一種用含鋅電爐粉塵合成共摻雜鐵酸鎳鋅軟磁材料的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于磁性材料領域，特別涉及從含鋅電爐粉塵制備合成鐵氧體軟磁材料的 方法。
【背景技術】
[0002] 我國是電爐煉鋼生產大國，2012年我國電爐鋼產量達到7000萬噸，相應的電爐粉 塵產生量約為70-140萬噸左右。而在我國，如此龐大數量的電爐粉塵大部分被堆積填埋，只 有小部分被回收處理。另外，電爐粉塵由于含有比較高的Pb、Cr、Cd等，被劃歸為有毒物質。 大量電爐粉塵的堆積不僅造成了環(huán)境、水體、土壤等的污染，還浪費了其中所含的Fe、Zn、Pb 等有價金屬元素。所以，對電爐粉塵的利用研究是目前亟待解決的問題。其中，隨著大量廢 棄的鍍鋅鋼板用于電爐煉鋼，使得粉塵中含有較高的鋅，含鋅電爐粉塵的主要元素組成主 及含量如下：TFe 30-67%，Zn 2.6-18.9%，Pb〈l%，Si 1-5%，Ca 2-7%，Mg 0.6-9%，A1〈 1 %。（說明：上述含量只給出了主要元素的含量范圍，由于含鋅電爐粉塵中存在的物質大部 分是氧化物，并且還有少量的氯化物及硫酸鹽，并且在測試過程中還有燒損。導致只是按上 述的含量范圍相加之和不能達到100 %)
[0003] 目前，對含鋅電爐粉塵的研究主要圍繞鋅的提取展開（（1 )Trung，Z.H.; Kukurugya,F.；Takacova,Z.；0rac,D.；Laubertova,Μ.；Miskufova, A.；Havlik,T., J.Hazard.Mater.,192(2011),1100-7.(2)Shawabkeh,R.A., Hydrometallurgy,104(2010), 61-65.(3)Herrero,D.；Arias,P.L.；Giiemez,B·；Barrio,V.L.；Cambra,J.F.；Requies,J., Miner. Eng. 23(2010)，511 -517.)，浸出液經凈化、電積后制得電鋅。還未見以含鋅電爐粉塵 為原料合成高附加值材料的研究。結合含鋅電爐粉塵的元素組成，本發(fā)明以含鋅電爐粉塵 為原料合成共摻雜鐵酸鎳鋅軟磁材料。
[0004] 尖晶石鐵氧體(MFe2〇4，M=Ni，Zn等)是一類用途廣泛的磁性材料，因其具有獨特的 性能被廣泛應用于高密度磁記錄，核磁共振成像，催化劑和電子器件等領域。而且根據文獻 報道，兩種或者兩種以上的復合鐵氧體材料具有更優(yōu)良的綜合性能（（l)Y.K 〇se〇glu， Ceram.Int..39(2013),4221-4230.(2)Ch.Sujatha,Κ.Venugopal Reddy,K.Sowri Babu, A.RamaChandra Reddy，M.Buchi Suresh，K.H.Rao，J.Magn.Magn..340(2013),38-45·)〇 目 前制備鐵氧體材料的原料主要是分析純的鹽類物質(P. Si vakumar，R. Ramesh，A. Ramanand， S.Ponnusamy，C.Muthamizhchelvan，Mater.Res.Bull · .46(2011) ,2208-2211 ·)，成本很高。 而以價格低廉的含鋅電爐粉塵為原料制備共摻雜鐵酸鎳鋅鐵氧體磁性材料尚未報道。含鋅 電爐粉塵中的有價金屬Zn，Mn，Mg和Fe都是鐵氧體材料的重要元素，因此，利用含鋅電爐粉 塵制備合成復合鐵氧體材料不僅能綜合利用粉塵中的有價金屬，并且得到了高附加值的產 品，為含鋅電爐粉塵的利用提供了新的思路。

【發(fā)明內容】
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[0005] 本發(fā)明目的是要解決含鋅電爐粉塵的堆積問題，為含鋅電爐粉塵的利用提供新的 思路;同時降低尖晶石鐵氧體的生產成本，提高經濟收益。
[0006] -種用含鋅電爐粉塵合成共摻雜鐵酸鎳鋅軟磁材料的方法，工藝步驟為：
[0007] (1)將含鋅電爐粉塵放在烘箱中90-105°C烘干20-24h。
[0008] (2)將0.3-0.5mol · I/1的鹽酸溶液與干燥后的電爐粉塵按照液固比10:1(L · Kg 一1)混合后，在室溫下攪拌l〇-12h。
[0009] (3)將上述液固混合物于離心器中以3500-4500r · min-1的轉速離心5-10min，離心 結束后棄去上清液，加入適量去離子水重復離心操作至上清液pH值約為5-7;液固經離心分 離后的固體在90_105°C烘干20-24h，研磨后備用。
[0010] (4)取步驟（3)中干燥研磨后的含鋅電爐粉塵與NiCl2 · 6H20固體按照質量比1: 0.4-l:0.8(g · g4)混合，并在研缽中經研磨混合均勻。
[0011] (5)將步驟(4)混合均勻的固體于馬弗爐中在900-1100°C煅燒2-3h。待冷卻到室溫 后，即可得到共摻雜鐵酸鎳鋅軟磁材料。
[0012] 其中步驟（1)含鋅電爐粉塵主要的元素組成及含量如下4?〇 30-67%，2112.6-18.9%，Pb〈l%，Si l-5%，Ca 2-7%，Mg 0.6-9%，Α1〈1%。（說明：上述含量只給出了主要 元素的含量范圍，由于含鋅電爐粉塵中存在的物質大部分是氧化物，并且還有少量的氯化 物及硫酸鹽，并且在測試過程中還有燒損。導致只是按上述的含量范圍相加之和不能達到 100%)
[0013] 本發(fā)明制備得到共摻雜鐵酸鎳鋅軟磁材料的原料來源廣泛，價格低廉，主要為含 鋅電爐粉塵，以此為原料不僅實現了含鋅電爐粉塵的二次資源綜合利用，而且也降低了粉 塵對環(huán)境的污染。本發(fā)明通過合理的控制鹽酸溶液的濃度、洗滌后的含鋅電爐粉塵與 NiCl2 · 6H20固體的質量比以及煅燒溫度，合成了高附加值的共摻雜鐵酸鎳鋅軟磁材料。為 含鋅電爐粉塵的利用提供了一種新工藝。
【附圖說明】：
[0014] 圖1:用含鋅電爐粉塵合成的共摻雜鐵酸鎳鋅軟磁材料的工藝流程圖，
[0015] 圖2:用含鋅電爐粉塵合成的共摻雜鐵酸鎳鋅軟磁材料的（a)XRD和(b)FTIR圖譜， 圖3:用含鋅電爐粉塵合成的共摻雜鐵酸鎳鋅軟磁材料的磁滯回線圖。
【具體實施方式】：
[0016] 1.原料選取
[0017] 含鋅電爐粉塵及不同濃度鹽酸溶液洗滌后的含鋅電爐粉塵的主要元素組成及含 量如表1所示：
[0018] 表1:含鋅電爐粉塵及洗滌后的含鋅電爐粉塵的主要元素組成及含量(wt. % )
[0019]
[0020] 1#、2#、3#、4#分別表示含鋅電爐粉塵、0.3111〇1*1/1的鹽酸溶液洗滌后的含鋅電爐 粉塵、0.5mol · I/1的鹽酸溶液洗滌后的含鋅電爐粉塵
[0021] 2.1實施例1(流程見圖1)
[0022] (1)將含鋅電爐粉塵放在烘箱中105°C烘干24h。
[0023] (2)將0.5mol · I/1的鹽酸溶液與干燥后的含鋅電爐粉塵按照液固比lOOrnL: 10g混 合后，在室溫下攪拌12h。
[0024] (3)將上述液固混合物于離心器中以4000r · min-1的轉速離心10min，離心結束后 棄去上清液，加入適量去離子水重復離心操作至上清液pH值約為6;液固經離心分離后的洗 滌渣在105°C烘干24h，研磨后備用。
[0025] (4)取步驟(3)中研磨后的含鋅電爐粉塵l.Og與NiCl2 · 6H20固體0.65g，在研缽中 經研磨混合均勻。
[0026] (5)將上述混合均勻的固體于馬弗爐中在1000°C煅燒2h。待冷卻到室溫后，即可得 到共摻雜鐵酸鎳鋅軟磁材料。
[0027] 2.2實施例2(流程見圖1)
[0028] (1)將含鋅電爐粉塵放在烘箱中100°C烘干24h。
[0029] (2)將0.3mol · I/1的鹽酸溶液與干燥后的含鋅電爐粉塵按照液固比lOOrnL: 10g混 合后，在室溫下攪拌12h。
[0030] (3)將上述液固混合物于離心器中以4500r · min-1的轉速離心5min，離心結束后棄 去上清液，加入適量去離子水重復離心操作至上清液pH值約為6;液固經離心分離后的洗滌 渣在105°C烘干20h，研磨后備用。
[0031] (4)取步驟(3)中研磨后的含鋅電爐粉塵l.Og與0.6g的NiCl2 · 6H20固體，兩種固體 在研缽中經研磨混合均勻。
[0032] (5)將上述混合均勻的固體于馬弗爐中在1000°C煅燒2h。待冷卻到室溫后，即可得 到共摻雜鐵酸鎳鋅軟磁材料。
[0033] 2.3實施例3(流程見圖1)
[0034] (1)將含鋅電爐粉塵放在烘箱中100°C烘干24h。
[0035] (2)將0.5mol · I/1的鹽酸溶液與干燥后的含鋅電爐粉塵按照液固比lOOrnL: 10g混 合后，在室溫下攪拌12h。
[0036] (3)將上述液固混合物于離心器中以3500r · mirT1的轉速離心10min，離心結束后 棄去上清液，加入適量去離子水重復離心操作至上清液pH值約為6;液固經離心分離后的洗 滌渣在95°C烘干24h，研磨后備用。
[0037] (4)取步驟(3)中研磨后的含鋅電爐粉塵l.Og與0.65g的NiCl2 · 6H20固體，兩種固 體在研缽中經研磨混合均勻。
[0038] (5)將上述混合均勻的固體于馬弗爐中在1100°C煅燒2h。待冷卻到室溫后，即可得 到共摻雜鐵酸鎳鋅軟磁材料。
[0039]具體實驗結果
[0040] 從XRD圖中很清晰地看到，在上述試驗條件下均合成了純相共摻雜鐵酸鎳鋅軟磁 材料。FTIR圖中602和418CHT1處兩個很強的吸收峰表示鐵氧體的特征峰，分別歸屬于四面體 和八面體M-0的伸縮振動，進一步證實了合成的產物是共摻雜鐵酸鎳鋅軟磁材料。
[0041] 從磁滯回線圖中可以看出，合成的共摻雜鐵酸鎳鋅軟磁材料具有軟磁性特征，其 飽和磁化強度Ms = 59.3emu · g-I矯頑力600e。
【主權項】
1. 一種用含鋅電爐粉塵合成共摻雜鐵酸鎳鋅軟磁材料的方法，工藝步驟為： (1) 將含鋅電爐粉塵放在烘箱中90_105°c烘干20-24h; (2) 將0.3-0.5111〇1.1/1的鹽酸溶液與干燥后的電爐粉塵按照液固比10:1(1^1^4)混合 后，在室溫下攪拌l〇-12h; (3) 將上述液固混合物于離心器中以3500-4500r · mirT1的轉速離心5-10min，離心結束 后棄去上清液，加入適量去離子水重復離心操作至上清液pH值為5-7;液固經離心分離后的 固體在90-105°C烘干20-24h，研磨后備用； (4) 取步驟(3)中干燥研磨后的含鋅電爐粉塵與NiCl2 · 6H20固體按照質量比1:0.4-1: 0.8(g · gi)混合，并在研缽中經研磨混合均勻； (5) 將步驟(4)混合均勻的固體于馬弗爐中在900-1100°C煅燒2-3h。待冷卻到室溫后， 即可得到共摻雜鐵酸鎳鋅軟磁材料。2. 按照權利要求1所述的用含鋅電爐粉塵合成共摻雜鐵酸鎳鋅軟磁材料的方法，步驟 (1)含鋅電爐粉塵主要的元素組成及含量質量百分比如下：TFe 30-67%，Zn 2.6-18.9%， Pb〈l%，Si 卜5%，Ca 2-7%，Mg 0·6-9%，Α1〈1%〇
【專利摘要】一種用含鋅電爐粉塵合成共摻雜鐵酸鎳鋅軟磁材料的方法，屬于磁性材料領域。合成步驟為：含鋅電爐粉塵與不同濃度的鹽酸溶液按照一定的液固比混合，在室溫下攪拌一定時間后，經離心進行液固分離，浸出渣在一定溫度下干燥一定時間后與固體NiCl2·6H2O按照一定質量比混合均勻，然后于馬弗爐中在一定溫度下煅燒一定的時間即可得到共摻雜鐵酸鎳鋅軟磁材料。該磁性材料的飽和磁化強度為59.3emu·g-1，矯頑力60Oe，具有優(yōu)良的磁學性能。本發(fā)明不但有效地解決了含鋅電爐粉塵的堆積問題，減少了其對環(huán)境的污染，實現了含鋅電爐粉塵中的有價金屬元素Zn,Fe,Mn,Pb等的利用，并且以含鋅電爐粉塵為原料進行鐵氧體的制備工藝簡單，為含鋅電爐粉塵的利用提供了一種新的方法與工藝。
【IPC分類】H01F1/147, C04B35/26, C04B35/626
【公開號】CN105503167
【申請?zhí)枴緾N201510977587
【發(fā)明人】郭敏, 王會剛, 張梅, 高建明
【申請人】北京科技大學
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2015年12月23日