КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МАГНИТОТВЕРДЫХ ФЕРРИТОВ
COMPOSITION FOR PRODUCTION OF MAGNETICALLY HARD FERRITES

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к материалам для изготовления магнитотвердых ферритов, предназначенных для использования в процессах очистки сточных вод, в магнитных фильтрах, а также в качестве размольных и перемешивающих тел в электромагнитных аппаратах.
Известна (JP, заявка 64-1268001) композиция для изготовления магнитов, включающая порошок магнитного феррита, органический полимер, алюминий и кислую соль хрома.
Известна (JP, заявка 60-136207) композиция для изготовления постоянных магнитов из магнитопласта с синтетической связкой (соединение полиамидной, полиолефиновой групп и др.) путем добавления в нее пластификатора - нормального бензолсульфонамида или подобного ему соединения.
Известна (SU, авторское свидетельство 1804466) магнитная полиамидная композиция, содержащая мас.%:
Магнитный порошок
80-95
Полидиметилсилоксан
0,5-2,0
Касторовое масло
0,5-2,0
Стеарат кальция или цинка
0,5-2,0
Полиамид
остальное
2
Известна (RU, патент 2139898) композиция для изготовления анизотропных магнитов, включающая магнитный порошок, стеарат кальция или цинка, касторовое масло и полиамид, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит диоктилфталат, кислую соль хрома, слоистый алюмосиликат, пиритовый огарок и анизотропный порошок редкоземельного магнитотвердого сплава с удельной поверхностью 870-950 см/г со средним размером частиц 25 мкм, а в качестве магнитного порошка - феррит стронция при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Феррит стронция
58-72
Стеарат кальция или цинка
0,2-0,5
Касторовое масло
0,2-0,5
Диоктилфталат
0,15-0,3
Кислая соль хрома
0,2-1,5
Слоистый алюмосиликат
0,2-1,0
Пиритовый огарок
0,1-1,0
Анизотропный порошок редкоземельного
магнитотвердого сплава
с удельной поверхностью 870-950 см<sup>2</sup>/г
16-30
Полиамид
остальное
Недостатком всех указанных смесей являются недостаточно высокие показатели магнитных свойств получаемых анизотропных магнитов, высокие энергозатраты, а также малая механическая прочность, не позволяющая использовать их в качестве размольных и перемешивающих тел в электромагнитных аппаратах.
Известна (SU, авторское свидетельство 1671408) композиция для изготовления магнитотвердых ферритов, содержащая в качестве исходных компонентов шлам очистки сточных вод, полученный при использовании в качестве сорбента гидроксидов железа и термообработанный при температуре 430-450°C при следующем соотношении компонентов материала, мас.%:
Оксид бария
11,4-12,4,
Железосодержащий шлам
остальное
К недостаткам этого материала относятся низкие магнитные и прочностные характеристики полученного материала, что ограничивает применение материала в качестве размольных и перемешивающих тел в электромагнитных аппаратах.
Техническая задача, решаемая посредством разработанной композиции, состоит в получении ферритных гранул с улучшенными эксплуатационными характеристиками.
Технический результат, получаемый при реализации разработанной композиции, состоит в снижении себестоимости и упрощении технологии изготовления ферритов при одновременном повышении магнитных и прочностных характеристик материала.
Для получения указанного технического результата предложено использовать композицию для изготовления магнитотвердых ферритов, содержащую гексаферрит стронция, аэросил в гелеобразном состоянии, а также отходы, образующиеся при обезвреживании галогеноорганических соединений, - термообработанный шлам, содержащий хлористый и фтористый кальций.
Количественный состав указанной композиции зависит от характеристик получаемых гранул. Экспериментально установленные закономерности влияния используемых компонентов на характеристики получаемых ферритных гранул позволяют определить количественный состав композиции.
Желательно использовать гексаферрит стронция и термообработанный шлам в виде порошков с размером частиц от 2 до 4 мкм.
В предпочтительном варианте реализации композиция содержит (мас.%):
Термообработанный шлам
10-12
Аэросил (в пересчете на порошок)
1-2
Гексаферрит стронция
остальное
В составе композиции предпочтительно используют аэросил по ГОСТ 14922-77, смешанный с водой при соотношении от 10 до 15 мас.% в электромагнитном аппарате, в результате этого процесса получается гель.
Предпочтительно соотношение хлористого кальция в термообработанном шламе составляет от 30 до 50 мас.%.
В композиции желательно использовать гексаферрит стронция, обработанный в электромагнитном аппарате с напряженностью магнитного поля 50-60 кА/м.
Использование термообработанного шлама обезвреживания галогеноорганических соединений позволяет повысить активность шихты в процессе обжига ферритов, так как шлам является мелкодисперсным материалом с высокой степенью активности. Использование указанного шлама, а также предварительная обработка исходной шихты в электромагнитном аппарате, позволяет упростить технологию производства ферритов за счет уменьшения температуры обжига исходных материалов, а также сокращения времени выдержки при конечной температуре обжига. Также это позволяет исключить длительная стадия помола материалов. Повышение магнитных свойств материала обеспечено использованием в качестве исходного компонента гексаферрита стронция, а повышение прочностных характеристик - введением в исходную смесь аэросила в гелеобразном состоянии.
Кроме того, использование термообработанного шлама обезвреживания галогеноорганических соединений в качестве исходного сырья для производства ферритов позволяет значительно сократить себестоимость получаемой продукции, так как шлам является отходом производства и за его утилизацию предприятие-поставщик доплачивает потребителю.
В предпочтительном варианте реализации для получения магнитотвердых ферритов применяют следующие компоненты: порошок гексаферрита стронция - 85-87 мас.%, гелеобразный аэросил - 1-3 мас.%, термообработанный шлам, образующийся при обезвреживании галогенорганических соединений, обработанный для перемешивания в электромагнитном аппарате, содержащий фтористый и хлористый кальций, - остальное.
Для удаления из шлама органических веществ и других примесей его предварительно прокаливают при 430°C. Термообработку шлама проводят в течение примерно 5 минут в окислительно-восстановительной среде.
2
Термообработанный шлам представляет собой тонкодисперсный порошок с удельной поверхностью 9000 см/гр, поэтому для подготовки шихты для получения ферритов не требуется длительного помола.
Технологическая схема процесса изготовления магнитотвердых ферритов включает формование с добавлением водной эмульсии поливинилацетата, сушку при температуре ~100°C в течение ~30 мин, обжиг при температуре ~1200°C в течение ~5-10 мин и намагничивание.
Процесс осуществляют следующим образом.
Исходный порошок гексаферрита стронция с размером частиц 2-4 мкм предварительно обрабатывают в электромагнитном аппарате с напряженностью магнитного поля 50-60 кА/м в течение примерно 5 минут для получения более тонкодисперсной фракции, затем в электромагнитный аппарат подают термообработанный шлам и гелеобразный аэросил, время перемешивания исходных компонентов в электромагнитном аппарате составляет 5-10 мин. Смешение исходных компонентов электромагнитном аппарате способствует активации материала на электронном уровне, что позволяет снизить скорость спекания и значительно повышает свойства получаемого материала.
В полученную шихту добавляют 10% раствор поливинилацетатной эмульсии в количестве 10% и проводят прессование или формование.
Спекание проводят при температуре 1180-1200°С в течение 5-10 минут.
В таблице приведено соотношение компонентов при приготовлении исходной шихты, а также свойства получаемых магнитных материалов.
Как следует из таблицы, предлагаемый материал позволяет получать магниты из феррита стронция с добавлением шлама, образующегося при обезвреживании галогенорганики и гелеобразного аэросила с более высокими характеристиками (примеры 1-4), чем из известного материала (пример 5).
Изобретением решаются такие важные проблемы, как охрана окружающей среды от токсичных отходов, задачи ресурсо- и энергосбережения.
Реализация композиции разработанного состава позволяет снизить себестоимость твердого ферромагнита на 12% при одновременном упрощении технологии изготовления ферритов и повышении магнитных характеристик материала на 7%, а прочностных характеристик на 19%.