專(zhuān)利名稱：黃鐵礦納米礦物材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及礦物資源的加工再利用，具體地說(shuō)是黃鐵礦納米礦物材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
黃鐵礦是硫鐵礦礦石(黃鐵礦質(zhì)量百分含量50-95 % )的主要礦物組份，也是多金屬礦選礦副產(chǎn)物硫精礦、金礦選礦精礦粉提金后廢物的主要礦物組分(黃鐵礦質(zhì)量百分含量90%)。黃鐵礦一直是我國(guó)生產(chǎn)硫酸的重要原料。目前黃鐵礦資源的開(kāi)發(fā)利用中存在如下一些問(wèn)題1、黃鐵礦除了用于生產(chǎn)硫酸之外，還沒(méi)有開(kāi)發(fā)其他方面的用途，其用途單一。隨著工業(yè)煙氣，尤其是有金屬冶煉廢氣中SO2的回收利用，對(duì)硫精礦的需求降低，導(dǎo)致硫精礦產(chǎn)品價(jià)格下滑，礦山企業(yè)效益降低。從這一點(diǎn)來(lái)說(shuō)，需要尋求黃鐵礦新的應(yīng)用領(lǐng)域。黃鐵礦作為環(huán)境治理材料研究已經(jīng)有一些研究報(bào)道，但是尚沒(méi)有形成相應(yīng)的產(chǎn)品，尤其是黃鐵礦制備納米結(jié)構(gòu)化礦物材料加工技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)有待開(kāi)發(fā)。2、當(dāng)黃鐵礦中砷含量過(guò)高時(shí)(As > 0. )，硫酸生產(chǎn)凈化工段未能除盡的砷帶入轉(zhuǎn)化工段造成轉(zhuǎn)化工段催化劑中毒，從而降低硫轉(zhuǎn)化率。因此，含砷黃鐵礦用于生產(chǎn)硫酸受到限制，含砷硫精礦在市場(chǎng)上難以銷(xiāo)售，在此情況下，含砷硫精礦就成為礦山的廢棄物，需要建設(shè)專(zhuān)門(mén)的尾礦庫(kù)堆存硫精礦粉。含砷硫精礦長(zhǎng)期堆存，在空氣中氧和微生物的作用下， 風(fēng)化氧化，黃鐵礦轉(zhuǎn)變?yōu)殍F硫酸鹽，產(chǎn)生酸性排水和重金屬釋放，對(duì)環(huán)境造成很大污染和潛在安全風(fēng)險(xiǎn)。因此，開(kāi)發(fā)高砷黃鐵礦的新用途和加工新技術(shù)，對(duì)高砷黃鐵礦資源化利用十分重要。3、黃鐵礦為原料生產(chǎn)硫酸時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的硫酸燒渣，其中除了含有大量的鐵外， 還含有一定量的硅、鋁，含有少量的硫和重金屬，盡管一直探索硫酸燒渣的綜合利用，但是由于其有害雜質(zhì)元素的存在，導(dǎo)致其資源化利用率一直不高。4、有一些關(guān)于天然黃鐵礦、磁黃鐵礦處理六價(jià)鉻、含重金屬離子廢水等的研究報(bào)道，但是天然黃鐵礦、磁黃鐵礦結(jié)晶度高，比表面積小，化學(xué)活性低，反應(yīng)速度慢，導(dǎo)致處理廢水的效率低下。也有一些利用納米鐵硫化物處理廢水的報(bào)道，但是有關(guān)文獻(xiàn)中使用的鐵硫化物是微生物礦化合成或者化學(xué)合成，原料來(lái)源有限，質(zhì)量不穩(wěn)定，或者成本高，制約了鐵硫化物在水處理中的規(guī)?；瘧?yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提供一種具有較大比表面積、強(qiáng)磁性、高化學(xué)反應(yīng)活性的黃鐵礦納米礦物材料及其制備方法。本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題采用如下技術(shù)方案本發(fā)明黃鐵礦納米礦物材料的特點(diǎn)在于所述黃鐵礦納米礦物材料的原料為黃鐵礦質(zhì)量百分含量不小于50%的硫鐵礦或?yàn)辄S鐵礦質(zhì)量百分含量不小于90%的硫精礦粉。
本發(fā)明黃鐵礦納米礦物材料的制備方法的特點(diǎn)在于按以下步驟操作 a、將硫鐵礦礦石破碎并過(guò)100目篩得粉料或直接選取粒徑小于0. 165mm的硫精礦 粉為粉料；向所述粉料中添加粘結(jié)劑，造粒成型得到粒徑l_3mm的粒料；b、在無(wú)氧條件下，將步驟a中的粉料或粒料于500-1000°C焙燒0. 5-30分鐘，氣固分離，氣態(tài)冷凝回收硫磺，固體在隔絕氧氣條件下冷卻至室溫即得成品。本發(fā)明黃鐵礦納米礦物材料的制備方法的特點(diǎn)也在于所述粘結(jié)劑為膨潤(rùn)土或水玻璃，添加量為所述粉料質(zhì)量的3-10%。本發(fā)明黃鐵礦納米礦物材料中的黃鐵礦為納米晶磁黃鐵礦，均布孔徑為l-5nm的納米孔，所述黃鐵礦納米礦物材料中鐵元素和硫元素的質(zhì)量比為0.87-1 1。與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在1、本發(fā)明納米礦物材料具有納米結(jié)構(gòu)。黃鐵礦在保護(hù)氣氛或者還原氣氛下高溫?zé)峄罨S鐵礦(FeS2)中的部分硫以氣態(tài)形式脫出，同時(shí)相變?yōu)榇劈S鐵礦(Fei_xS)，由于固體相變和揮發(fā)氣體的膨脹作用，形成納米孔和納米晶的磁黃鐵礦，并且可以通過(guò)溫度和氣氛的調(diào)節(jié)，控制產(chǎn)物磁黃鐵礦成分中Fe/S比值(即分子式Fei_xS的χ值)，調(diào)控磁黃鐵礦的結(jié)構(gòu)狀態(tài)、物理化學(xué)性質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)的活性。2、本發(fā)明納米礦物材料具有較大的比表面積。黃鐵礦在保護(hù)氣氛或者還原氣氛下脫出部分硫，相變?yōu)榇劈S鐵礦，形成納米孔結(jié)構(gòu)，比表面積> 10m2/g，比原始黃鐵礦增加兩個(gè)量級(jí)。3、本發(fā)明納米礦物材料具有強(qiáng)磁性。黃鐵礦在保護(hù)氣氛或者還原氣氛下脫出部分硫，相變?yōu)榇劈S鐵礦，磁黃鐵礦是強(qiáng)磁性礦物，材料具有強(qiáng)磁性，使用中便于電磁操縱以及進(jìn)行物料運(yùn)移。4、本發(fā)明納米礦物材料無(wú)砷或低砷。黃鐵礦在保護(hù)氣氛或者還原氣氛下脫出部分硫的同時(shí)，其中的砷也以氣態(tài)形式脫出，使產(chǎn)物砷含量大幅度降低。5、本發(fā)明納米礦物材料具有高化學(xué)反應(yīng)活性。黃鐵礦為對(duì)硫化物，磁黃鐵礦為單硫化物，黃鐵礦的穩(wěn)定性遠(yuǎn)比磁黃鐵礦高，從而磁黃鐵礦的化學(xué)活性也遠(yuǎn)比黃鐵礦高。黃鐵礦相變產(chǎn)物為磁黃鐵礦，即可提高化學(xué)活性。由于產(chǎn)物具有納米孔、納米晶疇結(jié)構(gòu)，較大的比表面積，因此化學(xué)反應(yīng)活性大幅度提高。
四

圖1是本發(fā)明制備的納米材料的透射電鏡照片，表明煅燒黃鐵礦納米化。圖2是黃鐵礦在N2氣氛下煅燒產(chǎn)物的X射線衍射圖譜，表明隨著煅燒溫度不同， 黃鐵礦向磁黃鐵礦的演變(Py代表原始黃鐵礦的衍射峰，Pyr代表相變形成磁黃鐵礦的衍射峰)。圖3是黃鐵礦煅燒產(chǎn)物中砷含量與溫度的關(guān)系，表明隨著黃鐵礦煅燒溫度提高， 產(chǎn)物中砷含量降低。圖4是黃鐵礦煅燒產(chǎn)物的磁化率與溫度的關(guān)系，表明隨著黃鐵礦煅燒溫度提高， 產(chǎn)物磁化率變化與產(chǎn)物結(jié)構(gòu)變化有關(guān)，在60(TC焙燒產(chǎn)物磁化率最高。
五具體實(shí)施方式
非限定實(shí)施例敘述如下。實(shí)施例1 本實(shí)施例選取黃鐵礦質(zhì)量百分含量不小于95%的200目硫精礦粉5g，放入帶有石英玻璃棉承托層的管式爐中，通氮?dú)?，加熱?00°C，保溫30分鐘，關(guān)閉管式爐電源，氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛下冷卻到室溫即得成品(圖1)。根據(jù)Fe、S含量化學(xué)分析結(jié)果，產(chǎn)物磁黃鐵礦成分中 Fe/S 比值 0. 87-0. 90 1實(shí)施例2 本實(shí)施例選取黃鐵礦質(zhì)量百分含量不小于95%的200目硫精礦粉100g，加入水玻璃8g，成型為粒徑l-3mm的粒料，將所得粒料放入帶有石英玻璃棉承托層的管式爐中，通氮?dú)?，加熱?00°C，保溫30分鐘，關(guān)閉管式爐電源，氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛下冷卻到室溫即得成品。根據(jù)Fe、S含量化學(xué)分析結(jié)果，產(chǎn)物磁黃鐵礦成分中Fe/S比值0.88-0. 94 1本實(shí)施例制備的納米礦物材料中磁黃鐵礦的含量大于95% (圖2)，含砷量小于 600mg/kg(圖 3)，磁化率大于 3000SI (圖 4)。實(shí)施例3:本實(shí)施例選取黃鐵礦質(zhì)量百分含量不小于80%的硫鐵礦礦石(其余為石英和絹云母)，破碎篩分得到粒徑0. 1-0. 5mm的粒料，將所得粒料放入帶有石英玻璃棉承托層的管式爐中，通氮?dú)猓訜岬?00°C，保溫30分鐘，關(guān)閉管式爐電源，氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛下冷卻到室溫即得成品。根據(jù)Fe、S含量化學(xué)分析結(jié)果，產(chǎn)物磁黃鐵礦成分中Fe/S比值0.88-0. 94 1實(shí)施例4 本實(shí)施例選取黃鐵礦質(zhì)量百分含量不小于95%的200目硫精礦粉，放管式爐升溫到iooo°c，硫精礦粉通過(guò)控制裝置連續(xù)進(jìn)入管式爐中，顆粒在高溫段的停留時(shí)間o. 50分鐘，顆粒直接落入隔離氧氣的容器中，冷卻到室溫即得成品。
權(quán)利要求
1.黃鐵礦納米礦物材料，其特征在于所述黃鐵礦納米礦物材料的原料為黃鐵礦質(zhì)量百分含量不小于50%的硫鐵礦或?yàn)辄S鐵礦質(zhì)量百分含量不小于90%的硫精礦粉。
2.—種權(quán)利要求1所述的黃鐵礦納米礦物材料的制備方法，其特征在于按以下步驟操作a、將硫鐵礦礦石破碎并過(guò)100目篩得粉料或直接選取粒徑小于0.165mm的硫精礦粉為粉料；向所述粉料中添加粘結(jié)劑，造粒成型得到粒徑l_3mm的粒料；b、在無(wú)氧條件下，將步驟a中的粉料或粒料于500-1000°C焙燒0.5_30分鐘，氣固分離， 氣態(tài)冷凝回收硫磺，固體在隔絕氧氣條件下冷卻至室溫即得成品。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于所述粘結(jié)劑為膨潤(rùn)土或水玻璃，添加量為所述粉料質(zhì)量的3-10%。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種黃鐵礦納米礦物材料及其制備方法，其中黃鐵礦納米礦物材料的原料為黃鐵礦質(zhì)量百分含量不小于50％的硫鐵礦或?yàn)辄S鐵礦質(zhì)量百分含量不小于90％的硫精礦粉；其制備方法是將硫鐵礦礦石破碎并過(guò)100目篩得粉料或直接選取粒徑小于0.165mm的硫精礦粉為粉料，向粉料中添加粘結(jié)劑，造粒成型得到粒徑1-3mm的粒料，在無(wú)氧條件下，將所得粒料于500-1000℃焙燒0.5-30min，氣固分離，氣態(tài)冷凝回收硫磺，固體在隔絕氧氣條件下冷卻至室溫即得成品。本發(fā)明材料具有較大的比表面積、強(qiáng)磁性且具有高化學(xué)反應(yīng)活性，制備工藝簡(jiǎn)單、成本低且原料來(lái)源廣泛。
文檔編號(hào)B82Y40/00GK102320668SQ20111014835
公開(kāi)日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2011年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月3日
發(fā)明者史亞丹, 李平, 謝晶晶, 錢(qián)家忠, 陳天虎 申請(qǐng)人:合肥工業(yè)大學(xué)