Получение феррита бария из отходов производства машиностроительных предприятий

Введение.

В курсовой работе предпринята попытка решения проблемы утилизации гальваношламов и содержащегося в них железа, а также отходов машиностроительной, автомобильной, металлургической промышленности.

Гидрооксиды тяжёлых металлов (хром, никель, цинк, медь, железо), входящие в состав гальваношламов, обладают токсичным, концерогенным и мутагенным влиянием на живые организмы. Ионы тяжёлых металлов являются одними из основных и наиболее опасных загрязнителей окружающей среды.

Проблема утилизации гальваношламов является межотраслевой, поскольку гальванические цехи или участки имеются на большинстве крупных предприятий, но наиболее она выражена в машиностроении, где широко используются гальванические операции. При промывке деталей после гальванических операций ион тяжёлых металлов попадают в воду, которая очищается на станции нейтрализации. В результате очистки эти металлы выпадают в осадок в виде гидрооксидов, которые накапливаются на шламонакопителях.

Этот вид отходов является крупнотонажным, и его накопление на территории предприятия представляет угрозу экологической безопасности, поэтому поиск технологии переработки гальваношламов является чрезвычайно важным.

В процессе эксплуатации щелочных батарей железнодорожного подвижного состава электролит поглощает из воздуха углекислый газ, который образует углекислые соли этих металлов (карбонаты). Наличие карбонатов в электролите снижает ёмкость аккумулятора и ускоряет его саморазряд. Отработанный электролит собирается в ёмкости и подвергается регенерации, которая заключается в обработке электролита гидрооксидом бария (Ba (OH)2), в результате чего образуется белый осадок карбоната бария (ВаСО3). Отход углекислого бария собирается в емкости и свозится в отвал, т.к. его дальнейшее применение и утилизация еще не найдены.

Крупнотоннажным является отход закалочных ванн термического производства, образующийся на машиностроительных заводах при смене очистке от окалины и других загрязнений ванн закалки стальных изделий. Данный отход относится ко второму опасности; методов его утилизации не предложено, и он продолжает накапливаться на предприятиях.

Целью данной работы является разработка эксперементальных методов получения феррита бария-магнитно-твердого материала из отходов содержащих карбонат бария (аккумуляторного хозяйства), хлорид бария (термическое производство), гальваношламы (металлургия). Проведение термического анализа получения феррита бария.

1. Литературный обзор.

1.1 Получение магнитных материалов из чистых компонентов.

В системе ВаО-6Fe2О3 наряду с ферритом бария ВаО 6Fe2O3 образуются и другие соединения. Установлено, что синтез гексаферрита бария, в основном, протекает через промежуточную стадию образования моноферрита ВаFe2O4, кристаллизующегося в семи модификациях, образование которого по реакции:

BaCO3

начинается при температуре около 700 єС. Образование гексаферрита бария:

BaFe2O4+5Fe2O3=BaFe12O19

происходит при температурах превышающих 900 єС, и полностью заканчивается лишь при температурах 1150−1200 єС.

В технологии ферритов широко используется метод получения поликристаллических ферритовых порошков из химически соосаждённых смесей гидрооксидов, оксалатов, сульфатов и других солей. Выделяют три различных способа синтеза ферритов из соосаждённых смесей:

  • совместное соосаждение гидрооксидов соответствующих металлов с последующим термическим разложением и ферритизацией при 800−1000 єС;
  • получение водных смесей солей соответствующих металлов с последующей дегидратизацией, термическим разложением и ферритизацией при 800−1000 єС;
  • получение твёрдых растворов изоморфных солей с последующим термическим разложением и ферритизацией при 800−1000 єС.

При этом отмечается, что синтез ферритов из совместно соосаждённых гидрооксидов и солей позволяет избежать стадии диффузионного переноса через слой продуктов реакции, то есть проводить синтез при более низких температурах. При этом образуются ферриты несовершенной структуры, с большим числом дефектов, для устранения которых необходимо прокаливание продуктов при 800−1000 єС — при температурах их синтеза из механических смесей оксидов. Однако синтезированные из соосаждённых смесей ферриты получаются более однородными по составу и структуре.

В отечественной и зарубежной практике изготовления магнитов из гексаферритов наиболее широко используют обычную керамическую технологию. В качестве исходных компонентов применяют Fe2O3 и BaCO3, который при температуре 1200 єС разлагается на ВаО и СО2. Реакция ферритизации протекает при 1100−1200 єС.

1.2. Способы повышения магнитных свойств ферритов.

Для протекания химических реакций необходим непосредственный контакт между реагирующими частицами — молекулами, атомами, ионами. В случае реакции между твёрдыми телами непосредственный контакт возможен только в начальный момент времени, затем реагирующие компоненты разделяются прослойкой продукта реакции и дальнейшее течение процесса возможно только путём массопереноса через этот слой.

Свойства магнитных материалов зависят от их химического состава, способа изготовления и термической обработки. При этом намагниченность насыщения относится к группе структурно-нечувствительных магнитных свойств, и её значение лишь незначительно меняется при изменении химического состава и обычно не зависит от условий изготовления и термообработки.

Наиболее важные факторы, влияющие на формирование микроструктуры ферритов.

Чистота сырья. В зависимости от способа синтеза применяют различное сырьё, но наиболее часто чистые оксиды и соли (сульфаты, нитраты, карбонаты). Независимо от вида сырья в конечном счёте образуются оксиды, которые вступают между собой в реакцию ферритизации. Однако химическая реакционная способность оксидов и смеси существенным образом зависит от метода её получения.

С точки зрения получения стабильных и наилучших свойств ферритов желательно применять наиболее чистое сырьё с минимальным количеством примесей, независимо от их вида, однако с увеличением чистоты сырья значительно возрастает его стоимость. Для технологии также большое значение имеет физико-химическое состояние сырья, характеризующее его реакционную способность.