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Síntesis y propiedades de óxidos mixtos de hierro y bario obtenidos por métodos suaves
Silvia Elena Jabobo Miguel Angel Blesa
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Resumen/Descripción – provisto por el repositorio digital
Este trabajo describe la síntesis de hexaferrita de bario, con buenos rendimientos, por un nuevo método de síntesis por vía húmeda. El precursor se obtiene por la adición de cloruro de bario a una solución de ferrato de sodio fuertemente alcalina (preparada por la oxidación del cloruro férrico por cloro en medio alcalino). Este precursor está formado, esencialmente, por ferrihidrita e hidróxido de bario cristalino, sin descartar la presencia de goetita y otros óxidos mixtos de bario y de hierro. El tratamiento térmico del precursor conduce a la formación de partículas de hexaferrita de bario a muy bajas temperaturas (~ 700°C); es la más baja temperatura informada en la preparación de este compuesto. Las partículas de la hexaferrita de bario tienen forma de plateletas con un diámetro basal del orden de 0,5 μm. Se emplearon diferentes técnicas para seguir la transformación térmica del precursor: difracción de rayos X, espectroscopía Mössbauer, microscopía electrónica de barrido, espectroscopía infrarroja, métodos dispersivos en energía, análisis termogravimétrico y análisis térmico diferencial. La cristalización ocurre a temperaturas relativamente bajas y los cristalitos formados alcanzan tamaños del orden de 50 nm a 800°C. La única fase cristalina que se detecta en el precursor es el Ba(OH)2; los otros picos de difracción corresponden a la ferrihidrita. Mediante el tratamiento térmico se forma la hexaferrita como única fase; sólo se detecta la presencia de monoferrita de bario cuando el calentamiento es prolongado y se realiza a una temperatura máxima relativamente baja (< 700°C). En el precursor, el contenido de agua es del orden del 16%, valor que concuerda con los resultados de difracción de rayos X. La pérdida de agua ocurre en diversas etapas. La mayoría de las bandas del espectro infrarrojo pueden asignarse a la ferrihidrita e indica sólo vestigios de carbonato. Los espectros Mössbauer de los sólidos calcinados muestran la transformación de ferrihidrita en hexaferrita de bario, a través de la transformación de los dobletes anchos de los espectros de partículas superparamagnéticas con HFD's característicos en los cinco sextupletes bien resueltos que caracterizan a la hexaferrita de bario. A través de los espectros Mössbauer se pudo conocer la distribución de los iones hierro (III) en los cinco sitios cristalográficos característicos y el producto final indica una buena distribución de los iones hierro en esos sitios, condición necesaria para un material con propiedades magnéticas adecuadas. Las características del precursor y su transformación térmica se discuten en base a la vía de síntesis elegida; los buenos resultados se relacionan con la química en solución y la cristaloquímica de los iones involucrados. Se midieron las propiedades magnéticas macroscópicas del material con un magnetómetro SQUID. Se prestó particular atención a la influencia de la relación estequiométrica Fe:Ba inicial; los resultados indican que cuando se emplea un ligero exceso de bario en la etapa inicial, se mejoran las propiedades del material final. Este resultado se analiza en función de la pérdida de material y en la facilidad de cristalización del precursor. Bajo estas condiciones puede formarse una delgada capa de monoferrita de bario a nivel superficial que puede ser removida fácilmente mediante el lavado con ácido clorhídrico. Los parámetros magnéticos de la hexaferrita sintetizada fueron: Ms = 7l emu g^-1, Mr = 39,9 emu g^-1, Hc = 4400 Oe y de la muestra sinterizada el producto |BH| máx. = 1,3 MG Oe. Estos valores indican que es un excelente material magnético, muy adecuado para el grabado magnético de información. Estas propiedades están influenciadas por la anisotropía magnética del material, y para estimar la contribución de las diversas formas de anisotropía se evaluaron los ciclos de histéresis magnéticos de los polvos diluidos en alúmina. Los resultados de estas mediciones junto con los obtenidos por la observación de las microfotografías (MEB), nos permiten demostrar que es difícil conseguir una buena dilución por una mezcla simple, porque las partículas magnéticas tienden a aglomerarse; la dilución no es homogénea, excepto tal vez en las muestras más diluidas. Se estudió la estabilidad de la hexaferrita de bario en solución acuosa debido a que se emplea un método por vía húmeda para su preparación. Se evaluó críticamente la información termodinámica disponible y se la complementó con determinaciones semicuantitativas de solubilidad, para poder construir el dlagrama de fases Fe203 + BaO + H2O + HCl (o NaOH), y poder así determinar los intervalos de estabilidad de la hexaferrita de bario y los intervalos en los cuales puede esperarse una disolución congruente o incongruente. Se muestra que en medios fuertemente ácidos podemos esperar una disolución total de la hexaferrita cuando es baja la relación sólido: líquido; en cambio en medios débilmente ácidos la reacción más importante es la transformación de hexaferrita en hematita (o goetita) con la disolución del bario. En medios levemente alcalinos, una moderada concentración de bario en solución es suficiente para estabilizar la hexaferrita. Se midió la cinética del ataque de la hexaferrita en medio ácido; los resultados indican que el proceso comienza con la lixiviación de bario en una capa de 15 nm de espesor. El proceso continúa con una disolución lenta del hierro, acompañada por una lixiviación de bario de las capas internas; en consecuencia la cinética de disolución del hierro es lineal mientras que la del bario es desacelerada a valores bajos de pH. A mayores valores de pH, la concentración de hierro se aproxima al límite de solubilidad, la disolución se frena. La velocidad de disolución del bario también disminuye pero no llega a cero; podemos sugerir un proceso de difusión a traves de una capa de espesor creciente. En este intervalo los resultados sugieren que el bloque S de la estructura no se disuelve y actúa como centro de nucleación para el crecimiento de las capas de óxido férrico incorporando los iones Fe que se disuelven del bloque R. Se estudió la naturaleza de los sólidos sometidos a un prolongado ataque ácido por espectroscopía Mössbauer; no se detectó la presencia de otras fases sólidas en concordancia con los resultados de los estudios cinéticos; tampoco se detectó una remoción selectiva de los iones hierro de algunos de los sitios cristalográficos característicos. Se hicieron también, estudios cinéticos comparativos de la disolución de la monoferrita de bario. En este caso, las velocidades de disolución son mayores; aunque se observa también una lixiviación del bario, la capa de óxido férrico que se forma tiene menor poder pasivante, lo cual origina un comportamiento similar al de una disolución congruente; posiblemente la diferencia en el componamiento frente a la disolución de ambos compuestos radica en la ausencia de bloques de hierro exclusivamente, en la monoferrita de bario. En consecuencia, la monoferrita puede ser removida por un lavado ácido en aquellos casos donde aparece durante el proceso de síntesis de la hexaferrita de bario.Palabras clave – provistas por el repositorio digital
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Disponibilidad
| Institución detectada | Año de publicación | Navegá | Descargá | Solicitá |
|---|---|---|---|---|
| No requiere | 1998 | Biblioteca Digital (FCEN-UBA) (SNRD) |
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Información
Tipo de recurso:
tesis
Idiomas de la publicación
- español castellano
País de edición
Argentina
Fecha de publicación
1998
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