CN104787803A - 一种由含锌钢铁酸洗废液制备纳米铁酸锌的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种由含锌钢铁酸洗废液制备纳米铁酸锌的方法，包括如下步骤：(1)测含锌钢铁酸洗废液中Zn2+和Fe总的物质的量浓度；(2)搅拌下，向含锌钢铁酸洗废液中加入氯化锌水溶液和水得混合液；(3)在搅拌下，加入草酸或草酸盐，有黄色沉淀生成，继续搅拌；(4)过滤，得到的滤液为无色澄清透明的液体，用于循环或排放；滤饼为黄色固体，洗涤，烘干，研磨，煅烧，得到纳米铁酸锌。本发明以黄绿色含锌钢铁酸洗废液为原料制备有多种用途的纳米铁酸锌，解决了含锌钢铁酸洗废液的资源化处理难题，达到了变废为宝的资源化处理，并使处理后的水绿色环保。本方法处理时间短，操作简单，能耗低，操作性强，条件控制相对简单。

Description

一种由含锌钢铁酸洗废液制备纳米铁酸锌的方法
技术领域
本发明涉及无机纳米功能材料制备领域，特别是涉及一种由含锌钢铁酸洗废液制备纳米铁酸锌的方法。
背景技术
在钢铁行业，由于酸洗是不可避免的步骤，所以每日都会产生大量的钢铁酸洗废液。钢铁酸洗废液中的主要指的是盐酸，钢铁盐酸酸洗的废液中含有高浓度的盐酸和亚铁离子，酸洗废液pH在0.2-3.0左右，主要成分为Fe2+，含有少量的Fe3+和其他一些杂质，有的还含有微量的PO4 3-、Zn2+，俗称“酸洗液”。因此，如果废液不经过处理直接排放，将造成严重的环境污染，导致一系列的环保问题出现。而对于含锌钢铁酸洗废液来说，由于其含有较多的Zn2+，其含量已经远远超过了国家规定的排放标准，因此这类型酸洗液并不能按照一般的酸洗液的处理方式来解决。由于Zn2+在含量及化学性质方面的特殊性，所以在处理含锌钢铁酸洗废液有很大的困难，至今也鲜有有效可行的方法来解决这个问题。因此，如何有效的处理含锌钢铁酸洗废液也是钢铁行业面临的一个重大难题，这个问题不仅涉及到行业自身的发展，也密切影响着周围的环境。
铁酸锌(ZnFe2O4)由于其结构特点及优良的耐热、耐光、防锈、无毒等特性，在磁性材料、脱氢催化、烟气脱硫及防腐颜料等领域有着广泛的用途和应用前景。铁酸锌是一种性能优良的软磁材料，又是非常有代表性的烯类有机化合物氧化脱氢的催化剂，同时具有很高光催化活性及对可见光敏感的半导体催化剂，铁酸锌纳米粒子还是个性能优良的透明无机颜料。主要用于需要高耐热性、无毒、惰性的场合，例如塑料、搪瓷、玩具等。涂料级铁酸锌防锈颜料适用于各类溶剂型防锈漆、防腐漆、底面合一漆。由于具有这些特殊的性能,人们越来越重视铁酸锌粉体的应用。因此,开发具有优良特性的纳米ZnFe2O4粉体有着广泛的应用前景，市场需求近几年来越来越大。
发明内容
本发明的目的是解决目前国内钢铁行业处理含锌钢铁酸洗废液所面临的较大的难题，提供一种由含锌钢铁酸洗废液制备纳米铁酸锌的方法。
本发明的技术方案概述如下：
一种由含锌钢铁酸洗废液制备纳米铁酸锌的方法，包括如下步骤：
(1)测含锌钢铁酸洗废液中Zn2+和Fe总的物质的量浓度；
(2)在温度为25-80℃、搅拌下，向含锌钢铁酸洗废液中加入氯化锌水溶液和水得混合液，使混合液中n(Fe总)/n(Zn2+)＝1.8-2.2，同时使Fe总浓度为0.5mol/L-3mol/L
(3)在搅拌下，加入草酸或草酸盐，使n(C2O4 2-)/n(Zn2+)＝0.8-1.2，有黄色沉淀生成，继续搅拌10-60min；
(4)过滤，得到的滤液为无色澄清透明的液体，用于循环或排放；滤饼为黄色固体，洗涤，烘干，研磨，煅烧，得到纳米铁酸锌。
步骤(2)所述温度优选为：75-80℃。
优选地：所述n(Fe总)/n(Zn2+)＝2.0，同时使Fe总浓度为3.0mol/L。
所述草酸盐为草酸钠或草酸钾。
所述n(C2O4 2-)/n(Zn2+)＝1.0。
所述煅烧温度为400-800℃，灼烧1-3h。
本发明的优点：本发明针对含锌和铁的黄绿色含锌钢铁酸洗废液为原料制备有多种用途的纳米铁酸锌，同时分离得到无色澄清透明的液体，解决了含锌钢铁酸洗废液的资源化处理难题，同时得到有经济效益的纳米铁酸锌，达到了变废为宝的资源化处理，并使处理后的水绿色环保。本方法处理时间短，操作简单，能耗低，操作性强，条件控制相对简单，适用于工业条件的处理及生产方式。
附图说明
图1是实施例1获得的铁酸锌的XRD图谱。
图2是实施例2获得的铁酸锌的XRD图谱。
图3是实施例1获得的铁酸锌的SEM图片。
图4是实施例2获得的铁酸锌的SEM图片。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，下面的实施例是为了使本领域的技术人员能够更好地理解本发明，但并不对本发明作任何限制。
实施例1
一种由含锌钢铁酸洗废液制备纳米铁酸锌的方法，包括如下步骤：
(1)测含锌钢铁酸洗废液中Zn2+和Fe总的物质的量浓度；
n(Zn2+)＝0.43mol/L；n(Fe总)＝3.324mol/L
(其中n(Fe2+)＝3.198mol/L，n(Fe3+)＝0.126mol/L)
(2)在温度为25-30℃、搅拌下，向45.13ml黄绿色的含锌钢铁酸洗废液中加入氯化锌水溶液(6.68g固体ZnCl2溶于100ml水中，充分搅拌)和154.87ml水得混合液，使混合液中n(Fe总)/n(Zn2+)＝2.2，同时使Fe总浓度为0.5mol/L；
(3)在搅拌下，加入10.96g Na2C2O4，使n(Na2C2O4)/n(Zn2+)＝1.2，有黄色沉淀生成，继续搅拌60min；
(4)过滤，得到的滤液为无色澄清透明的液体，用于循环(可替代步骤(2)的水，也可以用于排放)；滤饼为黄色固体，用水洗涤3次，60℃烘干，研磨，400℃煅烧3h，得到棕黄色纳米铁酸锌12.67g。
实施例2
一种由含锌钢铁酸洗废液制备纳米铁酸锌的方法，包括如下步骤：
(1)测含锌钢铁酸洗废液中Zn2+和Fe总的物质的量浓度；
n(Zn2+)＝0.43mol/L；n(Fe总)＝3.324mol/L
(其中n(Fe2+)＝3.198mol/L，n(Fe3+)＝0.126mol/L)
(2)在温度为75-80℃、搅拌下，向270ml黄绿色的含锌钢铁酸洗废液中加入氯化锌水溶液(45.52g固体ZnCl2溶于20ml水中，充分搅拌)和10ml水得混合液，使混合液中n(Fe总)/n(Zn2+)＝2.0，同时使Fe总浓度为3mol/L；
(3)在搅拌下，加入60.3g Na2C2O4，使n(Na2C2O4)/n(Zn2+)＝1.0，有黄色沉淀生成，继续搅拌30min；
(4)过滤，得到的滤液为无色澄清透明的液体，用于循环(可替代步骤(2)的水，也可以用于排放)；滤饼为黄色固体，用水洗涤3次，80℃烘干，研磨，800℃煅烧1h，得到深红色色纳米铁酸锌86.60g。
实施例3
一种由含锌钢铁酸洗废液制备纳米铁酸锌的方法，包括如下步骤：
(1)测含锌钢铁酸洗废液中Zn2+和Fe总的物质的量浓度；
n(Zn2+)＝0.43mol/L；n(Fe总)＝3.324mol/L
(其中n(Fe2+)＝3.198mol/L，n(Fe3+)＝0.126mol/L)
(2)在温度为45-50℃、搅拌下，向180.5ml黄绿色的含锌钢铁酸洗废液中加入氯化锌水溶液(34.8g固体ZnCl2溶于100ml水中，充分搅拌)和19.5ml水得混合液，使混合液中n(Fe总)/n(Zn2+)＝1.8，同时使Fe总浓度为2mol/L；
将通过计算得到反应所需的酸洗液180.5ml及水19.5ml放入容器中，搅拌均匀；
(3)在搅拌下，加入35.73g Na2C2O4，使n(Na2C2O4)/n(Zn2+)＝0.8，有黄色沉淀生成，继续搅拌10min；
(4)过滤，得到的滤液为无色澄清透明的液体，用于循环(可替代步骤(2)的水，也可以用于排放)；滤饼为黄色固体，用水洗涤3次，70℃烘干，研磨，600℃煅烧2h，得到棕红色纳米铁酸锌49.97g。
用草酸或草酸钾替代本实施例的草酸钠，其它同本实施例，也可以制备出相应的纳米铁酸锌。
各实施例所采用的含锌钢铁酸洗废液仅是举例，为了使本领域的技术人员能够更好地理解本发明，但并不对本发明作任何限制。

Claims (6)

1.一种由含锌钢铁酸洗废液制备纳米铁酸锌的方法，其特征是包括如下步骤：
(1)测含锌钢铁酸洗废液中Zn2+和Fe总的物质的量浓度；
(2)在温度为25-80℃、搅拌下，向含锌钢铁酸洗废液中加入氯化锌水溶液和水得混合液，使混合液中n(Fe总)/n(Zn2+)＝1.8-2.2，同时使Fe总浓度为0.5mol/L-3mol/L；
(3)在搅拌下，加入草酸或草酸盐，使n(C2O4 2-)/n(Zn2+)＝0.8-1.2，有黄色沉淀生成，继续搅拌10-60min；
(4)过滤，得到的滤液为无色澄清透明的液体，用于循环或排放；滤饼为黄色固体，洗涤，烘干，研磨，煅烧，得到纳米铁酸锌。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述步骤(2)所述温度为：75-80℃。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是n(Fe总)/n(Zn2+)＝2.0，同时使Fe总浓度为3.0mol/L。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述草酸盐为草酸钠或草酸钾。
5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征是所述n(C2O4 2-)/n(Zn2+)＝1.0。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述煅烧温度为400-800℃，灼烧1-3h。
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