Способ определения состава вюстита

Союз СоветскихСоциал истически 1Республик П И АЗОБРЕТЕ 11)693225 Я К АВТОРСКОМУ СВИДИЯЛЬСТВ(23) Приоритет -т. свид-ву 1) 2552068 18-25-1 Х 27 есударстаеннн 1 й квинтет СССР но делам нзобретвн н аткрытнй) Авторы изобретен Май мур и В. Ф. Моро(7 титут чернои металлургии внтел 4) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТАВА ВЮСТИТ буетсяратура. Изобретение относится к области исследования химических и физических свойств веществ, конкретнее к определению фазового состава окислов железа, и может быть использовано при фазовом анализе продуктов восстановления железорудного сырья.Термин вюстит относится к низшему окислу железа, в котором соотношение Ге и О меняется в некотором диапазоне. Стехиометрического соединения, соответствующего формуле ГеО (закись железа), в природе не существует. Образующаяся в качестве промежуточного продукта в процессе восстановления окиси железа (ГеаОз) закисная фаза также не соответствует формуле ГеО. В ее структуре анионная (кислородная) подрешетка заполнена, а катионная характеризуется отсутствием ионов железа в некоторых узлах. В химической формуле вюстита недостаток железа отражается степенью отклонения от стехиометрии х. Значение х в Ге, О может изменяться от 0,12 до 0 1. В зависимости от степени отклонения от стехиометрии, т,е. от соотношения железа и кислорода, меняются физические и физико-химические свойства вюстита-температура плавления, пластичность, электропроводность,восстановимость и др. Для характеристикивюстита поэтому должно быть задано значение х. Степень отклонения от стехиометрии должна быть известна также для рас 5 чета химической реакции с участием вюститк, в частности, происходящей при различных металлургических процессах,Наиболее близок к изобретению способопределения состава вюстита путем опре 1 сделения степени отклонения от стехиометрии, основанный на экспериментально установленной Джеттом и Футом линейной зависимости параметра кристаллической решетки (а) от состава Ге 1 лО,а = 4,333 - 0,589 х,15 Способ определения состава Ге 0 черезизмеряемое при помощи рентгеноструктурного анализа значение параметра кристаллической решетки является общепринятым и,по существу, единственным 2.Недостатком известного способа является его сложность и недостаточная точность.Для рентгеноструктурного анализа тре-.сложная и дорогостоящая аппаКак правило, параметр кристаллической решетки окислов железа определяют фотометодом. Образец измельчают в порошок, специальными приемами изготав.ливают из этого порошка столбик, устанавливают его в камеру для съемки, заряжают пленку. После экспозиции пленку проявляют и фиксируют, сушат, расшифровывают систему полученных линий и, наконец,по межплоскостным расстояниям рассчитывают параметр аДля определения параметра кристаллической решетки и, следовательно, состава Ге 1-хО требуется 7 - 8 ч. Приэтом на точность определения а влияет степень измельчения образца, степень совершенства кристаллической структуры Ге 1-х О(зависящая от предыстории получения), качество фотоматериалов и др. От указанныхфакторов, в частности, зависит ширинаи четкость линий вюстита на рентгенограммах. Из-за недостаточной четкости линийснижается точность измерения межплоскостных расстояний, параметра решетки и,в конечном счете, состава вюстита.Целью изобретения является упрощениепроцесса и повышение точности определения состава вюстита.Поставленная цель достигается тем, чтопри определении степени отклонения от стехиометрии вюстит нагревают до 250 - 350 Св инертной среде, выдерживают при этойтемпературе 30-60 мин, охлаждают, измеряют 1 дельную намагниченность насыщения ( 8 ), а степень отклонения от стехиометрии определяют, исходя из зависимостих= к. Ив, (1)где х - степень отклонения от стехиометрии безразмерная величина;4- удельная намагниченность насыще 3аусс .ния,гк - коэффициент, равный 0,0025 - , - ;,В основу способа положена термодинамическая неустойчивость вюстита притемпературах ниже 570 С, приводящая кэвтектоидному распаду его на железо металлическое (Ге,) и магнетит (гез 0 ) .В интервале температур 150 - 400 С первымиз структуры Ге 1-О выделяется магнетит;процесс описывается выражениемГе 1 - х О -Ге 1-уО+ Геэ Оч (2)причем х)у. При длительной выдержке,зависящей от конкретного значения температуры указанном выше интервале,ходит наряду с магнетитом выделение 1.еИсследованиями механизма и кинетики эвтектоидного распада вюстита установлено, что урпри температуре не выше 350 С и временизадержки до 60 мин при распаде вюстита слюбой степенью отклонения от стехиометрии(х) выделяется только магнетит, причем количество магнетита (в %) линейно связаносо значением х.ИВесовой процент ферромагнитной фазыв образце с высокой точностью пропорционален удельной намагниченности насыщения, а в продуктах распада вюстита при выбранных условиях ферромагнитным является только магнетит. Поэтому, измеряя 8 продуктов распада Ге О, можно переделатьстепень отклонения от стехиометрии по соотношению (1).Значение коэффициента к в соотношении (1), равное 0,0025 " установленоэкспериментально.Сущность предлагаемого способа заключается в следующем,Исследуемый образец Ге О, состав(значение х) которого необходимо определить, нагревают в инертной атмосфередо 250 - 350 С и выдерживают 30 - 60 мин.Температура 250 - 360 С является оптимальной, так как при более низкой температуре распад вюстита (выделение магнетита)происходит медленно и длительность определения растет, а при более высокойвозрастает вероятность выделения, наряду с Гез О, некоторого количества ГеДлительность выдержки 30 - 60 мин выбирают потому, что за это время в распадающемся вюстите выделяется количество ГеО,достаточное для выполнения ма гн итногоанализа с высокой точностью но еще не появляется Гемет. Инертную атмосферу применяют для исключения окисления материала и возможного за счет этого перераспределения фазового состава.Далее образец охлаждают (до комнатнойтемпературы, чтобы не происходило окисления при последующем измерении удельнойнамагниченности насыщения и не сказывалась температурная зависимость Л. Затеммагнитным весовым методом определяются ипо соотношению (1) рассчитывают состав(степень отклонения от стехиометрии) исследуемого вюстита. Установлено, что прииспользовании способа упрощается и сокращается процесс определения состава вюстита и повышается точность определения. Повышение точности достигается за счет того,что, во-первых, измеряемая для расчета худельная намагниченность насыщения является структурно-нечувствительной величиной и на ее значение не влияет крупность иструктурные особенности материала образца, во-вторых, 8 определяется с высокойточностью ( +0,1 гф- при значении в продуктов распада Ге 1 хО около 25 "ц )Пример. Определяют состав вюстита путем определения степени отклонения от стехиометрии по известному и предлагаемомуспособам. Вюстит получают спеканием смеси Ге Оз и Гев инертной атмосфере при1100 С. По известному способу для определения х измеряют параметр кристаллической решетки вюстита на рентгеновской установке УРС - 60 с камерой РКД диамет693225 Формула изобретения Составитель В, Вощанкнн Редактор С, Лыжова Техред О. Луговая Корректор Г. Назарова Заказ 6067/14 Тираж 1073 Подписное ЦН И И ПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открыт и й 113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д, 4/5 филиал П П П Патент, г. Ужгород, ул, Проектная, 4ром 57,3 мм. На подготовку образца, съемку, обработку и расшифровку рентгенограммы затрачивают 7 ч. Проведенные контрольные съемки дают разброс параметра решетки + 0,002 А при среднем значении а= =4,302 А. Максимальный разброс значений х 5 составляет 0,007.По способу образец вюстита нагревают в атмосфере азота до 320 С выдерживают 40 мин, охлаждают, измеряют удельную намагниченность насыщения на простой весовой магнитной установке Магнетит - 1 с постоянным магнитом. Определив 45, по формуле х=1. Ф рассчитывают состав Ре, .О На определение состава затрачивают 1 ч 20 мин. Контрольные измерения дают разброс значений 85, равный + 0,2 фссе епри среднем значении 8 = 23,2 -"-Щ Максимальный разброс значений х составляет 0,001,Таким образом, способ по сравнению с известным позволяет сократить длительность определения состава вюстита в 5 раз и 2 о уменьшить разброс в определении х в 7 раз.Использование способа определения состава вюстита обеспечивает по сравнению с существующими следующие преимущества: дает возможность обходиться для25 определения простой и недорогой по сравнению с рентгеновскими установками аппаратурой для весового магнитного анализа; в несколько раз сокращает длительность определения состава вюстита; значительно повышает точность определения. Способ определения состава вюстита путем определения степени отклонения от стехиометри и, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса и повышения точности, вюстит нагревают до 250 - 350 С в инертной среде, выдерживают при этой температуре 30 - 60 мин, охлаждают, измеряют удельную намагниченность насыщения, а степень отклонения от стехиометрии определяют исходя из зависимостих =" 145,где х степень отклонения от стехиометрии,безразмерная величина;бф - удельная намагниченность насыще 5ния, Юнеег 1гк - коэффициент, равный 0,0025Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Мень А. Н. Воробьев Ю. П., Чураров Г. И. Физико-химические свойства нестехиометрических окислов. г 1., Химия,1973, с. 106, 122. 135.2. 1 е 11 е Е. К, апс 1 Роосте Г. Ап х гау51 цду о 1 йе сопзШе (1 е 0) зо 1 Ы зо 1 п 11 оп 5.,1 опгпа о 1 с 11 епцса 1 РЬу 51 сз, 1933,ч.1,р,29,