錳鋅軟磁鐵氧體用前驅(qū)體碳酸鹽共沉過(guò)程基礎(chǔ)理論及工藝研究.pdf

1、本論文針對(duì)目前共沉淀法基礎(chǔ)理論研究上的不足、不深入，共沉粉的配比、粒度及形貌難以控制等問(wèn)題，對(duì)共沉淀過(guò)程的基礎(chǔ)理論進(jìn)行了系統(tǒng)研究，最后，將理論研究結(jié)果指導(dǎo)共沉工藝研究，制取了高質(zhì)量的共沉粉和軟磁樣品，得出了一些有意義的結(jié)果： 計(jì)算了各共沉產(chǎn)物的吉布斯生成自由能和熱力學(xué)數(shù)據(jù)，確定了共沉粉是由多種碳酸鹽組成的混合物，即碳酸錳和碳酸亞鐵，堿式碳酸鋅(其結(jié)構(gòu)式為ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O)。 分析了金屬氫氧化物和碳酸鹽

2、開(kāi)始析出的pH值與金屬離子濃度的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)了三種金屬氫氧化物開(kāi)始析出的pH值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于碳酸鹽開(kāi)始析出的pH值，這更加證實(shí)了獲得的共沉粉為碳酸鹽，并且Mn(Ⅱ)和Fe(Ⅱ)的碳酸鹽開(kāi)始析出的pH值非常接近，而Zn(Ⅱ)碳酸鹽開(kāi)始析出的pH值最小。因此，Zn2+最先沉淀，其次是Fe(Ⅱ)和Mn(Ⅱ)的碳酸鹽析出。 用電算指數(shù)方程首次研究了Me(Ⅱ)-NH3-CO32--SO42--H2O(Me表示Fe、Mn、Zn)體系的熱力學(xué)，確定了

3、[Me2+]與各條件的關(guān)系。 發(fā)現(xiàn)該體系中既有Me(Ⅱ)的碳酸鹽沉淀產(chǎn)物的高溶解度區(qū)域，又有低溶解度區(qū)域；pH值是劃分這些區(qū)域的最重要的標(biāo)志，三種Me(Ⅱ)的碳酸鹽產(chǎn)物的低溶解度區(qū)域的重疊部分就是這三種金屬離子的共沉淀區(qū)域。共沉區(qū)域的下限主要是由Fe2+完全沉淀的pH值所決定，而上限則由Zn2+完全沉淀的pH值所決定。Zn(Ⅱ)與Mn(Ⅱ)的碳酸鹽的高溶解度區(qū)域位于該體系的堿性區(qū)，當(dāng)AT=10mol·L-1，CT=0.1mol·

4、L-1時(shí)，Zn(Ⅱ)與Mn(Ⅱ)碳酸鹽的高溶解度區(qū)分別為pH=8.5～12及pH=9～10，最佳共沉區(qū)域范圍為pH=6.5～7.0。 又用同樣的方法分析了Mg(Ⅱ)-Ca(Ⅱ)-NH3-CO32--SO42--H2O的熱力學(xué)，繪制了鈣鎂碳酸鹽在該體系中的熱力學(xué)圖，發(fā)現(xiàn)鈣、鎂碳酸鹽在體系中既存在高的溶解度區(qū)域又存在低的溶解區(qū)域。碳酸鎂的中溶解度區(qū)域正好與最佳共沉區(qū)域重疊。因此，在共沉過(guò)程中可以深度除鈣。 研究了分別以碳酸氫

5、銨和氨水混合物以及碳酸氫銨為沉淀劑的硫酸鹽體系中Zn2+、Mn2+及Fe2+單一金屬離子沉淀過(guò)程，確定了各技術(shù)參數(shù)對(duì)沉淀物組成、粒度、粒度分布、形貌以及沉淀率的影響。發(fā)現(xiàn)沉淀產(chǎn)物為MnCO3、FeCO3，ZnCO3·2Zn(OH)2·H2O，但FeCO3艮不穩(wěn)定，在70℃烘干時(shí)分解成α-FeO(OH)及少部分Fe3O4。在優(yōu)化條件下，沉淀十分完全，粒度可控，且分布范圍窄。 以配比符合低功耗軟磁材料配比的MeSO4溶液為試液，研究

6、了各因素對(duì)共沉過(guò)程的影響規(guī)律。采用混合沉淀劑的共沉優(yōu)化條件為：反應(yīng)溫度為50℃，反應(yīng)時(shí)間為50min，并加，pH值為7.0，加料時(shí)間為50min，NH4HCO3加入量為理論量的1.2倍，[Me2+]r=1.5mol·L-1，常溫陳化12h。在該條件下金屬沉淀率分別為Fe99.962％，Mn99.870％及Zn99.328％，制得的共沉粉平均粒徑為2.56μm。粒度分布范圍在25μm之內(nèi)。用碳酸氫銨為沉淀劑時(shí)，除陳化時(shí)間為24h外，其他條

7、件與混合沉淀劑的相同，金屬沉淀率分別為Fe99.965％，Mn100.00％及Zn99.302％，獲得的共沉粉的平均粒徑為3.80μm，粒度分布范圍在30μm之內(nèi)。以上情況表明，兩種沉淀劑均能很好的控制配比，共沉粉粒度合適，分布范圍窄。 在理論分析和實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行了10kg/槽規(guī)模的共沉淀擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)和500t/a規(guī)模的共沉淀半工業(yè)性試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)與半工業(yè)化試驗(yàn)都證明，在共沉區(qū)域內(nèi)只要降低體系的pH值，鎂的溶解度就明顯增加，