液相沉淀-热分解还原法制备超细铁粉

摘要

超细铁粉具有优异的物理、化学性能，在粉末冶金、电磁屏蔽材料等领域得到广泛的应用。本文研究了以液相沉淀法合成前驱体，然后对前驱体进行热分解还原得到棒状超细铁粉的方法。 本文对液相沉淀-热分解还原过程进行了理论上的研究。研究结果如下：在液相沉淀过程中，推导出了Fe（Ⅱ）-NH3-SO42--C2O42--H2O系和Fe（Ⅱ）-NH3-SO42--CO32--H2O系的热力学平衡模型，计算并绘制了溶液中的金属离子浓度对数与pH值关系图。研究了溶液中总碳酸根浓度、总草酸根浓度、氨的总浓度和pH值对溶液中各种离子浓度的影响，确定了液相沉淀过程中pH值的控制范围。从热力学和动力学两个方面分析了热分解还原过程，研究发现：当温度在300K～1000K时，用氢还原FeO过程在热力学上都是可以进行的。 本文以FeSO4-7H2O为原料，NH4HCO3和H2C2O4·2H2O分别为沉淀剂、氨水为配位剂和pH调节剂的条件下合成了前驱体粉末，系统地考察了各种工艺条件对前驱体粉末形貌和粒径的影响。实验结果表明：在Fe（Ⅱ）-NH3-SO42--C0O2--H2O体系中以FeSO4浓度为1.0mol/L，n（NH4+）：n（Fe2+）=4.0，pH=8.8，水浴温度T=40℃，搅拌反应时间t=25min，静置陈化时间t0=20min，干燥时间6h，干燥温度45℃，采用反向加料条件下合成出了呈细棒状的碳酸亚铁前驱体粉末。在Fe（Ⅱ）-NH3-SO42--C2O42--H2O体系中，当加料浓度为0.6mol/L，温度为40℃，采用反向加料，加料时间为20min，PVP=1.0g， pH值在2～3之间时，制备出了结晶形态良好，表面光滑枝晶少，呈短棒状，晶粒之间团聚轻的草酸亚铁前驱体粉末。 本文还系统地研究了前驱体在还原性气氛下热分解还原过程中实验条件对铁粉形貌和粒径的影响。研究结果表明：采用呈现棒状形貌的碳酸亚铁前驱体粉末在H2：N2=3：5～4：5的混合气气氛中，控制热分解温度350℃～400℃、升温时间20～30min、保温时间0.5h的条件下可得到分散性好，纯度高的棒状超细铁粉。采用呈现短棒状形貌的草酸亚铁前驱体粉末在H2：N2=3：5的混合气气氛中，控制热分解温度420℃、反应时间=1h的条件下可得到分散性好，纯度高的短棒状超细铁粉。

目录

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英文文摘

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第一章文献综述

1.1超细粉体材料的性能

1.1.1量子尺寸效应

1.1.2表面效应

1.1.3宏观量子隧道效应

1.1.4小尺寸效应

1.2超细粉体材料的制备方法

1.2.1液相法

1.2.2气相法

1.2.3固相法

1.3超细铁粉的应用

1.3.1超细铁粉在磁性材料工业中的应用

1.3.2超细铁粉在冶金生产中应用

1.3.3超细铁粉在粉末冶金中应用

1.3.4超细铁粉在汽车工业中的应用

1.3.5超细铁粉在医药行业中的应用

1.4超细铁粉的制备方法

1.4.1物理法

1.4.2化学法

1.5本课题研究的内容及意义

1.5.1本课题研究的意义

1.5.2本课题研究的内容

第二章液相沉淀-热分解还原法制备超细铁粉的理论研究

2.1前言

2.2 Fe(Ⅱ)-NH3-SO2-4-CO2-3-H2O系热力学平衡分析

2.2.1H2CO3-H2O平衡体系的热力学分析

2.2.2Fe(Ⅱ)-NH3-SO2-4-CO2-3-H2O系热力学计算模型的建立

2.2.3Fe(Ⅱ)-NH3-SO2-4-CO2-3-H2O系热力学计算结果及分析

2.3 Fe(Ⅱ)-NH3-SO2-4-C2O2-4-H2O系热力学平衡分析

2.3.1H2C2O4-H2O平衡体系的热力学分析

2.3.2Fe(Ⅱ)-NH3-SO2-4-C2O2-4-H2O系热力学计算模型的建立

2.3.3Fe(Ⅱ)-NH3-SO2-4-C2O2-4-H2O系热力学计算结果及分析

2.4前驱体形成的热力学及动力学分析

2.4.1前驱体晶粒的形核过程

2.4.2粒子形核和长大速度的控制

2.4.3前驱体的形貌和粒度控制

2.4.4前驱体制备过程中的防团聚机理及方法

2.5前驱体粉末热分解还原的理论研究

2.5.1前驱体粉末热分解过程的热力学与动力学分析

2.5.2前驱体粉末还原过程的热力学与动力学分析

2.6小结

第三章碳酸盐体系制备超细铁粉的实验研究

3.1前言

3.2实验原料

3.3实验流程

3.4实验装置

3.4.1制备前驱体的实验装置

3.4.2热分解还原前驱体的实验装置

3.5分析检测

3.6实验条件对FeCO3前驱体形貌和粒度的影响研究

3.6.1原料配比对前驱体粉末形貌和粒度的影响

3.6.2 pH值对前驱体粉末形貌和粒度的影响

3.6.3反应温度对前驱体粉末形貌和粒度的影响

3.6.4加料时间对前驱体粉末形貌和粒度的影响

3.6.5陈化时间对前驱体粉末形貌和粒度的影响

3.6.6加料方式对前驱体粉末形貌和粒度的影响

3.6.7调节剂对前驱体粉末形貌和粒度的影响

3.6.8分散剂对前驱体粉末形貌和粒度的影响

3.7前驱体粉末的表征

3.7.1前驱体粉末的X射线衍射分析

3.7.2前驱体粉末的热重(TG)及差热(DTA)分析

3.8热分解还原条件对超细铁粉的形貌和粒度的影响研究

3.8.1前驱体形貌对超细铁粉形貌和粒度的影响

3.8.2反应温度对超细铁粉形貌和粒度的影响

3.8.3反应时间对超细铁粉形貌和粒度的影响

3.8.4还原气氛组成对超细铁粉的影响

3.9超细铁粉的表征

3.10小结

第四章草酸盐体系制备超细铁粉的实验研究

4.1引言

4.2实验原料

4.3实验流程

4.4实验装置

4.5分析检测

4.6实验条件对FeC2O4前驱体形貌和粒度的影响

4.6.1离子浓度对FeC2O4前驱体形貌和粒度的影响

4.6.2pH值对前驱体形貌和粒度的影响研究

4.6.3反应时间对前驱体形貌和粒度的影响研究

4.6.4温度对前驱体粉末形貌和粒度的影响

4.6.5沉淀剂对前驱体形貌和粒度的影响研究

4.6.6表面分散剂对前驱体形貌和粒度的影响研究

4.6.7加料方式对前驱体粉末形貌和粒度的影响研究

4.7前驱体粉末的表征

4.7.1前驱体粉末的X射线衍射分析

4.7.2前驱体粉末的热重差热分析

4.8热分解还原实验条件对超细铁粉的形貌和粒度影响

4.8.1前驱体形貌对超细铁粉形貌和粒度的影响

4.8.2反应温度对超细铁粉形貌和粒度的影响

4.8.3还原气氛对超细铁粉形貌和粒度的影响

4.8.4分解时间对超细铁粉形貌和粒度的影响

4.9超细铁粉的表征

4.10小结

第五章结论和建议

5.1结论

5.1.1碳酸盐体系制备超细铁粉的结论

5.1.2草酸盐体系制备超细铁粉的结论

5.2建议

参考文献

致谢

硕士期间论文及奖励