CN103951406A - 一种用红土镍矿合成共掺杂铁酸镍软磁材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种以腐泥土型红土镍矿为原料制备合成共掺杂铁酸镍软磁材料的方法，属于磁性材料领域。合成共掺杂铁酸镍软磁材料的原料是红土镍矿，合成步骤为：将红土镍矿干燥磨碎后与酸混合，通过加压酸浸得到符合条件的浸出液。放在反应釜中的浸出液经过调节pH值后，加热到指定温度，保温一定的时间。经离心，洗涤得到沉淀。沉淀经干燥，磨碎，煅烧即可得到共掺杂铁酸镍软磁材料。本发明充分利用红土镍矿中的有价金属元素Ni，Co，Mn，Fe及Mg，实现了资源综合利用，而且原料价格低廉，工艺简单易操作。采用本发明制备得到的复合铁氧体软磁材料，具有优良的磁学性能。

Description

一种用红土镍矿合成共掺杂铁酸镍软磁材料的方法
技术领域
本发明属于磁性材料领域，特别涉及从腐泥土型红土镍矿制备合成铁氧体软磁材料的方法。
背景技术
红土镍矿是世界上最大的镍资源，约占世界镍储量的70%，含有铁、镁、硅、镍、钴、锰等多种元素。其中镍含量一般为1%-3%，其它物质占红土镍矿的97%-99%。总体而言，红土镍矿的处理工艺（包括火法冶金和湿法冶金）都仅仅着重于回收矿石中含量较低的镍，有的也回收了铁和钴，其它物质均成为工业固体废弃物而被排放，不仅造成了有用资源的浪费，而且占用空间，造成地质污染，给生态环境带来了巨大的威胁和安全隐患。另外，传统的红土镍矿湿法处理工艺，都会涉及过多的提纯、净化、分离工艺程序，不仅工艺路线复杂，而且在各环节还会造成镍资源的损耗。
尖晶石铁氧体（MFe2O4，M=Ni，Co，Mn，Mg等）是一类用途广泛的磁性材料，因其具有独特的性能被广泛应用到高密度磁记录，核磁共振成像，催化剂和电子器件等领域。而且根据文献报道，两种或者两种以上的复合铁氧体材料具有更优良的综合性能（(1)Y.Koseoglu,Ceram.Int..39(2013),4221-4230.(2)Ch.Sujatha,K.VenugopalReddy,K.SowriBabu,A.RamaChandraReddy,M.BuchiSuresh,K.H.Rao,J.Magn.Magn..340(2013),38-45.）。目前制备铁氧体材料的原料主要是分析纯的盐类物质（P.Sivakumar,R.Ramesh,A.Ramanand,S.Ponnusamy,C.Muthamizhchelvan,Mater.Res.Bull..46(2011),2208-2211.），成本很高，而从价格低廉的低品位红土镍矿中制备合成铁氧体材料尚未报道。红土镍矿中的有价金属Ni，Co，Mn，Mg和Fe都是铁氧体材料的重要元素，因此，利用红土镍矿制备合成复合铁氧体材料不仅能综合利用矿石中的有价金属，并且得到了高附加值的产品，为红土镍矿的有效综合利用提供了新的思路。
发明内容：
本发明在较温和加压酸浸腐泥土型红土镍矿基础上，浸出液经水热共沉淀和干燥，最后煅烧制备合成了Co-Mn-Mg共掺杂铁酸镍软磁材料，不仅减少了传统湿法工艺中浸出液提纯、净化、分离的复杂处理工艺，而且制备得到了高附加值产品，实现了有价金属元素的综合利用。
一种用红土镍矿合成共掺杂铁酸镍软磁材料的方法，其特征在于所用原料为：红土镍矿(10-25%Fe,0.02-0.1%Co,1.8-3.0%Ni,0.1-0.5%Mn,15-35%Mg)，工艺步骤为：
（1）将红土镍矿放在烘箱中80～105℃烘干20～24h，然后将矿磨细≥100目；
（2）将磨细的红土镍矿与盐酸(2.0～3.0mol·L-1)按照固液比为1g:6mL加入到反应釜中，并将其加热到175～220℃，保温4～10h，待冷却到室温后，进行固液分离，得到溶液中n(Fe)：n(Ni，Co，Mn)=2.0的浸出液；
（3）将步骤（2）所述浸出液放入反应釜中，并用NaOH溶液(1.0～5.0mol·L-1)调节pH值至近中性(6.5～7.5)，并将其加热到175～200℃，保温4～10h，待冷却到室温后，进行固液分离，得到沉淀；
（4）将步骤（3）所得沉淀在烘箱中80～120℃烘干，然后将沉淀磨细到≥100目；最后将磨细的沉淀于马弗炉中在950～1100℃煅烧1～3h，待冷却到室温后，即可得到Co-Mn-Mg共掺杂铁酸镍软磁材料。
本发明制备共掺杂铁酸镍软磁材料的原料腐泥土型红土镍矿来源广泛，与传统的处理工艺相比，不仅减少了浸出液提纯、净化、分离的处理程序，而且制备得到了高附加值产品，有价金属元素综合利用率高。本发明通过合理控制酸浓度、温度，得到了符合条件的浸出液，再经水热共沉淀，煅烧制备得到Co-Mn-Mg共掺杂铁酸镍软磁材料。该方法易于操作，是利用红土镍矿制备高附加值材料合理有效的途径。
附图说明：
图1：用红土镍矿合成Co-Mn-Mg共掺杂铁酸镍材料的工艺流程图
图2：用红土镍矿合成的Co-Mn-Mg共掺杂铁酸镍材料的（a）XRD和（b）FTIR图谱
图3：以红土镍矿为原料合成的Co-Mn-Mg共掺杂铁酸镍材料的SEM图
图4：以红土镍矿为原料合成的Co-Mn-Mg共掺杂铁酸镍材料的磁滞回线图
具体实施方式：
1.原料选取
原料为腐泥土型红土镍矿，其化学分析结果如表1所示：
表1：腐泥土型红土镍矿的化学成分(wt.%)
2.合成步骤：见图1
（1）将腐泥土型红土镍矿在烘箱中105℃烘干24h，然后将矿磨细到100目。
（2）将磨细的腐泥土型红土镍矿与2.5mol·L-1盐酸按照固液比为1g:6ml加入到反应釜中，密封反应釜，并将其加热到200℃，保温8h。待冷却到室温后，进行固液分离，得到溶液中n(Fe)：n(Ni，Co，Mn)=2.0的浸出液。
（3）将上述浸出液置于反应釜中，并用1.0mol·L-1NaOH溶液将其pH调至中性（7.0），密封反应釜，并将其加热到200℃，保温8h。待冷却到室温后，进行固液分离，得到沉淀。
（4）将所得沉淀在烘箱中80℃烘干，然后将沉淀磨细到100目。最后将磨细的沉淀在马弗炉中在1000℃下煅烧2h。待冷却到室温后，即可得到Co-Mn-Mg共掺杂铁酸镍软磁材料。
具体实验结果
从XRD图中很清晰地看到，在此试验条件下合成了较纯的Co-Mn-Mg共掺杂铁酸镍软磁材料。FTIR图中590和430cm-1处两个很强的吸收峰分别代表四面体和八面体M-O的伸缩振动，进一步证实了合成的产物是Co-Mn-Mg共掺杂铁酸镍软磁材料。
从SEM图中可以看出，合成的Co-Mn-Mg共掺杂铁酸镍呈相对均匀的粒子结构，粒子的平均粒径是100nm。
从磁滞回线图中可以看出，合成的Co-Mn-Mg共掺杂铁酸镍材料具有软磁性特征，其饱和磁化强度Ms=42.9emu·g-1，矫顽力60Oe。

Claims (1)

1.一种用红土镍矿合成共掺杂铁酸镍软磁材料的方法，其特征在于所用原料为：红土镍矿成分重量百分比为：2.3-3.8%NiO，0.03-0.15%Co3O4，0.1-1.0%MnO，15-35%Fe2O3，15-35%MgO，1-3%Al2O3，1-2%Cr2O3，0.1-0.5%CaO，20-35%SiO2，LOI：10-15%，工艺步骤为：
（1）将红土镍矿放在烘箱中80～105℃烘干20～24h，然后将矿磨细到≥100目；
（2）将磨细的红土镍矿与盐酸(2.0～3.0mol·L-1)按照固液比为1g:6mL加入到反应釜中，并将其加热到175～220℃，保温4～10h，待冷却到室温后，进行固液分离，得到溶液中n(Fe)：n(Ni，Co，Mn)=2.0的浸出液；
（3）将步骤（2）所述浸出液放入反应釜中，并用NaOH溶液(1.0～5.0mol·L-1)调节pH值至近中性(6.5～7.5)，并将其加热到175～200℃，保温4～10h，待冷却到室温后，进行固液分离，得到沉淀；
（4）将步骤（3）所得沉淀在烘箱中80～120℃烘干，然后将沉淀磨细到≥100目，最后将磨细的沉淀于马弗炉中在950～1100℃煅烧1～3h，待冷却到室温后，即可得到Co-Mn-Mg共掺杂铁酸镍软磁材料。
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