一種用鐵鱗生產(chǎn)四氧化三鐵的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用鐵鱗制備Fe3O4球形粉體且氨再生循環(huán)使用的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]Fe3O4超細(xì)粉體由于其化學(xué)穩(wěn)定性好，價(jià)格低廉，兼有磁性和超細(xì)粒子的特性在許多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。作為無(wú)機(jī)顏料中較重要的一種，廣泛應(yīng)用于涂料、油墨、顏料等領(lǐng)域；在電子工業(yè)中超細(xì)Fe3O4是磁記錄材料，磁性流體，氣、液敏感材料的重要組成部分；此夕卜，超細(xì)Fe3O4還可作為微波吸收材料及催化劑。
[0003]四氧化三鐵磁粉可通過(guò)化學(xué)沉淀、熱分解、機(jī)械研磨等物理和化學(xué)的方法制備。物理法具有重現(xiàn)性好，操作簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，但生產(chǎn)周期長(zhǎng)，成本較高，粒子細(xì)化難以達(dá)到要求?；瘜W(xué)沉淀法制備的Fe3O4磁粉不僅粒度均勻，而且磁粉粒徑的大小和形態(tài)、飽和磁化強(qiáng)度、矯頑力等參數(shù)可以通過(guò)調(diào)整工藝條件得到控制，能夠滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域的要求，是制備超細(xì)四氧化三鐵磁粉的重要方法。
[0004]近年來(lái)，雖然在Fe3O4制備及改性方面取得了明顯的進(jìn)步，但仍存在兩個(gè)典型的問(wèn)題:(1)制備的原料較貴，成本較高，制備工藝相對(duì)較復(fù)雜；(2)采用氫氧化鈉制備Fe3O4時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的硫酸鈉廢水，污染環(huán)境并且浪費(fèi)資源。因此，尋找新的反應(yīng)工藝，尤其是低成本的綠色工藝合成粒度分布均勻可控、具有良好分散性的Fe3O4粉體具有重要的實(shí)際意義。
[0005]鐵鱗是在鋼材加熱和軋制過(guò)程中，由于表面受到氧化而形成氧化鐵層，剝落下來(lái)的魚(yú)鱗狀物。鐵鱗原料易得，價(jià)格低廉，可用作氧化劑和制鐵粉的原料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種工藝簡(jiǎn)單、原料成本及生產(chǎn)成本低，既解決廢水排放超標(biāo)污染問(wèn)題，又實(shí)現(xiàn)氨的再生循環(huán)使用，節(jié)能環(huán)保，經(jīng)濟(jì)效益顯著的用鐵鱗制備Fe3O4球形粉體且氨再生循環(huán)使用方法。
[0007]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的。一種用鐵鱗生產(chǎn)四氧化三鐵的方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0008](I)硫酸浸出:用稀硫酸在常溫下浸出鐵鱗，過(guò)濾后得到FeSO4溶液；
[0009](2)制漿:在非氧化性氣體保護(hù)下，常溫下向步驟(I)制取的FeSO4溶液中滴加氨水，沉淀Fe2+制備δ -FeOOH前驅(qū)體；
[0010](3)空氣氧化:利用空氣中的氧氣作為天然的氧化劑，將步驟⑵制取的δ -FeOOH前驅(qū)體氧化得到四氧化三鐵；
[0011](4)產(chǎn)物收集:將步驟(3)制取的四氧化三鐵過(guò)濾、水洗后烘干，得到具有良好結(jié)晶度的超細(xì)均勻Fe3O4球形粉體。
[0012]沉淀氧化法制備Fe3O4磁粉的主要反應(yīng)為:
[0013]Fe2++20『一Fe (OH) 2 I (I)
[0014]4Fe (OH) 2+02+2H20 — 4Fe (OH) 3 I (2)
[0015]Fe (OH) 2+2Fe (OH) 3— Fe0.Fe 203.4H20 — Fe304+4H20 (3)
[0016]進(jìn)一步地，為了循環(huán)利用氨水，避免酸性廢水排放，還包括以下步驟:
[0017](5)氨循環(huán)利用:將步驟(3)分離的硫酸銨母液用石灰中和，生成硫酸鈣和稀氨水，過(guò)濾后得到副產(chǎn)物石膏，分離石膏后得到濃度為2?7%的稀氨水，將稀氨水蒸發(fā)、濃縮后返回步驟(2)循環(huán)利用。
[0018]進(jìn)一步地，為了改善步驟(2)的反應(yīng)效果，控制步驟(I)的FeSO4溶液濃度為0.5 ?L 5mol/L。
[0019]進(jìn)一步地，為了改善步驟(2)的反應(yīng)效果，控制步驟(2)氨水滴加終點(diǎn)pH在5.5?8.0。
[0020]進(jìn)一步地，步驟(2)中所述非氧化性氣體為氮?dú)狻鍤饣蚝?，?yōu)選氮?dú)狻?br>[0021]進(jìn)一步地，為了改善步驟(3)的反應(yīng)效果，步驟(3)中氧化溫度為80?100°C，氧化時(shí)間為I?3h ;氧化過(guò)程中攪拌，攪拌轉(zhuǎn)速為300?600rpm。
[0022]進(jìn)一步地，步驟(5)所述石灰為熟石灰0&(0!1)2或生石灰0&0，中和溫度不高于80。。。
[0023]進(jìn)一步地，步驟(5)稀氨水用蒸氨塔進(jìn)行蒸發(fā)濃縮，蒸氨塔控制條件為塔頂溫度不低于90°C，塔底溫度不低于95°C。
[0024]本發(fā)明所制備的Fe3O4粉體為球形，粒徑在80?300nm，飽和磁化強(qiáng)度為60?100emu/g，粒徑大小和飽和磁化強(qiáng)度可根據(jù)需要在前述范圍內(nèi)調(diào)控。
[0025]本發(fā)明提供的方法具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0026]1.原料廉價(jià)易得，成本低廉。
[0027]2.生產(chǎn)條件溫和可控，適宜大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。
[0028]3.氨水循環(huán)利用，副產(chǎn)物為石膏，生產(chǎn)工藝清潔環(huán)保。
【附圖說(shuō)明】
[0029]圖1為本發(fā)明工藝流程圖。
[0030]圖2為本發(fā)明制備的Fe3O4粉體SEM圖片。
【具體實(shí)施方式】
[0031]本發(fā)明的生產(chǎn)方法詳述如下:
[0032]1.硫酸浸出
[0033]用稀硫酸在常溫下浸出鐵鱗，過(guò)濾后得到濃度為0.5?1.5mol/L的FeSO4溶液。
[0034]2.制漿
[0035]非氧化性氣體保護(hù)下(常溫)向FeSO4溶液中滴加氨水沉淀Fe2+制備δ -FeOOH前驅(qū)體，控制終點(diǎn)pH在5.5?8.0。
[0036]3.空氣氧化
[0037]利用空氣中的氧氣作為天然的氧化劑，在80?100°C下氧化I?3h，控制攪拌轉(zhuǎn)速為 300 ?600rpm。
[0038]4.中和
[0039]副產(chǎn)的硫酸銨分析濃度后用石灰中和，中和溫度不高于80°C。過(guò)濾分離出石膏，得到稀氨水。
[0040]5.蒸氨
[0041]將中和得到的稀氨水用蒸氨塔進(jìn)行蒸餾，所得到的濃氨水可直接回到Fe3O4生產(chǎn)系統(tǒng)，或進(jìn)一步制成氨或液氨再回到生產(chǎn)系統(tǒng)。
[0042]以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明。
[0043]實(shí)施例1
[0044]用稀硫酸溶解鐵鱗，過(guò)濾得到FeSO4溶液。常溫下向反應(yīng)釜中加入濃度為1.0mol/L的FeSO4溶液300ml，氮?dú)獗Ｗo(hù)下用濃氨水調(diào)節(jié)pH = 6.0。待體系溫度升至90°C時(shí)，停止通入氮?dú)獠⒁?.8L/min的速率通入空氣，氧化2h。氧化結(jié)束后陳化2h，將得到的產(chǎn)物過(guò)濾，水洗數(shù)次后真空干燥，可得產(chǎn)物21.9g，產(chǎn)物粒徑為51nm，產(chǎn)物SEM照片如圖2所示。取硫酸銨母液300ml于帶攪拌的反應(yīng)罐中，緩慢加入化學(xué)計(jì)量的石灰，控制中和溫度不高于80°C，加完后繼續(xù)攪拌5min，過(guò)濾得到副產(chǎn)品石膏，濾液送至蒸氨工序，所得到的濃氨水可直接回到Fe3O4生產(chǎn)系統(tǒng)。
[0045]實(shí)施例2
[0046]用稀硫酸溶解鐵鱗，過(guò)濾得到FeSO4溶液。常溫下向反應(yīng)釜中加入濃度為1.0mol/L的FeSO4溶液300ml，氮?dú)獗Ｗo(hù)下用濃氨水調(diào)節(jié)pH = 6.5。待體系溫度升至90°C時(shí)，停止通入氮?dú)獠⒁?.0L/min的速率通入空氣，氧化lh。氧化結(jié)束后陳化lh，將得到的產(chǎn)物過(guò)濾，水洗數(shù)次后真空干燥，可得產(chǎn)物22.lg，產(chǎn)物粒徑為53nm。取硫酸銨母液300ml于帶攪拌的反應(yīng)罐中，緩慢加入化學(xué)計(jì)量的石灰，控制中和溫度不高于80°C，加完后繼續(xù)攪拌5min，過(guò)濾得到副產(chǎn)品石膏，濾液送至蒸氨工序，所得到的濃氨水可直接回到Fe3O4生產(chǎn)系統(tǒng)。
[0047]實(shí)施例3
[0048]用稀硫酸溶解鐵鱗，過(guò)濾得到FeSO4溶液。常溫下向反應(yīng)釜中加入濃度為1.5mol/L的FeSO4溶液300ml，氮?dú)獗Ｗo(hù)下用濃氨水調(diào)節(jié)pH = 6.0。待體系溫度升至90°C時(shí)，停止通入氮?dú)獠⒁?.8L/min的速率通入空氣，氧化2h。氧化結(jié)束后陳化2h，將得到的產(chǎn)物過(guò)濾，水洗數(shù)次后真空干燥，可得產(chǎn)物33.0g,產(chǎn)物粒徑為52nm。取硫酸銨母液300ml于帶攪拌的反應(yīng)罐中，緩慢加入化學(xué)計(jì)量的石灰，控制中和溫度不高于80°C，加完后繼續(xù)攪拌lOmin，過(guò)濾得到副產(chǎn)品石膏，濾液送至蒸氨工序，所得到的濃氨水可直接回到Fe3O4生產(chǎn)系統(tǒng)。
[0049]實(shí)施例4
[0050]用稀硫酸溶解鐵鱗，過(guò)濾得到FeSO4溶液。常溫下向反應(yīng)釜中加入濃度為1.5mol/L的FeSO4溶液300ml，氮?dú)獗Ｗo(hù)下用濃氨水調(diào)節(jié)pH = 8.0。待體系溫度升至90°C時(shí)，停止通入氮?dú)獠⒁?.0L/min的速率通入空氣，氧化3h。氧化結(jié)束后陳化4h，將得到的產(chǎn)物過(guò)濾，水洗數(shù)次后真空干燥，可得產(chǎn)物33.6g，產(chǎn)物粒徑為59nm。取硫酸銨母液300ml于帶攪拌的反應(yīng)罐中，緩慢加入化學(xué)計(jì)量的石灰，控制中和溫度不高于80°C，加完后繼續(xù)攪拌lOmin，過(guò)濾得到副產(chǎn)品石膏，濾液送至蒸氨工序，所得到的濃氨水可直接回到Fe3O4生產(chǎn)系統(tǒng)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用鐵鱗生產(chǎn)四氧化三鐵的方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)硫酸浸出:用稀硫酸在常溫下浸出鐵鱗，過(guò)濾后得到FeSO4溶液； (2)制漿:在非氧化性氣體保護(hù)下，常溫下向步驟(I)制取的FeSO4S液中滴加氨水，沉淀Fe2+制備δ -FeOOH前驅(qū)體； (3)空氣氧化:利用空氣中的氧氣作為天然的氧化劑，將步驟(2)制取的δ-FeOOH前驅(qū)體氧化得到四氧化三鐵； (4)產(chǎn)物收集:將步驟(3)制取的四氧化三鐵過(guò)濾、水洗后烘干，得到具有良好結(jié)晶度的超細(xì)均勻Fe3O4球形粉體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括以下步驟: (5)氨循環(huán)利用:將步驟(3)分離的硫酸銨母液用石灰中和，生成硫酸鈣和稀氨水，過(guò)濾后得到副產(chǎn)物石膏，將稀氨水蒸發(fā)、濃縮后返回步驟(2)循環(huán)利用。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，控制步驟(I)的FeSO4溶液濃度為0.5 ?L 5mol/L0
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，控制步驟(2)氨水滴加終點(diǎn)pH在5.5 ?8.00
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，步驟(2)中所述非氧化性氣體為氮?dú)狻鍤饣蚝?，?yōu)選氮?dú)狻?br>6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，步驟(3)中氧化溫度為80?100°C，氧化時(shí)間為I?3h ;氧化過(guò)程中攪拌，攪拌轉(zhuǎn)速為300?600rpm。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，步驟(5)所述石灰為熟石灰Ca(OH) 2或生石灰CaO，中和溫度不高于80°C。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，步驟(5)稀氨水用蒸氨塔進(jìn)行蒸發(fā)濃縮，蒸氨塔控制條件為塔頂溫度不低于90°C，塔底溫度不低于95°C。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用鐵鱗生產(chǎn)四氧化三鐵的方法。以鐵鱗為原料制備FeSO4溶液，氮?dú)獗Ｗo(hù)下向FeSO4溶液中滴加氨水沉淀Fe2+制備δ-FeOOH前驅(qū)物，控制終點(diǎn)pH在5.5～8.0。在80～100℃下氧化1～3h，采用空氣誘導(dǎo)法制備四氧化三鐵。產(chǎn)物經(jīng)過(guò)濾、水洗后烘干，得到具有良好結(jié)晶度的超細(xì)均勻Fe3O4球形粉體。過(guò)濾后的硫酸銨母液用石灰中和，生成石膏沉淀物和氨水溶液，經(jīng)過(guò)濾、蒸發(fā)濃縮后，氨水返回FeSO4制備工序。本發(fā)明具有工藝簡(jiǎn)單、原料廉價(jià)、氨在系統(tǒng)中循環(huán)使用、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，為Fe3O4超細(xì)粉末的工業(yè)化生產(chǎn)提供了一條有效、可行、環(huán)保的新途徑。
【IPC分類(lèi)】B82Y30-00, C01G49-08
【公開(kāi)號(hào)】CN104828876
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510272233
【發(fā)明人】蔣開(kāi)喜, 張邦勝, 周立杰, 王海北, 汪勝東, 范艷青, 蔣訓(xùn)雄
【申請(qǐng)人】北京礦冶研究總院
【公開(kāi)日】2015年8月12日
【申請(qǐng)日】2015年5月25日