[發明專利]一種利用鐵尾礦制備超順磁性Fe3O4納米顆粒的方法

無效

• 申請號: 201210079263.7
• 申請日: 2012-03-23
• 公開（公告）號: CN102583576A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 孫愛芝;吳深;徐文歡;張倩;鄒超;楊俊;董娟
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C01G49/08
• 分類號: C01G49/08;B82Y40/00;B09B3/00
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

技術領域

本發明提供了一種利用鐵尾礦制備超順磁性四氧化三鐵納米顆粒的方法，屬于資源的二次利用和無機納米材料制備領域。

背景技術

隨著原礦資源的日益枯竭，尾礦的二次利用受到普遍關注。鐵尾礦是最主要的工業固體廢棄物之一，由于鐵尾礦中殘留的強磁性物質含量極少，絕大部分為弱磁性物質，并且組成復雜，粒度微細，再次采用廣泛應用的磁選或浮選處理效果欠佳，使其在我國利用率非常低，僅為7%。我國的采礦和冶金行業，對于這種難以處置的鐵尾礦當廢料處理，主要排放到尾礦庫，少量采用濃縮過濾，濾餅井下回填的處理方式。由于鐵尾礦，特別是以紅礦為主的鐵尾礦中鐵品位達20％左右，上述鐵尾礦的處理方式既占用土地、污染環境，又造成了資源的極大浪費。因此，從我國尾礦資源的實際出發，大力開展尾礦資源綜合利用，提高資源利用效率，有著十分重要的經濟和社會意義。目前已經公開的鐵尾礦利用技術主要是將鐵尾礦作為原料制備混凝土、微晶玻璃、墻體材料等低檔建筑材料，綜合利用率及產品檔次較低。近年來，科研人員對鐵尾礦高附加值的利用進行了廣泛的研究。例如：CN20071001295.4?“一種利用鐵尾礦制備納米白炭黑的方法”中，公開了一種利用鐵尾礦經過堿溶、酸化、沉淀、水洗等步驟制備出納米白炭黑的方法。CN101768442?A“利用鐵尾礦制備長余輝發光粉”中，提供了一種煅燒活化后的鐵尾礦經過酸溶、氧化、沉淀、球磨混合、煅燒等工序制得高含量長余輝發光粉產品的方法。但至今還未見到有關利用鐵尾礦制備超順磁性四氧化三鐵納米顆粒的相關專利或其它報道。

納米Fe₃O₄作為一種重要的鐵磁性材料，在信息儲存、生物技術、鐵磁流體、催化劑原料等方面具有廣泛的應用。Fe₃O₄為具有反尖晶石結構的面心立方晶體，當其顆粒的尺寸較小時顯示出超順磁特性。具有超順磁性的納米Fe₃O₄顆粒因具有毒副作用小、化學穩定性高、生物相容性好及外磁場作用下的磁導向性輸運和富集等優良特性，常用于磁性免疫細胞的分離、核磁共振成像的造影劑以及靶向性藥物傳輸等生物醫藥領域，具有廣闊的應用前景。在現有的專利文獻中，公開制備超順磁性Fe₃O₄納米顆粒的方法大多直接以分析純的硫酸亞鐵試劑或其它鐵的鹽溶液為原料。目前僅見CN200910063046.7?專利文獻中，公開利用銅鐵尾礦制酸燒渣制備四氧化三鐵微波吸收材料的方法，但其制備出的Fe₃O₄的顆粒大小為200?nm，不具備超順磁性。

發明內容

本發明提出了一種利用鐵尾礦制備超順磁性Fe₃O₄納米顆粒的方法，目的是對廢棄鐵尾礦進行資源化再利用，不僅有效的降低環境負擔，還可以提高廢棄資源的附加值。

本發明以鐵尾礦中分離出的鐵為原料，采用超聲波輔助化學共沉淀法制備一種平均顆粒尺寸小于20nm、粒徑分布窄且具有優異分散能力的超順磁性Fe₃O₄納米顆粒。制備過程不使用保護性氣體，采用表面活性劑對形成的顆粒進行包覆，較好的解決了Fe²⁺的氧化和粒子不穩定而極易團聚的問題，制備出顆粒分散性好、粒徑大小均勻的Fe₃O₄納米顆粒。本發明所述的利用鐵尾礦制備超順磁性Fe₃O₄納米顆粒的具體步驟如下：

1）鐵的分離

將鐵尾礦加入37.5?wt%的濃鹽酸中，機械攪拌2~4?h，攪拌速率為150~250?r/min，過濾出酸洗液。酸浸液中含有眾多的金屬離子，如Fe²⁺、Fe³⁺、Al³⁺、Mg²⁺、Pb²⁺、Zn²⁺、Ca²⁺等，要采用水解沉淀的方法將鐵元素單獨提取分離出來，首先在濾液中加入適量的雙氧水，使鐵元素全部以Fe³⁺的形式存在，然后需要控制沉淀終點pH值，當終點pH值=3.2時，此時溶液中只有鐵離子沉淀而其它離子不沉淀，具體工藝為：加熱濾液至55~65?℃，然后加入適量的濃氨水，調節PH值至3.2，使濾液中的鐵元素以Fe????????????????????????????????????????????????₃的形式沉淀，從而實現鐵元素從尾礦中分離；