DE1250803B - Verfahren zur Herstellung von y-FeaOs - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

int. CL:

COIg

Deutsche KL: 12 η-49/06

Nummer: 1 250 803

Aktenzeichen: E 28573IV a/12 η

Anmeldetag: 27. Januar 1965

Auslegetag: 28. September 1967

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von magnetischem Eisenoxyd, d.h. ein Verfahren zur Herstellung von y-Eisenoxyd aus oc-Eisenoxyd.

Es ist bekannt, A-Fe₂O₃ oder Oc-Fe₂O₃ · H₂O als Ausgangsmaterial zur Herstellung von magnetischem Eisenoxyd zu verwenden. Bei diesem Verfahren wird zunächst die α-Form zu Fe₃O₄ reduziert, worauf dieses dann zu magnetischem y-Fe₂O₃ oxydiert wird. Die Reduktion erfolgt durch Erhitzen des α-Oxydes oder seines Hydrates in einer reduzierenden Atmosphäre wie Wasserstoff, Naturgas, Methan, Äthan, Acetondämpfen u. dgl. Das Fe₃O₄ wird dann nach dem Abkühlen mit Luft oxydiert.

Beim bekannten Verfahren erfolgt die Umsetzung in einer großen, rotierenden Trommel, z.B. einem Calcinierofen, der im Innern der Umwälzung des Materials dienende Vorrichtungen enthält. Am einen Ende der Trommel wird das reduzierende Gas durch ein drehbares Verbindungsstück eingeleitet, während die Abgase am anderen Ende abgezogen werden. Der Calcinierofen wird mittels eines Getriebes gedreht und von außen durch eine Reihe Gasbrenner oder mit Hilfe elektrischer Widerstände beheizt.

Nach dem Beladen des Röstofens mit Fe₂O₃ oder a-Fe₂O₃ · H₂O wird das reduzierende Gas eingeleitet und die Charge auf 300 bis 400° C erhitzt. Nach quantitativer Reduktion zu Fe₃O₄ wird der Röstofen dann auf 100⁰C abkühlen gelassen. Danach wird zur Oxydation Luft eingeleitet. Nach Einsetzen der Reaktion wird die zur Weiteroxydation erforderliche Wärme von selbst entwickelt. Sobald die Temperatur zu rasch ansteigt, wird die Luftzufuhr unterbrochen und der Reaktor vor der Weiteroxydation abgekühlt.

Das bekannte Verfahren besitzt den Nachteil, daß die Qualität des anfallenden y-Eisenoxydes nicht immer gleichmäßig gut ist und daß die Herstellungskosten relativ hoch sind.

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein in der Durchführung einfacheres Verfahren zur Umwandlung von a-Fe₂O₃ in y-Fe₂O₃ zu entwickeln, bei dem ein gleichmäßigeres und in der Gesamtqualität verbessertes Endprodukt entsteht.

Diese Aufgabe wurde durch Entwicklung eines Verfahrens gelöst, bei dem die Umwandlung der oc- in die y-Form in einem Wirbelschichtreaktor in bestimmter Weise erfolgt.

Das Verfahren der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß man Oc-Fe₂O₃ in einem Wirbelschichtreaktor zunächst mittels Druckluft unter Erhitzen auf 315 bis 426° C fluidisiert, daß man die Fluidisierung des Eisenoxyds nach Entfernung des Hydratwassers und Ausspülen des Reaktors durch Einleiten eines Inert-Verfahren zur Herstellung von y-Fe₀O_;!

Anmelder:

Eastman Kodak Company,

Rochester, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. W. Wolff, H. Bartels und Dr. J. Brandes, Patentanwälte, München 22, Thierschstr. 8

Als Erfinder benannt:
John Stephen Perlowski,
William Eugene Sillick,
Rochester, N. Y. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 30. Januar 1964 (341 238)

gases und danach eines reduzierend wirkenden Gases bis zur vollständigen Reduktion des Oc-Fe₂O₃ zu Fe₃O₄ fortsetzt, daß nian den Reaktor von neuem ausspült und daß man schließlich unter Abkühlen des Eisenoxyds auf 288 bis 371° C mit einem inerten Gas und anschließend in diesem Temperaturbereich mit einem Inertgas-Luft-Gemisch bis zur vollständigen Oxydation des Fe₃O₄ zu 7-Fe₂O₃ weiterfluidisiert.

Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn man als Inertgas Stickstoff, als reduzierend wirkendes Gas Wasserstoff und als Inertgas-Luft-Gemisch ein Stickstoff-Luft-Gemisch verwendet.

Als vorteilhaft hat es sich ferner erwiesen, wenn man

a-Fe₂O₃-Teilchen verwendet, die ein Sieb einer Ma- - schenweite von 0,120 bis 0,246 mm passieren, und wenn die Gase in den Reaktor mit einer Geschwindigkeit von 0,037 bis 0,152 m pro Sekunde eingeführt werden.

Nach dem Verfahren der Erfindung wird das a-Fe₂O₃ · H₂O von oben in einen Wirbelschichtreaktor gegeben, der die Form eines vertikalen Zylinders haben kann und mittels elektrischer Widerstände oder auf andere Weise beheizt wird. Die Eisenoxydpartikeln werden in dem Reaktor durch einzelne Preßluftströme aus der Gasverteilerplatte des Reaktors aufgewirbelt, wobei der Staub der Abgase durch ein Filter entfernt wird. Der Reaktor wird von außen durch eine Kühlspirale mit Wasser gekühlt und die einströmenden Gase elektrisch aufgeheizt.

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N ach dem Beschicken des Reaktors mit A-Fe₂O₃-H₂O wird beispielsweise eine Gasgeschwindigkeit von etwa

wird zur Entfernung des Hydratwassers auf 315 bis 2,141 m pro Sekunde aufrechterhalten.

426° C erhitzt und Luft mit einer Geschwindigkeit von Die folgenden Beispiele sollen das Verfahren der

z.B. 0,12 m pro Sekunde eingepreßt. Wenn die ge- Erfindung näher veranschaulichen,
wünschte Temperatur erreicht ist, wird der Reaktor 5

mindestens 10 Minuten lang mit Stickstoff gespült. Beispiel 1
Während des darauffolgenden Einleitens von Wasserstoff oder eines anderen, zur Reduktion geeigneten Der Reaktor wurde von oben mit 9,07 kg A-Fe₂O₃ · Gases wird der Reaktor auf der gewünschten Tempera- H₂O beschickt, dessen Teilchen eine Größe von 0,246 tür gehalten. Dabei kann das reduzierend wirkende io bis 0,175 mm besaßen. Das Heizaggregat wurde an-Gas in beliebiger Konzentration von 1 bis 100 % an- geschaltet und Luft zur Fluidisierung der Masse eingewandt werden. Die Reduktion ist dann beendet, geleitet. Nach einer Stunde war eine Temperatur von wenn das Produkt quantitativ in Fe₃O₄ übergeführt 371⁰C erreicht und das α-Hydrat dehydratisiert. Vor worden ist. Der Reaktor wird nun auf 288 bis 371° C Beginn der Reduktion wurde der Reaktor 10 Minuten gekühlt und dabei nochmals gespült. Danach wird 15 gespült. Die Zusammensetzung des reduzierenden Luft in den Stickstoffstrom mit einer zur Aufrecht- Gases betrug 75 Volumprozent Stickstoff und 25 Voerhaltung der gewünschten Oxydationstemperatur lumprozent Wasserstoff. Die Reduktionsdauer betrug ausreichenden Geschwindigkeit eingeleitet. Nach be- 22 Minuten. Der Reaktor wurde nun erneut mit Stickendeter Oxydation fällt die Temperatur rasch ab. Der stoff gespült und mit Hilfe der Kühlspirale auf 288° C auf 93⁰C erkaltete Reaktorinhalt wird dann aus dem 20 abgekühlt. Bei dieser Temperatur wurde dem Stick-Reaktor abgezogen. Das so hergestellte Material ist stoffstrom Sauerstoff zugegeben und die Temperatur zu 100% magnetisch und eignet sich z.B. in hervor- gehalten. Das Ende der Reaktion wurde durch einen ragender Weise zur Herstellung von Magnettonbän- Temperaturabfall angezeigt,
dem. Das Endprodukt bestand aus y-Eisenoxyd, das die

In der Zeichnung ist ein zur Durchführung des Ver- 25 folgenden Eigenschaften hatte:
fahrens der Erfindung geeigneter Reaktor dargestellt.

Der Reaktor 10 besteht aus einem 2,13 m langen, ver- Hc 305

tikalen verschlossenen Zylinder 11 mit einem inneren Φϋ/Φηι 73,0

Durchmesser von 30,5 cm. Nahe am Boden befindet άΦ/άΗ 76,0

sich eine Gasverteilerplatte 12 aus rostfreiem, gesinter- 30

tem Stahl von 20 Mikron. Der Reaktor wird von Φϋ/Φιη stellt das Verhältnis des remanenten magne-

sechzehn äußeren, vertikalen Heizspiralen 13 aufge- - tischen Flusses zum Sättigungswert des magnetischen

heizt. Der Reaktor ist ferner außen von einer Kühl- Flusses dar.

spirale 14 umgeben, dabei sind sowohl die Kühl- als άΦ/άΗ ist die Steigung der Hysteresekurve in ihrem

auch die Heizspirale in einer die Wärmeübertragung 35 Wendepunkt.

fördernden Masse eingebettet. Der ganze Reaktor ist Das y-Eisenoxyd ließ sich gut in einem Bindemittel

weiterhin mit einer üblichen Isoliermasse umgeben. dispergieren. Die Masse wurde dann auf ein Cellulose-

Die Gase, z.B. Stickstoff, Wasserstoff und Luft, wer- triacetatträgerband aufgebracht. Das erhaltene Band

den durch die Leitung 15 zugeführt und können durch zeigte ausgezeichnete Eigenschaften.

den elektrischen Ofen 16 beheizt werden. In der 40

Leitung 15' sind ein Filter 17 und eine Flammen- Beispiele2bis4

sperre 18 angeordnet. Die Aufgabe des umzusetzenden

Eisenoxydes erfolgt über einen Schütttrichter 19 und Bei den folgenden Versuchen wurde das Verfahren

einen Absperrhahn 20. Entleert wird der Reaktor über nach Beispiel 1 wiederholt, jedoch wurden die Reak-

die Leitung 21 und das Ventil 22. Bei der Reaktion 45 tionsbedingungen variiert.

	Beispiel 2	Beispiel 3	Beispiel 4
Beschickung Aufheizzeit Reduzierendes Gas Reduktionszeit Reduktionstemperatur Oxydationstemperatur Hc	11,34 kg IV4 Stunden 75% N2, 25 «A, H2 30 Minuten 426 0C 343,3°C 335 Oersted-Einheiten 71,3 59	34 kg 2 Stunden 65,6% H2, 34,4% N8 40 Minuten 3990C 2870C 307 Oersted-Einheiten 76,2 65	22,7 kg 1,67 Stunden 75% N2, 25% Aceton 40 Minuten 399 °C 343,30C 300 Oersted-Einheiten 74,7 70
ΦΆ/ΦΜ άΦ/άΗ

Bei der Durchführung der Versuche wurden zur 60 Erreichung einer maximalen Ausbeute an magnetischem Oxyd die folgenden Bedingungen eingehalten. Um ein Herausstäuben des Materials aus dem Reaktor zu verhindern und um eine genügende Fluidisierung zu erreichen, war die Gasgeschwindigkeit geringer als 65 0,15 m pro Sekunde, jedoch größer als 0,037 m pro Sekunde. Zur Herstellung eines einheitlichen Produkts sollte das Verhältnis von Länge zu Durchmesser des

Reaktors den Wert 1 überschreiten. Die obere Grenze dieses Verhältnisses sollte bei 10:1 liegen. Außerdem sollten die Eisenoxydteilchen eine Größe von 0,11 bis 0,24 mm besitzen. Größere Agglomerate reagieren nur teilweise, kleinere werden aus dem Reaktionsreaktor ausgetragen.

Der zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung beschriebene Reaktor kann natürlich abgewandelt werden. So kann der Reaktor beispielsweise nicht nur

elektrisch, sondern auch mit Gas beheizt werden. Die Reaktionskammer kann weiterhin z.B. viereckig oder rechteckig sein, und als Reduktionsmittel können Naturgas, Methan, Äthan u.dgl. verwendet werden.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von y-Fe₂O₃ durch Reduktion von A-Fe₂O₃ · H₂O zu Fe₃O₄ und Reoxydation des Fe₃O₄ zu ^-Fe₂O₃, dadurch gekennzeichnet, daß man W-Fe₂O₃ in einem Wirbelschichtreaktor zunächst mittels Druckluft unter Erhitzen auf 315 bis 426⁰C fluidisiert, daß man die Fluidisierung des Eisenoxydes nach Entfernung des Hydratwassers und Ausspülen des Reaktors durch Einleiten eines Inertgases und danach eines reduzierend wirkenden Gases bis zur vollständigen Reduktion des A-Fe₂O₃ zu Fe₃O₄ fortsetzt, daß man den Reaktor von neuem ausspült und daß man schließlich unter Abkühlung des Eisenoxydes auf 288 bis 371⁰C mit einem inerten Gas und anschließend in diesem Temperaturbereich mit einem Inertgas-Luft-Gemisch bis zur vollständigen Oxydation des Fe₃O₄ zu 7-Fe₂O₃ weiterfluidisiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Inertgas Stickstoff, als reduzierend wirkendes Gas Wasserstoff und als Inertgas-Luft-Gemisch ein Stickstoff-Luft-Gemisch verwendet.

3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man <x-Fe₂O₃-Teilchen verwendet, die ein Sieb einer Maschenweite von 0,120 bis 0,246 mm passieren, und daß die Gase in den Reaktor mit einer Geschwindigkeit von 0,037 bis 0,152 m pro Sekunde eingeführt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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