ПОЛУЧЕНИЕ ОКСИДА ЖЕЛЕЗА ИЗ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОРОШКОВ
Аннотация
Проведен сравнительный анализ различных методов получения высокодисперсных оксидов железа. Выявлены достоинства и недостатки традиционных и развивающихся методов синтеза оксидов железа для катализаторов, сорбентов и керамических материалов. Показаны преимущества метода механохимического синтеза для получения высокодисперсных оксидов железа для катализаторов среднетемпературной конверсии СО в производстве аммиака и окисления метанола в формальдегид. Методами рентгенофазового, рентгеноструктурного, синхронного термического анализов и мессбауэровской спектроскопии исследован процесс механохимического окисления порошков железа (ПЖ) и чугуна (ПЧ) с целью получения оксидов железа. Исследован фазовый состав и удельная поверхность получаемых оксидов. Установлено, что в процессе механической активации железосодержащих порошков в водной среде образуется система Fe-Fe3O4-FeOOH. Термическая обработка при 450 °С в течение 6 ч вызывает разложение FeOOH до α-Fe2O3 и частичное окисление металлического железа. Методом дифференцирующего растворения показано, что ПЧ в присутствии воды в ролико-кольцевой вибрационной мельнице за 60 мин МА окисляется на 77,6%, а ПЖ окисляется на 88 % Остаточное содержание металлического железа составляет 7 – 15%. Установлено, что в процессе растворения металлических порошков в растворах щавелевой кислоты с использованием ультразвука образуется FeC2O4 · 2H2O, который в условиях термолиза разлагается до маггемита – γ-Fe2O3 с выделением СО и СО2, а при Т= 400 °С до гематита – α-Fe2O3. Показана возможность применения образовавшихся оксидов железа при получении железохромовых катализаторов среднетемпературной конверсии СО в производстве аммиака и железомолибденовых катализаторов для синтеза формальдегида. Степень конверсии СО составляет 92,0% при Т=340 °С, а производительность по формальдегиду 13,0 мкмоль/г.с.
Литература
Shabanovа N.A. Popov V.V., Sarkisov P.D. Chemistry and technology of nano-dispersed oxides. M.: Akade-mkniga. 2006. 309 р. (in Russian).
Stepanov E.G., Kotelnikov G.R. isintegrator technology in the production of fresh and the processing of deac-tivated catalysts for petrochemical processes. Message I. Disintegrator activation in the preparation of iron oxide dehydrogenation catalysts. Kataliz Prom.. 2005. N 1. P. 44 – 56 (in Russian).
Ilyin A. P., Ilyin A.A., Smirnov N.N. Development of catalysts for the process of medium-temperature conver-sion of carbon monoxide in the production of ammonia. Ross. Khim. Zhurn. 2006. V. 50. N 3. P. 84 – 93 (in Rus-sian).
Catalysts of company Alvigo for the production of am-monia synthesis gas and maintenance of hydrogen. Kataliz v prom-ti. 2003. N 1. P. 41-43 (in Russian).
Ilyin A.A., Ilyin A.P., Kurochkin V.Y, Smirnov N.N., Flegontova Y.V. Mechanochemical oxidation of metallic iron powder. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2008. V. 51. N 3. P. 33-36 (in Russian).
Kwon S.K., Suzuki S., Saito M., Waseda Y. Atomic-scale structure and morphology of ferric oxyhydroxides formed by corrosion of iron in various aqueous media. Corrosion Sci. 2006. V. 48. P. 3675-3691. DOI: 10.1016/j.corsci.2006.01.001.
Hongbo Fu, Xie Quan. Complexes of fulvic acid on the surface of hematite, goethite, and akaganeite: FTIR observation. Chemosphere. 2006. N 63. P. 403-410. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2005.08.054.
Mohapatra M., Sahoo S.K., Anand S., Das R.P. Re-moval of As(V) by Cu(II)-, Ni(II)-, or Co(II)-doped goe-thite samples. J. Colloid Interface Sci. 2006. N 298. P. 6-12. DOI: 10.1016/j.jcis.2005.11.052.
Chorkendorf I., Naymantsvedrayt Kh. Concepts of Modern Catalysis and Kinetics. Dolgoprudnyi: Izd. Dom «Intellekt». 2010. 504 p. (in Russian).
Angove M.J., Wells J.D., Johnson B.B. The influence of temperature on the adsorption of mellitic acid onto goe-thite. J. Colloid Interface Sci. 2006. N 296. P. 30-40. DOI: 10.1016/j.jcis.2005.07.066.
Liu H., Guo H., Li P., Wei Yu. The transformation of ferrihydrite in the presence of trace Fe( II ): The effect of the anionic media. J. Solid State Chem. 2008. V. 181. N 10. P. 2666 - 2671. DOI: 10.1016/j.jssc.2008.06.052.
Liu H., Li P., Zhu M., Wei Yu. Fe(II)-induced transfor-mation from ferrihydrite to lepidocrocite and goethite. J. Solid State Chem. 2007. V. 180. N 7. P. 2121 -2128. DOI: 10.1016/j.jssc.2007.03.022.
Schwertmann U., Murad E. Effect of pH on the formation of goethite and hematite from ferrihydrite. Clays Clay Miner. 1983. V. 31. N 4. P. 277-284. DOI: 10.1346/CCMN.1983.0310405.
Yu J.Y., Park M., Kim J. Solubilities of synthetic schwertmannite and ferrihydrite. Geochem. J. 2002. V. 36. N 2. P. 119-132. DOI: 10.2343/geochemj.36.119.
Carta D., Casula M. F., Corrias A., Falqui A., Navarra G., Pinna G. Structural and magnetic characterization of’synthetic ferrihydrite nanoparticles. Mat. Chem. Phys. 2009. V. 113. N 1. P. 349-355. DOI: 10.1016/j.matchemphys.2008.07.122.
Grinberg Ye.Ye., Ivanov S.V., Chernaya N.G., Levin YU.I., Val'nin G.P. High purity alcoholate technology for producing nanopowders and thin layers. Fizich. Me-zomekhanika. 2004. N 7. Pt. 2. P. 69-72 (in Russian).
Kotikov D.A., Ivanovskaya D.A. Using the sol-gel method for the synthesis of various structural modifica-tions of iron (III) oxide in a nanoscale state. Vestn. Belo-rus. Un-ta. Ser.2. Khimiya. Biologiya. Geografiya. 2005. N 2. P. 11 (in Russian).
Tret'yakov Yu.D,. Putlyayev V.I. Introduction to the chemistry of solid-phase materials. M.: Izd-vo Mosk. un-ta: Nauka. 2006. 400 p. (in Russian).
Mikhaylov M.D. Modern problems of materials science. Nanocomposite materials. SPb.: Izd-vo Politekh. un-ta. 2010. 208 p. (in Russian).
Boldyrev V.V., Avvakumov E. G., Boldyreva E. V. Fundamental bases of mechanochemical activation, mechanosynthesis and mechanical technologies. Novosi-birsk. Izd-vo SO RAN. 2019. 343 p. (in Russian).
Emelyanov D.A., Korolev K.G., Mikhailenko M.A., Kiot'ko A.V., Oleynikov N.N., Tret'yakov YU.D., Boldyrev V.V. Mecha-nochemical synthesis of vustite Fe1-xO in devices of increased power. Neorg. Mater. 2004. V. 50. N 3. Р. 84-93 (in Russian).
Lomaeva S.F., Maratkanova A.N., Nemtsov A.M., Chulkina A.A, Elsukov E.P. Mechanical activation of iron in the presence of water. Khimiya Inter. Ustoich. Razvitiya. 2007. V. 5. P. 103-109 (in Russian).
Ilyin A.A., Ilyin A.P. Smirnov N.N. Oxidation of metal-lic iron with oxygen in the process of mechanical activa-tion. Russ. J. Appl. Chem. 2010. V 83. N 9. P. 93-96. DOI: 10.1134/S1070427210090053.
Ilyin A.A., Rumyantsev R.N. Ilyin A.P. Smirnov N.N. Low-temperature oxidation of iron during its mechanical activation. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2011. V. 54. N 1. Р. 103-107 (in Russian).
Rumyantsev R.N., Ilyin A.A., Ilyin A.P., Pankratova S.P. Mecha-nochemical oxidation of cast iron scrap. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2011. V. 54. N 1. Р. 50-53 (in Russian).
Kreshkov A.P. Fundamentals of Analytical Chemistry. M.: Khimiya. 1976. V. 2. 262 p. (in Russian).
Oh Sei J., Cook D.C., Townsend H.E. Characterization of iron oxides commonly formed as coprrosion products on steel. Hyperfine Interact. 1998. V. 112. P. 59-65. DOI: 10.1023/A:1011076308501.
Shabashov V.A., Litvinov A.V., Mukoseev A.G., Sagaradze V.V., Vil'danova N.F. Deformation-induced phase transitions in the system iron oxide-metal. FMM. 2004. V. 98. N 6. P. 38-53 (in Russian).
Il'in A.A., Il'in A.P., Zhukov A.B, Rumyantsev R.N. RF Patent N 2458738. A method of producing a catalyst for the oxidation of methanol to formaldehyde. 20.08.2012. Bull. N 23 (in Russian).
Il’in A.A., Rumyantsev R.N., Il’in A.P. Mechanochemi-cal synthesis of molybdates: influence of mechanical ac-tivation on structure of molybdenum oxides and iron. In: Formaldehide. Synthesis, Applications and potential Health Effects. Ed. by A. Patton. New York: Nova pub-lishers. 2015. P. 155-167.
Il'in A.A., Il'in A.P., Zhukov A.B, Lapshin M.A. RU Patent N 2677694. The method of preparation of the cata-lyst for medium-temperature conversion of carbon mon-oxide with water vapor. 21.01.2019. Bull. N 3 (in Russian).
