專利名稱：一種利用酸再生脫硅泥餅制備納米四氧化三鐵的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種軟磁性材料的制備方法，具體是以冷軋鋼廠廢酸再利用后得到的工業(yè)廢棄物脫硅泥餅為原料制備納米四氧化三鐵的方法。
背景技術(shù)：
納米四氧化三鐵是一種重要的尖晶石型鐵氧體，當(dāng)其顆粒直徑小于某個(gè)臨界尺寸時(shí)，會(huì)產(chǎn)生超順磁性。這種材料在外界磁場下極易磁化，當(dāng)外界磁場撤消時(shí)，極易發(fā)生退磁，是一種不會(huì)被永久磁化的軟磁材料。由于其特殊的磁學(xué)和電學(xué)性能，使得它在磁流體、磁記錄、醫(yī)藥靶材等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。目前，用于制備納米四氧化三鐵的方法有共沉淀法、高溫分解法、微乳化法和溶 膠一凝膠法等。其中化學(xué)共沉淀法是研究最為廣泛的方法，需要用到原始的Fe3+和Fe2+溶液的堿性溶液，步驟繁瑣，條件難以操控，顆粒難以控制易于團(tuán)聚；高溫分解法主要是二茂鐵等鐵的金屬有機(jī)化合物作為原料，原料昂貴；溶膠一凝膠法以及微乳化法的工藝過程均需要考慮溫度、PH值以及添加乳化劑對(duì)納米四氧化三鐵的影響，且鐵源也主要為純凈的Fe2+和Fe3+，成本較高。因此，尋找一種成本低廉的鐵源是制備納米四氧化三鐵亟待解決的問題。冷軋鋼廠產(chǎn)出的脫硅泥餅，作為一種工業(yè)廢棄物，經(jīng)過壓濾機(jī)壓制之后，脫硅泥餅呈塊狀，黃紅色，干干燥后，總鐵含量在60 - 70%左右。由于泥餅是通過氫氧化鐵膠體的絮凝生成，其蓬松度高，顆粒細(xì)度好，均勻性好，是一種制備納米材料的良好原料。同時(shí)，一個(gè)大型冷軋鋼廠每年產(chǎn)出萬噸的脫硅泥餅，通常脫硅泥餅都被作為廢棄物填海處理，如何開發(fā)并利用脫硅泥餅已成為鋼廠資源綜合利用的一個(gè)重要課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供了一種利用酸再生脫硅泥餅制備納米四氧化三鐵的方法，即以酸再生脫硅泥餅作為鐵源，通過酸溶、還原、氧化，制備納米四氧化三鐵。該利用酸再生脫硅泥餅制備納米四氧化三鐵的方法，即達(dá)到環(huán)境污染綜合治理的目的、解決資源回收再利用的問題。本發(fā)明的技術(shù)方案
一種利用酸再生脫硅泥餅制備納米四氧化三鐵的方法，即首先，將脫硅泥餅加水加熱打漿，形成分散性較好的脫硅泥漿，所述的脫硅泥餅為鋼廠利用酸再生除硅過程中產(chǎn)生的脫娃泥餅，其含水量為44 62% ；
然后，在所得的脫硅泥漿中加入再生酸，加熱攪拌均勻并反應(yīng)2h后，再加入薄鐵邊料，繼續(xù)加熱至80 - 90°C實(shí)現(xiàn)脫硅泥餅的酸溶和還原，過濾、水洗、用氨水調(diào)節(jié)pH=4，得到的濾液為氯化亞鐵濁液；
上述的脫硅泥漿、再生酸和薄鐵邊料的用量，即按脫硅泥漿中所含的脫硅泥餅再生酸薄鐵邊料為Ig 2ml: O. 5-lg計(jì)算；
進(jìn)一步，加入脂肪胺進(jìn)行氧化反應(yīng)后，經(jīng)離心、用丙酮和乙醇洗滌、真空干燥得到納米四氧化三鐵粗產(chǎn)品；
所述的脂肪胺為三乙胺、正丁胺、十二胺或正十八胺等，所加入的脂肪胺的量按其與氯化亞鐵濁液中所用的脫硅泥餅的質(zhì)量比，即脂肪胺脫硅泥餅為I. 5 — 4. 5 :1 ;
最后，將納米四氧化三鐵粗產(chǎn)品超聲分散在水中，通過磁性吸引分離后，即得到納米四
氧化二鐵。上述的一種利用酸再生脫硅泥餅制備納米四氧化三鐵的方法，具體包括如下步驟
(1)將塊狀脫硅泥餅中加水，并在80- 90°C加熱情況下打漿，最后形成分散性較好的脫硅泥漿； 控制脫硅泥餅與水的質(zhì)量比，即脫硅泥餅水為I 一 3 :5 ;
(2)將再生酸加入到步驟(I)得到的脫硅泥漿中，并投入薄鐵邊料，加熱至80— 90°C，實(shí)現(xiàn)脫硅泥餅的酸溶和還原，過濾、用水洗、用氨水調(diào)節(jié)pH=4，得到的濾液為氯化亞鐵濁液；
(3)步驟(2)得到的氯化亞鐵濁液，加入原脫硅泥餅質(zhì)量I.5 — 4. 5倍的脂肪胺，在85°C下保持12h后，經(jīng)過離心、丙酮和乙醇洗滌后，在60 - 90°C的真空干燥箱內(nèi)干燥12h后，得到納米四氧化三鐵粗產(chǎn)品；
(4)將步驟(3)得到納米四氧化三鐵粗產(chǎn)品，超聲分散在水中，通過磁性吸引分離進(jìn)一步純化四氧化三鐵，最后得到軟磁性納米四氧化三鐵。本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明提出一種利用酸再生脫硅泥餅制備納米四氧化三鐵的方法，由于采用了溶解反應(yīng)以及氧化水熱反應(yīng)，利用工業(yè)廢棄物脫硅泥餅制備出納米四氧化三鐵軟磁性材料，顆粒度分散性均勻，易于充磁，也易于退磁；能較好地從泥餅中分離出來。同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)廢棄物脫硅泥餅的回收再利用，減少環(huán)境污染。


圖I、本發(fā)明實(shí)施例I中所得的納米四氧化三鐵的XRD 圖2、本發(fā)明實(shí)施例I中所得的納米四氧化三鐵的磁滯回歸線。
具體實(shí)施例方式下面通過具體實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步闡述，但并不限制本發(fā)明。本發(fā)明各實(shí)施例中主要所用的設(shè)備及儀器的型號(hào)及生產(chǎn)廠家 X射線粉末衍射儀(XRD)，型號(hào)D8 advance，布魯克公司生產(chǎn)；
場發(fā)射掃描電鏡(SEM),型號(hào)S — 4800,日立公司生產(chǎn)；
數(shù)控超聲波清洗器，型號(hào)KQ-100DB型，昆山市超聲儀器有限公司生產(chǎn)；
磁滯回線測試儀，型號(hào)S MT — 6 O O，美國M I / K J S公司生產(chǎn)。實(shí)施例I
一種利用酸再生脫硅泥餅制備納米四氧化三鐵的方法，具體包括如下步驟
(I )、將塊狀脫硅泥餅200g中加500mL /K，并在80°C加熱情況下打漿，最后形成分散性較好的脫硅泥漿；(2)、按照脫硅泥餅與再生酸的質(zhì)量體積比即脫硅泥餅再生酸為Ig2ml的比例，將再生酸加入到步驟(I)中所得到的脫硅泥漿中，繼續(xù)80°C加熱攪拌2h后，投IOOg薄鐵邊料，加熱至80°C實(shí)現(xiàn)脫硅泥餅的酸溶和還原，然后過濾、水洗后用氨水調(diào)節(jié)pH=4、定容至1L，得到氯化亞鐵濁液；
(3)、取步驟(2)所得到的氯化亞鐵濁液，加入600g十二胺，在85°C下保持12h后，抽濾后，用丙酮和乙醇洗滌3次后，在60°C的真空干燥箱內(nèi)干燥12后，得到納米四氧化三鐵粗品;
(4)、將步驟(3)得到的納米四氧化三鐵粗品超聲分散在水中，通過磁鐵吸引進(jìn)行磁性吸引分離進(jìn)一步純化四氧化三鐵，最后得到軟磁性納米四氧化三鐵。將上述所得的納米四氧化三鐵，進(jìn)行XRD測試，得到納米四氧化三鐵的XRD圖如圖I所示，從圖I中可以看出衍射峰與四氧化三鐵的標(biāo)準(zhǔn)圖譜相一致，說明本發(fā)明的制備方法 所得的產(chǎn)品為四氧化三鐵；衍射峰發(fā)生明顯寬化，說明得到的是納米四氧化三鐵。將上述所得的納米四氧化三鐵，用磁滯回線測試儀測試，得到納米四氧化三鐵的磁滯回歸線如圖2所示，從圖2可以看出磁矯頑力和剩余磁強(qiáng)度較小，易于磁化和退磁，是一種軟磁性材料。實(shí)施例2
一種利用酸再生脫硅泥餅制備納米四氧化三鐵的方法，具體包括如下步驟
(1)、將塊狀脫硅泥餅200g中加400ml水，并在80°C加熱情況下打漿，最后形成分散性較好的脫硅泥漿；
(2)、按照脫硅泥餅與再生酸的質(zhì)量體積比即脫硅泥餅再生酸為Ig2ml的比例，將再生酸加入到步驟(I)中得到的脫硅泥漿中，繼續(xù)80°C加熱攪拌2h后，投入200g的薄鐵邊料，加熱至85°C實(shí)現(xiàn)脫硅泥餅的酸溶和還原，然后過濾、水洗后，用氨水調(diào)節(jié)pH=4、定容至500ml,得到氯化亞鐵池液；
(3)、取步驟(2)所得到的氯化亞鐵濁液，加入400g正丁胺，在85°C下保持12h后，抽濾、丙酮和乙醇洗滌3次后，在70°C的真空干燥箱內(nèi)干燥12h后，得到納米四氧化三鐵粗品;
(4)、將步驟(3)得到納米四氧化三鐵粗品，超聲分散在水中，通過磁性吸引分離進(jìn)一步純化四氧化三鐵，最后得到軟磁性納米四氧化三鐵。實(shí)施例3
一種利用酸再生脫硅泥餅制備納米四氧化三鐵的方法，具體包括如下步驟
(1)、將塊狀脫娃泥餅200g中加400mL水,并在80°C加熱情況下打衆(zhòng),最后形成分散性較好的脫硅泥漿；
(2)、按照脫硅泥餅與再生酸的質(zhì)量體積比即脫硅泥餅再生酸為Ig2ml的比例，將再生酸加入到上述(a)步驟中得到的脫硅泥漿中，繼續(xù)80°C加熱攪拌2h后，投入160g的薄鐵邊料，加熱至85°C實(shí)現(xiàn)脫硅泥餅的酸溶和還原，然后過濾、用水洗滌后。用氨水調(diào)節(jié)pH=4,定容至500ml,得到氯化亞鐵池液；
(3)、取步驟(2)所得到的氯化亞鐵濁液加入840g正十八胺，在85°C下保持12h后，抽濾，丙酮和乙醇洗滌3次后，在60°C的真空干燥箱內(nèi)干燥12h后，得到納米四氧化三鐵粗品;(4)、將步驟(3)得到納米四氧化三鐵粗品，超聲分散在水中，通過磁性吸引分離進(jìn)一步純化四氧化三鐵，最后得到軟磁性納米四氧化三鐵。實(shí)施例4
一種利用酸再生脫硅泥餅制備納米四氧化三鐵的方法，具體包括如下步驟
(1)、將塊狀脫娃泥餅150g中加300mL水,并在80°C加熱情況下打衆(zhòng),最后形成分散性較好的脫硅泥漿；
(2)、按照脫硅泥餅與再生酸的質(zhì)量體積比即脫硅泥餅再生酸為Ig2ml的比例，將再生酸加入到步驟(I)中所得的脫硅泥漿中，繼續(xù)80°C加熱攪拌2h后，投入90g的薄鐵邊料，加熱至85°C實(shí)現(xiàn)脫硅泥餅的酸溶和還原，然后過濾、用水洗滌至后，用氨水調(diào)節(jié)pH=4，定容至500ml,得到氯化亞鐵池液； (3)、取步驟(2)所得的氯化亞鐵濁液，加入240g三乙胺，在85°C下保持12h后，抽濾，用丙酮和乙醇洗滌3次后，在80°C的真空干燥箱內(nèi)干燥12h后，得到納米四氧化三鐵粗品；
(4)、將步驟(3)得到的納米四氧化三鐵粗品，超聲分散在水中，通過磁性吸引分離進(jìn)一步純化四氧化三鐵，最后得到軟磁性納米四氧化三鐵。由以上實(shí)施例可以看出，本發(fā)明的一種利用酸再生脫硅泥餅制備納米四氧化三鐵的方法，由于采用了脂肪胺的氧化反應(yīng)，使生產(chǎn)出四氧化三鐵顆粒度均勻、尺寸小，具有軟材的性能。以上所述僅是本發(fā)明的實(shí)施方式的舉例，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變型，這些改進(jìn)和變型也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種利用酸再生脫硅泥餅制備納米四氧化三鐵的方法，其特征在于 首先，將脫硅泥餅加水加熱打漿，形成分散性較好的脫硅泥漿； 然后，在所得的脫硅泥漿中加入再生酸，加熱攪拌均勻并反應(yīng)2h后，再加入薄鐵邊料，繼續(xù)加熱至80 - 90°C，實(shí)現(xiàn)脫硅泥餅的酸溶和還原，過濾、水洗、用氨水調(diào)節(jié)pH=4，得到的濾液為氯化亞鐵濁液； 上述的脫硅泥漿、再生酸和薄鐵邊料的用量，即按脫硅泥漿中所含的脫硅泥餅再生酸薄鐵邊料為Ig 2ml: O. 5-lg計(jì)算； 進(jìn)一步，在氯化亞鐵濁液中加入脂肪胺，控制溫度為85°C進(jìn)行氧化反應(yīng)12h后，經(jīng)抽濾、用丙酮和乙醇洗滌、真空干燥得到納米四氧化三鐵粗產(chǎn)品； 最后，將納米四氧化三鐵粗產(chǎn)品超聲分散在水中，通過磁性吸引分離后，即得到納米四氧化二鐵。
2.如權(quán)利要求I所述的一種利用酸再生脫硅泥餅制備納米四氧化三鐵的方法，其特征在于所述的脫硅泥餅為鋼廠利用酸再生除硅過程中產(chǎn)生的脫硅泥餅，其含水量為44 62% ； 所述的脂肪胺為三乙胺、正丁胺、十二胺或正十八胺。
3.如權(quán)利要求2所述的一種利用酸再生脫硅泥餅制備納米四氧化三鐵的方法，其特征在于所述的將脫硅泥餅加水加熱打漿，形成分散性較好的脫硅泥漿，即控制脫硅泥餅與水的質(zhì)量比，即脫硅泥餅水為I 一 3 :5，在塊狀脫硅泥餅中加入水，并在80 - 90°C加熱情況下打漿，最后形成的脫硅泥漿。
4.如權(quán)利要求3所述的一種利用酸再生脫硅泥餅制備納米四氧化三鐵的方法，其特征在于所加入的脂肪胺的量按其與氯化亞鐵濁液中所用的脫硅泥餅的質(zhì)量比，即脂肪胺脫娃泥餅為I. 5 — 4. 5 I ο
全文摘要
本發(fā)明公開一種利用酸再生脫硅泥餅制備納米四氧化三鐵的方法，即首先將脫硅泥餅加水加熱打漿，形成分散性較好的脫硅泥漿，然后在所得的脫硅泥漿中加入再生酸，加熱攪拌均勻,反應(yīng)2h后，再加入薄鐵邊料，加熱至80－90℃實(shí)現(xiàn)脫硅泥餅的酸溶和還原，過濾、水洗、用氨水調(diào)節(jié)pH=4，得到的濾液為氯化亞鐵濁液；進(jìn)一步加入脂肪胺進(jìn)行氧化反應(yīng)后，經(jīng)離心、洗滌、干燥得到納米四氧化三鐵粗產(chǎn)品；最后將納米四氧化三鐵粗產(chǎn)品超聲分散在水中，通過磁性吸引分離后，進(jìn)一步在60－90℃的真空干燥箱內(nèi)干燥即得到納米四氧化三鐵。本發(fā)明以酸再生脫硅泥餅為原料制備納米四氧化三鐵的方法，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)廢棄物脫硅泥餅的回收再利用，減少環(huán)境污染。
文檔編號(hào)C01G49/08GK102863030SQ20121035989
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月25日
發(fā)明者付斌, 張娜, 李學(xué)嬌 申請人:上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院