CN111001824A - 一种零价铁的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种零价铁的制备方法，属于化学领域。本发明以价廉易得的磁铁矿精矿为主要原料，经浓盐酸在沸腾条件下酸浸后，磁铁矿精矿中的铁元素被浸出，经固液分离，得到三价铁离子和二价铁离子的混合溶液，即酸浸液，使用价廉易得的抗坏血酸将酸浸液中的三价铁离子还原为二价铁离子，再将亚铁离子水溶液加入至硼氢化钠溶液中，由于第二还原反应的过程，维持硼氢化钠过量的环境，避免了生成的零价铁被氧化，从而得到纯净的零价铁产品，且能够快速生成零价铁。本发明所提供的上述方法所用主要原料均为价廉易得的原料，有效降低了原料成本，且该制备工艺简单，易于实施，适合工业化生产，具有明显的社会效益及经济效益。

Description

一种零价铁的制备方法
技术领域
本发明涉及化学领域，尤其涉及一种零价铁的制备方法。
背景技术
零价铁由于具有优越的还原性，在环境污染处理和环境修复领域应用广泛。目前的零价铁制备工艺主要以二价铁化合物(如氯化亚铁和硫酸亚铁)为原料，价格相对昂贵，且制备工程中大多需惰性气体进行保护，以避免制备的零价铁颗粒被氧化，并且所用水多为蒸馏水，这无疑会增加零价铁的生产成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种零价铁的制备方法，该制备方法以磁铁矿精矿为主要原料，以价廉易得的抗坏血酸为还原剂，且不需要惰性气体保护，对水的要求不高，极大程度降低了零价铁的生产成本。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种零价铁的制备方法，包括如下步骤：
将磁铁矿精矿在浓盐酸中进行酸浸后，经固液分离，得到酸浸液；所述酸浸的过程维持反应液为沸腾状态；
将所述酸浸液与抗坏血酸混合，进行第一还原反应，得到亚铁离子水溶液；
将所述亚铁离子水溶液加入至硼氢化钠溶液中，进行第二还原反应，得到零价铁。
优选地，所述磁铁矿精矿中铁的质量百分含量≥71.5％；所述浓盐酸的质量浓度为36～38％；所述磁铁矿精矿与浓盐酸的质量比为1∶4～6。
优选地，所述酸浸的时间为8～15min。
优选地，所述磁铁矿精矿中的铁元素的物质的量与抗坏血酸的物质的量之比为1∶1.5～3。
优选地，所述第一还原反应的温度为20～45℃，反应时间为5～10min。
优选地，所述磁铁矿精矿中铁元素与硼氢化钠的摩尔比为1∶3～6.5。
优选地，所述硼氢化钠溶液的质量浓度为10～80％。
优选地，所述硼氢化钠溶液的质量浓度为20～40％。
优选地，所述第二还原反应的温度为室温，时间为0.5～2min；所述第二还原反应的时间从所述亚铁离子水溶液完全加入至硼氢化钠溶液中时计起。
优选地，所述第二还原反应完成后，将所述第二还原反应所得反应液进行固液分离，然后将所得固体进行冷冻干燥。
本发明提供了一种零价铁铁的制备方法，包括如下步骤：将磁铁矿精矿在浓盐酸中进行酸浸后，经固液分离，得到酸浸液；所述酸浸的过程维持反应液为沸腾状态；将所述酸浸液与抗坏血酸混合，进行第一还原反应，得到亚铁离子水溶液；将所述亚铁离子水溶液加入至硼氢化钠溶液中，进行第二还原反应，得到零价铁。磁铁矿通常难以溶于盐酸，而本发明使用浓盐酸在沸腾状态下对磁铁矿精矿进行酸浸，从而将磁铁矿精矿中的铁元素浸出，经固液分离，得到三价铁离子和二价铁离子的混合溶液，即酸浸液，使用价廉易得的抗坏血酸将酸浸液中的三价铁离子还原为二价铁离子，再将亚铁离子水溶液加入至硼氢化钠溶液中，由于第二还原反应的过程，维持硼氢化钠过量的环境，避免了生成的零价铁被氧化，从而得到纯净的零价铁产品，且能够快速生成零价铁。本发明所提供的上述方法所用主要原料均为价廉易得的原料，有效降低了原料成本，且该制备工艺简单，易于实施，适合工业化生产，具有明显的社会效益及经济效益。
具体实施方式
本发明提供了一种零价铁的制备方法，包括如下步骤：
将磁铁矿精矿在浓盐酸中进行酸浸后，经固液分离，得到酸浸液；所述酸浸的过程维持反应液为沸腾状态；
将所述酸浸液与抗坏血酸混合，进行还原反应，得到亚铁离子水溶液；
将所述亚铁离子水溶液加入至硼氢化钠溶液中，进行第二还原反应，得到零价铁。
本发明将磁铁矿精矿在浓盐酸中进行酸浸后，经固液分离，得到酸浸液。
在本发明中，所述磁铁矿精矿中铁的质量百分含量优选≥71.5％，更优选为71.83％；所述浓盐酸的质量浓度优选为36～38％；所述磁铁矿精矿与浓盐酸的质量比优选为1∶4～6。在本发明中，所述磁铁矿在选矿提纯过程中主要用磁选，无任何对人身体有害的成分加入，且具有价廉易得的优势。
在本发明中，所述酸浸的过程维持反应液为沸腾状态，所述酸浸的时间优选为8～15min，更优选为10min。在本发明中，浓盐酸在沸腾状态下，可将磁铁矿精矿中的铁元素浸出，而磁铁矿精矿中的其他金属元素含量非常低，其杂质元素主要为二氧化硅，二氧化硅不溶于盐酸，因此，酸浸液中基本不含杂质金属离子。
酸浸完成后，本发明优选将酸浸后的反应液冷却至室温，再进行固液分离；本发明对所述冷却的速率没有特殊限定，可以为任意速率，优选为自然冷却或冷水浴冷却。
如无特殊说明，本发明对上述制备方法中所涉及的固液分离操作的具体方式没有特殊限定，采用常规的固液分离方式即可，如过滤。在本发明中，对酸浸后的反应液的过滤能够将不能溶解的二氧化硅等去除。
在本发明中，所述酸浸过程中，优选维持搅拌。本发明对所述搅拌的转速没有特殊限定，能够使反应均匀即可。
得到酸浸液后，本发明将所述酸浸液与抗坏血酸混合，进行第一还原反应，得到亚铁离子水溶液。在本发明中，加入抗坏血酸后，溶液的颜色由红棕色变为浅绿色，用硫氰酸铵检测，可确定所得亚铁离子水溶液中不含有三价铁离子。
在本发明中，所述磁铁矿精矿中的铁元素的物质的量与抗坏血酸的物质的量之比优选为1∶1.5～3。在本发明中，所述抗坏血酸作为还原剂使用，可将三价铁离子还原为二价铁离子，此外，抗坏血酸为廉价易得且无毒的原料。
在本发明中，所述第一还原反应的温度优选为20～45℃，反应时间优选为5～10min。
在本发明中，所述第一还原反应过程中，优选维持搅拌。本发明对所述搅拌的转速没有特殊限定，能够使反应均匀即可。
得到亚铁离子水溶液后，本发明将所述亚铁离子水溶液加入至硼氢化钠溶液中，进行第二还原反应，得到零价铁。本发明将所述亚铁离子水溶液加入至硼氢化钠溶液中，使得第二还原反应始终在还原剂硼氢化钠过量的环境下进行，可以快速生成零价铁，且可以避免零价铁的氧化。
在本发明中，所述磁铁矿精矿中铁元素与硼氢化钠的摩尔比优选为1∶3～6.5，更优选为1∶3.4～6.4。上述比例有利于保证亚铁离子水溶液中的铁被充分还原为零价铁。
在本发明中，所述硼氢化钠溶液的质量浓度优选为10～80％，更优选为20～40％；本发明对配制所述硼氢化钠溶液用的水没有特殊限定，采用自来水、去离子水均可，在本发明实施例中，配制所述硼氢化钠溶液用的水优选为自来水。
本发明对所述亚铁离子水溶液加入至硼氢化钠溶液中的速率没有特殊限定，可以为任意速率。
所述第二还原反应完成后，本发明优选将所述第二还原反应所得反应液进行固液分离，然后将所得固体进行冷冻干燥，得到零价铁。
在本发明中，所述第二还原反应过程中，优选维持搅拌状态。本发明对对所述搅拌的转速没有特殊限定，能够使反应均匀进行即可。
在本发明中，所述冷冻干燥优选为真空冷冻干燥。本发明对所述冷冻干燥的具体参数没有特殊限定，能够得到干燥的零价铁产品即可。
下面结合实施例对本发明提供的一种零价铁的制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
(1)将10g磁铁矿精矿(铁的质量百分含量为71.83％)与40g质量浓度为37％的浓盐酸混合，维持搅拌状态，加热至反应液沸腾，在沸腾条件下反应10min，然后自然冷却至室温，过滤，得到酸浸液；
(2)将所述酸浸液与35g抗坏血酸混合，在20℃下搅拌进行第一还原反应，反应5min，得到亚铁离子水溶液；取少量亚铁离子水溶液加入至硫氰酸铵溶液中，检测所得亚铁离子水溶液中的三价铁，结果为无三价铁离子；
(3)将所述亚铁离子水溶液加入至75mL质量浓度为20％的硼氢化钠溶液(其中硼氢化钠的质量为31.05g)中，进行第二还原反应，反应0.5min后，过滤，将所得固体在真空冷冻干燥机中干燥24h，得到6.87g零价铁，经计算收率为95.64％。
经XRD测试，可知，所得产物均为零价铁。
实施例2
(1)将10g磁铁矿精矿(铁的质量百分含量为71.83％)与60g质量浓度为37％的浓盐酸混合，维持搅拌状态，加热至反应液沸腾，在沸腾条件下反应10min，然后自然冷却至室温，过滤，得到酸浸液；
(2)将所述酸浸液与68.25g抗坏血酸混合，在35℃搅拌进行第一还原反应，反应10min，得到亚铁离子水溶液；取少量亚铁离子水溶液加入至硫氰酸铵溶液中，检测所得亚铁离子水溶液中的三价铁，结果为无三价铁离子；
(3)将所述亚铁离子水溶液加入至40mL质量浓度为40％的硼氢化钠溶液中(其中硼氢化钠的质量为16.5g)，进行第二还原反应，反应2min后，过滤，将所得固体在真空冷冻干燥机中干燥24h，得到6.94g零价铁，经计算收率为96.62％。
经XRD测试，可知，所得产物均为零价铁。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种零价铁的制备方法，包括如下步骤：
将磁铁矿精矿在浓盐酸中进行酸浸后，经固液分离，得到酸浸液；所述酸浸的过程维持反应液为沸腾状态；
将所述酸浸液与抗坏血酸混合，进行第一还原反应，得到亚铁离子水溶液；
将所述亚铁离子水溶液加入至硼氢化钠溶液中，进行第二还原反应，得到零价铁。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述磁铁矿精矿中铁的质量百分含量≥71.5％；所述浓盐酸的质量浓度为36～38％；所述磁铁矿精矿与浓盐酸的质量比为1∶4～6。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述酸浸的时间为8～15min。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述磁铁矿精矿中的铁元素的物质的量与抗坏血酸的物质的量之比为1∶1.5～3。
5.根据权利要求1或4所述的制备方法，其特征在于，所述第一还原反应的温度为20～45℃，反应时间为5～10min。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述磁铁矿精矿中铁元素与硼氢化钠的摩尔比为1∶3～6.5。
7.根据权利要求1或6所述的制备方法，其特征在于，所述硼氢化钠溶液的质量浓度为10～80％。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述硼氢化钠溶液的质量浓度为20～40％。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第二还原反应的温度为室温，时间为0.5～2min；所述第二还原反应的时间从所述亚铁离子水溶液完全加入至硼氢化钠溶液中时计起。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第二还原反应完成后，将所述第二还原反应所得反应液进行固液分离，然后将所得固体进行冷冻干燥。
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