydroxyde,· hetgeen gewoonlijk wordt bereid volgens een kwik-procédé en dit brengt weer een algemene verontreiniging met zich .

Het is bekend om goethiet te bereiden uit ijzer(III)verbindingen 5 naast twee soorten procédé’s, waarbij ijzer(II)verbindingen worden toegepast als uitgangsmateriaal. Volgens dit laatste procédé wordt een base toegevoegd aan een waterige oplossing van de ijzer(III)verbinding bij een verhouding die slechts iets hoger is (enkele %) dan de base die vereist is voor de neutralisatie en het mengsel wordt onderworpen aan een veroude-1° ring gedurende een lange tijd of behandeld in een autoclaaf bij een hoge temperatuur zoals bij 150 tot 200 °C gedurende één uur ter verkrijging van goethiet. Het verkregen goethiet heeft een hoge zuiverheid en een gelijkmatige configuratie van de deeltjes zodat dit produkt een hoge kwaliteit ' heeft. Het duurt ongeveer 100 tot 200 uren ter verkrijging van goetheit 15 met een gewenste industriële kwaliteit bij de veroudering. De produktivi-teit is opmerkelijk laag. Anderzijds is een behandeling in een autoclaaf niet geschikt voor een massaproduktie op industriële schaal.

Dit laatste procédé ter verkrijging van goethiet onder toepassing van ijzer(III)verbinding als uitgangsmateriaal is niet voldoende ge-20 bleken.

Zoals boven aangegeven zijn de conventionele procédé's ter bereiding van gehydrateerd ijzeroxyde dat goethiet bevat als hoofdcomponent niet voldoende gebleken als industriëel procédé en zodoende zijn bepaalde verbeteringen vereist.

25 In het kader van de uitvinding zijn nadere onderzoekingen gedaan ter bereiding van een gehydrateerd ijzeroxyde dat goethiet bevat als hoofdcomponent, dat een goede kwaliteit heeft en op grote schaal kan worden bereid tegen lage kosten door het lagere verbruik van uitgangsmateriaal, een lagere verontreiniging van de omgeving en een lager energieverbruik, 30 waarbij toch een hoge produktiviteit en goede kwaliteit wordt verkregen.

Als resultaat hiervan is gebleken dat een bepaald procédé, waarbij ijzer(III)verbindingen worden toegepast als uitgangsmateriaal optimaal zijn voor het bereiden van een gehydrateerd ijzeroxyde. Ten einde de bovenvermelde nadelen te overwinnen is een andere werkwijze gezocht ter 35 bereiding van goethiet dat verkregen kan worden binnen een relatief korte tijd zonder toepassing van een autoclaaf. Eén van de doelstellingen volgens de uitvinding is het bereiden van een gehydrateerd ijzeroxyde dat goethiet bevat als hoofdcomponent met een hoge kwaliteit, dat op grote 8005435 0' , -i f. » -3- 21521/Vk/jg schaal kan worden bereid gedurende een relatief korte tijd zonder autoclaaf en met minder base voor de neutralisatie.

Deze en andere doelstellingen volgens de uitvinding kunnen worden bewerkstelligd ter verkrijging van een werkwijze voor de bereiding 5 van gehydrateerd ijzeroxyde dat goethiet bevat als hoofdcomponent door het verouderen 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 de alkalische suspensie wordt onderworpen aan een verouderingsbehandeling en vervolgens onderworpen aan een warmte-10 behandeling bij een temperatuur die hoger is dan de verouderingstempera-tuur onder atmosferische druk.

De werkwijze volgens de uitvinding is hierop gebaseerd, dat goethiet met een goede kwaliteit kan worden verkregen gedurende een relatief korte tijd zonder dat een autoclaaf moet worden toegepast door het 15 verbeteren van de behandelingen van de alkalische suspensie die wordt verkregen door het mengen van een base met een waterige oplossing van een ijzer(III) ion als hoofdcomponent.

Volgens de werkwijze van de uitvinding wordt de alkalische suspensie bereid door het mengen van een base met een waterige oplossing van 20 een ijzer(III)zout zoals ijzer(III)chloride als hoofdcomponent. Een hoeveelheid van de base in een lichte overmaat,, bijvoorbeeld 1 tot 10? overmaat ten opzichte van de hoeveelheid base die vereist is voor de neutralisatie wordt gebruikt. De alkalische suspensie heeft een rood-bruine kleur. De met name te gebruiken base is natriumhydroxyde. De base kan 25 gekozen worden uit de alkali of aardalkalimetaalhydroxyden en carbonaten zoals kaliumhydroxyde en calciumhydroxyde.

De alkalische suspensie wordt behandeld om het gehydrateerde ijzeroxyde om te zetten in de goethiet-vorm. Bij de bekende werkwijze wordt het verouderen gedurende 100 tot 200 uren uitgevoerd. Bij de werk-30 wijze volgens de uitvinding geldt dat wanneer een bepaald verouderings-effect is bewerkstelligd door de veroudering te doen plaatshebben gedurende een kortere tijd zonder veroudering gedurende een langere tijd de behandeling wordt veranderd tot een warmtebehandeling, zodat de reactie wordt versneld, waarbij goethiet met een goede kwaliteit kan worden ver-• 35 kregen. Bovendien is het echter van belang dat de warmtebehandeling kan worden uitgevoerd onder atmosferische druk, zonder dat hiervoor een speciale apparatuur nodig is zoals een autoclaaf. Anderzijds kan goethiet met een .goede kwaliteit niet worden verkregen door een willekeurige ver- 8005435 -4- 21521/Vk/jg oudering, door een warmtebehandeling bij een temperatuur die hoger is dan de temperatuur voor het verouderen. Geel goethiet met een goede kwaliteit kon bijvoorbeeld niet worden verkregen zonder een verouderingsbehan-deling bij 80-100 °C.

5 Zodoende zal het duidelijk zijn dat de veroudering een vereiste stap is die niet achterwege kan blijven ter verkrijging van goethiet met een hoge kwaliteit. Bij de werkwijze volgens de uitvinding wordt de alkalische suspensie van een ijzer(III)zout gedurende enkele uren behan -deld tot 10 uren of meer. De omstandigheden voor het verouderen kunnen gelijk zijn aan de conventionele omstandigheden, waarbij de alkalische suspensie op een temperatuur van 20-70 °C wordt gehouden gedurende 3-20 uren onder zacht roeren.

De alkalische suspensie van een ijzer(III)zout heeft een roodbruine kleur. De kleur wordt bij het verouderen geleidelijk veranderd.

15 Bij een bekende werkwijze heeft het verouderen plaats gedurende 100-200 uren en hierbij verandert de kleur tot geel, waarbij de volledige omzetting tot goethiet wordt bewerkstelligd. Zodoende wordt bij de-werkwijze volgens de uitvinding de verouderingsbehandeling omgezet tot een warmtebehandeling bij een hogere temperatuur na een bepaalde verouderingsstap, 20 waarbij goethiet met een voortreffelijke kwaliteit kan worden verkregen.

De stap voor het veranderen van de verouderingsbehandeling tot een warmtebehandeling heeft plaats op een tijdstip waarbij de kleur van de alkalische suspensie verandert van rood-bruin tot bruin. De periode van het begin van de verouderingsbehandeling tot deze kleurverandering is gewoon-25 lijk minder dan 20 uren bij de normale verouderingstemperatuur, hoewel deze afhankelijk is van de verouderingstemperatuur. Deze tijd is bijvoorbeeld 16 uren bij een verouderingstemperatuur van 30 °C en 4 uren bij een verouderingstemperatuur van 60 °C. Dit betekent dat de veroudering die vereist is voor de conversie tot goethiet op een gewenst niveau wordt bereikt 30 in een vroeg stadium na het begin van de verouderingsbehandeling. Zelfs wanneer de temperatuur wordt verhoogd nadat een dergelijk niveau wordt bereikt kan geen nadelige invloed worden waargenomen. De alkalische suspensie wordt na de verouderingsbehandeling verwarmd tot een temperatuur hoger dan 70 °C, bij voorkeur tot ongeveer het kookpunt en wordt hierop 35 gehouden gedurende 5 tot 10 uren. De omzetting tot goethiet wordt bewerkstelligd onder hoge snelheid. De omzetting tot goethiet wordt beëindigd wanneer de kleur van de alkalische suspensie wordt veranderd tot geel.

Het precipitaat wordt afgescheiden door filtratie en gewassen 8005435 -5- 21521/Vk/jg met water en gedroogd ter verkrijging van een fijn naaldvormig goethiet-poeder.

Wanneer een zinkion wordt verkerkt in de alkalische suspensie van het ijzer(III)zout, wordt de naaldverhouding van het verkregen goe-5 thiet verbeterd· en de eigenschappen van het magnetisch poeder ter verkrijging van een magnetisch registreermedium zijn verbeterd. Een hoeveelheid Znc , verwerkt in de alkalische suspensie geeft een verhouding Zn /Fe5 van ongeveer 1 tot 3%.

Volgens de tweetr«Psbehandeling van de werkwijze volgens de 10 uitvinding kan goethiet met een goede kwaliteit worden verkregen voor een produktie op grote schaal en tegen lage kosten binnen een relatief korte tijd. Daarom heeft dit procédé industrieel grote voordelen.

De uitvinding wordt nader toegelicht aan de hand van de volgende voorbeelden die niet als beperkend moeten worden opgevat.

15 Voorbeeld I

In 600 ml gedeïoniseerd water werd 25 g natriumhydroxyde (zuiverheid 95%) opgelost en 60 ml 35 % waterige oplossing ijzer(III)chloride werd toegevoegd onder roeren ter bereiding van een rood-bruine suspensie. De suspensie werd verouderd gedurende 16 uren bij een temperatuur van i 20 30 + 3 °C. De kleur van de suspensie werd veranderd van rood-bruin tot geel-bruin. Op dit tijdstip werd de suspensie verwarmd en onder koken gehouden gedurende 8 uren. De kleur van de suspensie werd veranderd tot geel. Het precipitaat werd afgescheiden door filtratie en gewassen met water en gedroogd ter verkrijging van een geel poeder. Volgens de röntgen-. 25 straaldiffractie werd bevestigd dat het poeder goethiet was. Volgens een waarneming met een elektronenmicroscoop werd bevestigd dat het poeder bestond uit naaldvormige kristallen met een gemiddelde lengte van ongeveer 0,68 jim. Volgens een meting volgens de BET-methode bleek, dat het poeder 2 een specifiek oppervlak had van 63,^ m /g.

30 Het gele poeder werd gedehydrateerd bij 600 °C en gereduceerd bij 400 °C in een atmosfeer van stikstof die ethanol bevat ter verkrijging van magnetiet. Het magnetiet had magnetische karakteristieken, met name een coërcitiekracht van 415 Oe en een verzadigings magnetisch moment per gewichtseenheid van 82,3 emu/g. Het magnetiet kan worden ge-35 bruikt als magnetisch poeder voor het vervaardigen van een magnetisch registreermedium.

Voorbeeld II

In 500 ml gedeïoniseerd water werd 27,0 g ijzer(III)chloride -6- 21521/Vk/jg (FeCl-.óH-O) opgelost en 2 ml 1 molaire oplossing zinkchloride werd toe-gevoegd. De verhouding Zn /Fe3 was ongeveer 2 gew.%. Aan de oplossing werd 2 N waterige oplossing van natriumhydroxyde toegevoegd onder roeren ter verkrijging van een rood-bruine suspensie met een pH van 12,5.

5 De suspensie werd verouderd bij een temperatuur van 60 °C gedu rende 4 uren met een mantelverwarmer, waarbij de suspensie in kleur werd veranderd tot bruin. De suspensie werd verwarmd en gehouden onder kook-omstandigheden gedurende 8 uren ter verkrijging van een geel-bruine suspensie. Het precipitaat werd afgescheiden door filtratie en gewassen met 10 water en gedroogd ter verkrijging van een poeder. Volgens de röntgenstra-lendiffractiemethode werd bevestigd dat het poeder bestond uit goethiet.

Het goethietpoeder bestond uit naaldvormige kristallen met een gemiddelde · lengte van 0,54^ en een verbeterde naald verhouding, hetgeen werd bewerkstelligd door de toepassing van de zinkionen. Volgens de BET-meting 15 was het specifieke oppervlak van het goethietpoeder 84,7 m /g. Magnetiet bereid uit het goethietpoeder, zoals vermeld in voorbeeld I, had magnetische eigenschappen, waarvan de coërcitiekracht 435 Oe bedroeg en een . verzadigings-magnetisch moment per gewichtseenheid ran 81,2 emu/g.

-CONCLUSIES- 80 05 43 5

Claims (7)

1. Werkwijze voor het bereiden van een gehydrateerd ijzeroxyde dat als hoofdcomponent goethiet bevat door het verder bewerken van een 5 alkalische suspensie verkregen door het mengen van de base met een waterige oplossing van een ijzer(III)ion als hoofdcomponent, met het kenmerk, dat de alkalische suspensie wordt onderworpen aan een verouderingsbehan-deling en vervolgens aan een warmtebehandeling bij een temperatuur die hoger is dan de verouderingsbehandeling onder atmosferische druk.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de ver ouderingsbehandeling werd uitgevoerd gedurende ten minste een zodanige tijd, dat de kleur van de alkalische suspensie verandert van rood-bruin · tot bruin.

3. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de ver- 15 ouderingsbehandeling wordt uitgevoerd bij een temperatuur van 20 tot 70 '°C gedurende 3-20 uren.

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 de warm- 20 tebehandeling wordt uitgevoerd onder kookomstandigheden van het verwarmde mengsel gedurende 5-10 uren.

6. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de base wordt toegevoegd in een zodanige verhouding, dat een lichte overmaat aan base aanwezig is ten opzichte van de hoeveelheid die vereist is voor de 25 neutralisatie van de waterige oplossing van de ijzer(III) ion als hoofdcomponent .

7. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat zink-ionen worden toegevoegd aan de waterige oplossing van het ijzer(III) ion. 8005435