способ получения безводного трифторида железа

Формула изобретения

1. Способ получения безводного трифторида железа путем обработки соединения железа безводным фтористым водородом, отличающийся тем, что фторированию подвергают оксихлорид железа, полученный термообработкой хлорида железа 6-водного при 160 - 180^oС, причем фторирование проводят в интервале температур 120 - 280^oС.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что высота слоя оксихлорида железа при фторировании не должна превышать 5 - 6 мм.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химической технологии производства фторидов металлов.

Трифторид железа используется в технологии производства сплавов для магнитов на основе системы неодим-железо-бор.

Трифторид железа может быть получен несколькими способами.

Сжиганием железа во фторе. Этот метод очень дорогостоящий.

Существует способ получения трифторида железа взаимодействием оксида железа с газообразным фтором. /Тезисы докладов, ч. I IX Всесоюзный симпозиум по химии неорганических фторидов, г. Череповец, 3-6 июля 1990, с. 73, Буйновский А.С. и др./.

По этому способу оксид железа реагирует в противотоке с разбавленным инертным газом фтором в вертикальной трубе высотой 5-6 м при температурах от 250 до 485^oC. При этом получается степень фторирования в пределах 70-90 мас. %. Дофторирование материала осуществляется в шнековом аппарате.

К недостаткам способа следует отнести использование дорогостоящего фтора, трудность сбалансированной дозировки реагентов (особенно при организации процесса в крупном масштабе), что несомненно будет приводить к локальному превышению выше указанных температур (вероятнее всего в нижней зоне вертикальной части реактора) и появлению в продуктах реакции оксофторида и оксида железа.

При осаждении трифторида железа из растворов образуются его кристаллогидраты с одной, 3 и 4, 5 молекулами воды. При получении безводного трифторида железа в процессе обезвоживания и фторирования его кристаллогидратов даже в атмосфере инертного газа происходит пирогидролиз с образованием оксофторида и оксида железа. По этому способу невозможно получить чистый FeF₃ без примесей продуктов его гидролиза.

В работе /Е.Т. Ипполитов и др. Сборник трудов III Всесоюзного симпозиума по химии неорганических фторидов. Одесса, 20-22 сентября, 1972, с. 71/ сообщается, что безводный фторид железа был получен разложением трехводного кристаллогидрата в токе фтористого водорода при температурах порядка 1000^oC.

Недостатками этого способа являются необходимость использования оборудования из фторопласта вследствии высокой коррозионной активности среды, длительность процесса выпаривания раствора фторида железа, значительные трудности в создании оборудования при увеличении масштаба процесса, необходимость повторного применения фторирующего агента /HF/ на стадии обезвоживания кристаллогидрата.

Наиболее близким по технической сущности заявляемому способу является (патент N 2065403, C 01 G, 49/10) способ получения трифторида железа обработкой гидроксида железа трехвалентного высушенного при температурах 60-250^oC до влажности 20-30%, при которой его можно измельчать в порошкообразное состояние с последующим фторированием безводным фтористым водородом при температурах 120-500^oC в течение не менее 2-х ч и толщине слоя 2-3 мм.

К недостаткам способа следует отнести:

- высокая остаточная влажность высушенного гидроксида железа, которая приводит к спеканию продукта, что затрудняет промышленное использование этой технологии;

- высокая конечная температура фторирования - 500^oC. Небольшая высота слоя продукта (не более 2-3 мм) при фторировании порошка снижает производительность процесса.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем.

В качестве исходного вещества используется хлорид железа 6-водный (FeCl₃6H₂O), который в процессе термообработки при температурах 160-180^oC переходит в оксихлорид железа (FeOCl)|. Оксихлорид железа измельчается до крупности минус 0,16 мм 100% (его влажность 1-3%) и обрабатывается безводным фтористым водородом в интервале температур от 120 до 280^oC при толщине слоя вещества в лодочке 5-6 мм.

Данный способ дает возможность получения трифторида железа, достаточно активного для получения лигатуры неодим-железо-бор, при более низкой температуре. Кроме того, повышается производительность процесса за счет увеличения слоя фторируемого продукта.

Пример 1. Степень конверсии оксихлорида в трифторид железа рассчитывали по содержанию хлора в этих веществах. Содержание хлора в оксихлориде железа 33%.

Степень конверсии оксихлорида железа в трифторид железа оп.1 и 2 выше чем в оп. 3, поэтому оптимальный интервал температуры термообработки FeCl₃6H₂O составляет 160-180^oC. Содержание в образцах (опыты 1, 2, 3) железа 48,6% и фтора 49,8%.

Пример 2. В опытах использовали образцы полученные термообработкой при температуре 160^oC.

Увеличение начальной температуры фторирования оксихлорида железа и соответственно слоя продукта от 1 до 6 мм снижает степень конверсии.

Уменьшение начальной температуры фторирования <120C приводит к образованию спеков трифторида железа.

Пример 3. Фторирование оксихлорида железа целесообразно проводить в интервале температур 120-280^oC при высоте слоя продукта 5-6 мм.

Пример 4. В опытах использовали продукты полученные термообработкой FeCl₃6H₂O при температуре 160^oC. Высота слоя FeOCl была 5 мм.

Процесс фторирования необходимо проводить в указанном интервале температур в течение 4-6 ч. По данным рентгенофазового анализа получен безводный трифторид железа. Содержание в образцах железа 47,3-48,4%, фтора 48,8-49,6%.

По сравнению с прототипом предлагаемый способ имеет следующие преимущества:

- высокая степень конверсии оксихлорида в безводный трифторид железа - 96-99,5%;

- почти в 2 раза снижается температура фторирования, что обеспечивает увеличение срока службы оборудования;

- увеличение производительности процесса фторирования за счет увеличения слоя продукта в 2 раза.