專利名稱：利用酸洗廢液和廢鐵銹生產(chǎn)的納米級(jí)磁性粉末及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米粉末及其制造方法，更具體地說，涉及一種利用酸洗廢液和廢鐵銹生產(chǎn)的納米級(jí)磁性粉末及其生產(chǎn)方法。
在涉及鋼鐵材料或制品表面處理的生產(chǎn)行業(yè)均有酸洗廢液產(chǎn)生，其中仍舊含有較高濃度的酸以及高濃度的亞鐵離子，屬于危害性較大的污染物。處理酸洗廢液的方法主要有兩類第一類方法是中和沉淀法，該方法雖簡(jiǎn)單易行，但消耗的堿量大，并形成大量再次處置難度大的污泥，容易返溶而造成二次污染；第二類方法是綜合利用酸洗廢液，迄今為止，綜合利用酸洗廢液的方法歸納起來可分為結(jié)晶分離法、擴(kuò)散滲析-電解法、化學(xué)合成法等。通過上述方法回收得到的產(chǎn)品主要是硫酸亞鐵、酸、混凝劑以及鐵系顏料等，基本上屬于低附加值的產(chǎn)品。
廢鐵銹為鋼鐵材料或制品表面銹蝕后產(chǎn)生的氧化產(chǎn)物，由于鋼鐵仍為目前最主要的金屬材料，因此，每年廢鐵銹的產(chǎn)生量驚人，處置也非常困難，大量的鐵銹隨意堆放，經(jīng)過雨水侵蝕，鐵銹水四處流散，既污染環(huán)境，也影響美觀。又因鐵銹比較分散，少部分作為冶鐵原料返回?zé)掕F，大部分并未得到很好地回收利用。
因而，降低磁性粉末的制造成本，處理酸洗廢液和回收廢鐵成為人們不斷研究和探索的課題之一。
本發(fā)明通過下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明包括浸泡、氧化調(diào)節(jié)、共沉反應(yīng)、液固分離、干燥等過程。具體為以下過程1、浸泡將廢鐵銹浸泡在酸洗廢液殘余的酸中，使廢鐵銹中的Fe2O3在酸的作用下溶解出來，形成游離的三價(jià)鐵離子，經(jīng)過浸泡之后，酸洗廢液中原本含有二價(jià)鐵離子與三價(jià)鐵離子則構(gòu)成初始料液。
2、氧化調(diào)節(jié)在浸泡廢鐵銹的酸洗廢液中加入強(qiáng)氧化劑，使料液中的部分的二價(jià)鐵離子氧化為三價(jià)鐵離子，由于料液中二價(jià)鐵離子和三價(jià)鐵離子的摩爾含量比例控制在0.91∶1～1.25∶1的范圍之內(nèi)，才能達(dá)到反應(yīng)生成磁性粉末的條件，所以要嚴(yán)格控制強(qiáng)氧化劑的加入量。
3、共沉反應(yīng)在上述氧化調(diào)節(jié)后的料液中加入堿液，提高料液的pH值，使二價(jià)鐵離子和三價(jià)鐵離子分別形成Fe(OH)2、Fe(OH)3沉淀，添加的堿液最好能使經(jīng)氧化調(diào)節(jié)后的料液的pH值維持在11.8～13.6這個(gè)范圍。在形成沉淀的過程中，升高料液的溫度，并維持在70℃～90℃，這時(shí)Fe(OH)2、Fe(OH)3顆粒均具有較大的表面積，可以相互吸附形成共沉淀，并脫水生成帶有磁性的Fe3O4粉末。在形成共沉淀的時(shí)候的同時(shí)，周圍環(huán)境擾動(dòng)較大，則可得到尺寸較小的顆粒，而利用超聲波進(jìn)行擾動(dòng)，可在分子級(jí)的尺寸范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)微小擾動(dòng)環(huán)境，限制磁性顆粒的繼續(xù)增長(zhǎng)，得到尺寸小的顆粒。由于超聲波提供的擾動(dòng)比較均一，形成的微小擾動(dòng)環(huán)境也比較均一，則磁性顆粒最終的尺寸分布也比較均一。
3、固液分離利用電磁分離裝置使磁性粉末加速沉降，使磁性粉末與水分離。分離出來的水循環(huán)使用，含水磁性粉末則進(jìn)入下一步工序。
4、干燥分離含水磁粉中剩余的少量水分。干燥過程可采用熱空氣與物料接觸，升溫過程均勻，防止驟然升溫引起的物料板結(jié)。
通過上述方法處理酸洗廢液和廢鐵銹可得到納米級(jí)磁性粉末。
本發(fā)明的積極效果1、可使廢鐵銹及酸洗廢水得到綜合利用和處理，處理完畢后基本不殘留廢棄物，生產(chǎn)過程“三廢”排放量少，工藝廢水可循環(huán)使用，得到的產(chǎn)品的附加值高，并可在此基礎(chǔ)上繼續(xù)開發(fā)新的產(chǎn)品，市場(chǎng)適應(yīng)性好，前景廣闊，銷路穩(wěn)定，能為廢酸、廢物的綜合利用尋求到可靠的利用途徑；2、原料利用了廢鐵銹中的三價(jià)鐵和酸洗廢液中的二價(jià)鐵，減少量氧化過程中消耗太多的氧化劑，節(jié)省原料，降低生產(chǎn)成本；3、共沉反應(yīng)采用超聲波作為提供擾動(dòng)環(huán)境外能源形式，能量傳輸及轉(zhuǎn)換效率高，產(chǎn)生均一且可達(dá)到分子級(jí)別的微小擾動(dòng)環(huán)境，限制磁性粉末的生長(zhǎng)并保證生成的磁性粉末粒徑分布均勻；
4、產(chǎn)品因粒徑分布均勻，粒度尺寸小，既可作為產(chǎn)品直接出售，也可作為中間體繼續(xù)開發(fā)磁性存儲(chǔ)材料、磁性涂料、鐵磁顏料、磁性絮凝劑等諸多產(chǎn)品，能夠適應(yīng)市場(chǎng)需求的變化，保證銷售渠道暢通。
如附

圖1，本發(fā)明的工藝流程如下在浸泡池中，將廢鐵銹加入酸洗廢液，并讓他們有充分的時(shí)間混合，利用酸洗廢液中殘余的酸與廢鐵銹中的Fe2O3反應(yīng)，提高料液中三價(jià)鐵的含量，再通過氧化劑的調(diào)節(jié)作用，使料液中三價(jià)鐵與二價(jià)鐵的摩爾含量比例在0.91∶1～1.25∶1這個(gè)范圍內(nèi)。料液配比合適后，使之進(jìn)入超聲波共沉反應(yīng)釜，保持反應(yīng)器中的溫度穩(wěn)定在70℃～90℃內(nèi)，并持續(xù)往反應(yīng)器中加入堿液，使其pH值維持在11.8～13.6這個(gè)范圍內(nèi)，反應(yīng)10分鐘后進(jìn)行固液分離，液體返回使用，固體經(jīng)過均勻干燥去除水分，即可得到粒度在13.82nm～22.89nm之間的納米級(jí)磁性粉末，通過電子顯微鏡觀察，磁粉近似球形，形態(tài)均一，晶形完整。
如圖2，軋鋼廠利用鹽酸酸洗廢液及氧化鐵皮生產(chǎn)納米磁性粉末流程。先將鹽酸酸洗廢液和氧化鐵皮一同加入浸泡池，酸洗廢液中的酸將與氧化鐵皮反應(yīng)生成游離態(tài)的三價(jià)鐵離子，此時(shí)，原本鹽酸酸洗廢液中的二價(jià)鐵離子與三價(jià)鐵離子就構(gòu)成了原始料液。擱置2天，給酸與氧化鐵皮有充分的時(shí)間混合放應(yīng)，提高三價(jià)鐵的含量后，在原始料液中加入硝酸將原本鹽酸酸洗廢液中的二價(jià)鐵離子氧化成為三價(jià)鐵離子，直至三價(jià)鐵離子與二價(jià)鐵離子的摩爾比例為1∶1。然后將料液放入溫度維持在80℃的超聲波共沉反應(yīng)釜，并持續(xù)往料液中加入NaOH溶液，使超聲波共沉反應(yīng)釜中的反應(yīng)料液的pH值維持在13，反應(yīng)10分鐘后，原始料液中的二價(jià)鐵離子和三價(jià)鐵離子將和NaOH溶液發(fā)生反應(yīng)生成的Fe(OH)2、Fe(OH)3沉淀在超聲波進(jìn)行擾動(dòng)下將形成共沉淀，并脫水生成帶有磁性的Fe3O4粉末。因?yàn)槔贸暡ㄟM(jìn)行擾動(dòng)，可在分子級(jí)的尺寸范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)微小擾動(dòng)環(huán)境，從而限制了磁性顆粒的繼續(xù)增長(zhǎng)，又由于超聲波提供的擾動(dòng)比較均一，形成的微小擾動(dòng)環(huán)境也比較均一，所以所得到的磁性顆粒最終的尺寸分布也比較均一。然后采用電磁器件進(jìn)行固液分離，分離出來的水抽回超聲波共沉反應(yīng)釜循環(huán)使用，含水磁性粉末則放入干燥室，干燥后的磁性粉末即是所需要的納米級(jí)磁性粉末。
實(shí)施中所用的酸洗廢液可自軋鋼廠的酸洗工序，廢鐵銹或廢鐵渣可用廢鐵表面剝離的鐵銹或是硫鐵礦燒渣、鋼鐵廠的氧化鐵皮等，氧化劑用氯酸鈉、硝酸，超聲波反應(yīng)器需根據(jù)生產(chǎn)量進(jìn)行專門設(shè)計(jì)，固液分離裝置采用電磁器件，干燥裝置采用通常的干燥室，但需附設(shè)溫度控制設(shè)施。
權(quán)利要求
1.一種利用酸洗廢液和廢鐵銹生產(chǎn)納米級(jí)磁性粉末的生產(chǎn)方法，其特征在于包括下列步驟(1)將廢鐵銹浸泡在酸洗廢液殘余的酸中，形成游離的三價(jià)鐵離子；(2)在浸泡廢鐵銹的酸洗廢液中加入強(qiáng)氧化劑，將酸洗廢液中原本帶有的部分二價(jià)鐵離子氧化成為三價(jià)鐵離子，使三價(jià)鐵離子與二價(jià)鐵離子的摩爾含量比例范圍為0.91∶1～1.25∶1；(3)在第(2)步得到的料液中加入堿液，升高料液的溫度，并維持在70℃～90℃，使二價(jià)鐵離子和三價(jià)鐵離子沉淀生成的Fe(OH)2、Fe(OH)3脫水形成磁性Fe3O4，與此同時(shí)擾動(dòng)料液，防止了形成的磁性Fe3O4粉末顆粒的長(zhǎng)大；(4)用電磁分離裝置分離第(3)步得到的磁性Fe3O4粉末和水；(5)干燥第(4)步分離出來的磁性Fe3O4粉末。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用酸洗廢液和廢鐵銹生產(chǎn)納米級(jí)磁性粉末的生產(chǎn)方法，其特征在于第(3)步是利用超聲波進(jìn)行振蕩擾動(dòng)，防止磁性顆粒長(zhǎng)大。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的利用酸洗廢液和廢鐵銹生產(chǎn)納米級(jí)磁性粉末的生產(chǎn)方法，其特征在于第(2)步的三價(jià)鐵離子與二價(jià)鐵離子的摩爾含量比例為1∶1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的利用酸洗廢液和廢鐵銹生產(chǎn)納米級(jí)磁性粉末的生產(chǎn)方法，其特征在于第(3)步的料液的pH值范圍是11.8～13.6。
5.權(quán)利要求1所述的方法得到的納米級(jí)磁性粉末。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種納米級(jí)磁性粉末及其生產(chǎn)方法，旨在提供一種利用酸洗廢液和廢鐵銹制造的納米級(jí)磁性粉末及其生產(chǎn)方法，該方法的使用不僅可以得到納米級(jí)的磁性粉末，而且可以降低納米級(jí)磁性粉末制造的成本，并為酸洗廢液的綜合利用和廢鐵銹的回收開辟了新的前景。本發(fā)明的工藝流程包括浸泡、氧化調(diào)節(jié)、共沉反應(yīng)、固液分離和干燥。
文檔編號(hào)C01G49/02GK1417129SQ02149628
公開日2003年5月14日 申請(qǐng)日期2002年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月13日
發(fā)明者湯兵, 朱又春 申請(qǐng)人:廣東工業(yè)大學(xué)