[發明專利]一種采用鐵礬渣一步合成磁性四氧化三鐵的方法

有效

• 申請號: 201611063342.3
• 申請日: 2016-11-28
• 公開（公告）號: CN106745318B
• 公開（公告）日: 2018-05-04
• 發明（設計）人: 陳國寶;朱張甫;秦勇;趙竹青
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: C01G49/08
• 分類號: C01G49/08
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司21109
• 代理人: 趙嬛嬛

技術領域

本發明屬于濕法冶金綜合回收技術領域，具體涉及一種采用鐵礬渣一步合成磁性四氧化三鐵的方法。

背景技術

鐵礬法是濕法煉鋅工藝中廣泛運用的沉鐵方法，其過程簡單，鐵礬是晶體，易于濃縮、過濾和洗滌，過濾速度較快，隨渣損失的鋅低。由于鐵礬渣中含鐵量少，一方面很難達到煉鐵工業的要求；另一方面雜質元素Zn、Cu、Cd、Pb、Sn、As、Sb等的含量比較高，并且其中含有的少量的如Au、Ag等貴金屬。數量龐大的鐵礬廢渣如若不采取適當措施加以處理和有效利用，不但占用土地資源、浪費礦產資源，最重要的是有害組分的緩慢溶出對環境造成很大的污染。

目前，鐵礬渣的處理主要集中于無害化固定處理和回收有價金屬兩方面。鐵礬渣的處理技術可分為高溫燒結法、還原焙燒－磁選法、焙燒－浸出法和溶劑浸出法等，鐵礬渣中的鐵資源分別以硅酸鹽、鐵酸鹽或Fe₂O₃等形態在煉鐵、微晶玻璃、陶瓷材料、顏料或建材等領域得到增值利用，而重金屬元素則得到有效回收或固化處理。但由于現有工藝存在流程長、成本高等問題，這些工藝都未推廣應用。因此，如何經濟有效地處理數量龐大的鐵礬渣，仍然是當今有色冶金工業面臨的重要環保課題。

磁性四氧化三鐵是具有磁性的黑色晶體，屬于立方晶系，近年來因其具有獨特的物理化學性質而被廣泛應用于磁存儲、磁記錄、磁流體材料、納米磁性藥物、電波吸收材料等諸多領域。對于磁性Fe₃O₄的制備由于鐵源的不同而有不同的制備方法，現有的合成工藝往往不易大規模生產，反應物的單程轉化率低，合成工序復雜且成本造價高等。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供一種采用鐵礬渣一步合成磁性四氧化三鐵的方法，

目的是解決目前國內鐵礬渣處理困難以及磁性四氧化三鐵現有生產工藝復雜且成本高的難題，本發明以鐵礬渣為原料，制備過程簡單，生產的產品純度大，既能充分地利用大量的鐵礬廢渣，減少其排放，又能實現磁性四氧化三鐵的低成本工業化生產。

實現本發明目的的技術方案按照以下步驟進行：

（1）向鐵釩渣中加入溶劑，溶劑與鐵礬渣的質量比為5:1~50:1，攪拌10~30 min后，調節體系的pH值至7~14；

（2）在鐵礬渣-溶劑體系中加入還原劑，還原劑與鐵礬渣的質量比為0.5:1~10:1，混合均勻，得到前驅物體系；

（3）將步驟（2）中得到的前驅物體系轉入高壓反應釜中，控制反應氣氛，設定反應溫度為120~260 ℃，反應時間為3~10 h，反應后采用蒸餾水或無水乙醇洗滌，進行磁性分離，倒掉上清液，重復3~6次，獲得反應產物；

（4）將步驟（3）獲得的反應產物在空氣中干燥，乙醇揮發，再用真空干燥箱在65 ℃下干燥10 h，放入研缽中研磨，得到黑色四氧化三鐵粉體。

其中，所述的溶劑是水、乙醇和乙二醇中的一種或兩種。

所述的還原劑為甲醇、甲醛、甲酸、水合肼、葡萄糖和草酸中的一種或兩種。

所述的反應氣氛為含氧氣氛，如空氣或純氧。

與現有技術相比，本發明的特點和有益效果是：

本發明的技術原理在于鐵礬渣在中性或堿性氧壓條件下轉變為高價鐵產物，高價鐵產物在還原劑的作用下被還原，由于整個反應都在高壓條件下進行，因此反應形成四氧化三鐵的速度快，容易得到純凈的產品。

本發明的有益效果在于，能夠規模化利用鐵礬渣，實現變廢為寶；克服了現有工藝制備磁性四氧化三鐵材料工序繁多、工作量大的問題；提高了產品的純度。

附圖說明

圖1是反應前后的鐵釩渣和反應產物四氧化三鐵的XRD圖譜對比；

圖2 是本發明生成的四氧化三鐵的磁吸附現象。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明作進一步詳細說明。

本發明實施例中的鐵礬渣來自濕法煉鋅過程中用黃鈉鐵礬除鐵法產生的黃鈉鐵礬渣，其中含鐵重量百分比為29.53%。

實施例1

本實施例的采用鐵礬渣一步合成磁性四氧化三鐵的方法，按照以下步驟進行：

（1）向鐵釩渣中加入溶劑水，溶劑水與鐵礬渣的質量比為20:1，攪拌30 min后，調節體系的pH值至14；

（2）在鐵礬渣-溶劑體系中加入還原劑水合肼，還原劑與鐵礬渣的質量比為5:1，混合均勻，得到前驅物體系；