CN1176853C - 利用酸洗废液和废铁锈生产纳米级磁性粉末的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纳米级磁性粉末的生产方法，旨在提供一种利用酸洗废液和废铁锈制造纳米级磁性粉末的方法，该方法的使用不仅可以得到纳米级的磁性粉末，而且可以降低纳米级磁性粉末制造的成本，并为酸洗废液的综合利用和废铁锈的回收开辟了新的前景。本发明的工艺流程包括浸泡、氧化调节、共沉反应、固液分离和干燥。

Description

利用酸洗废液和废铁锈生产纳米级磁性粉末的方法

技术领域

本发明涉及纳米粉末及其制造方法，更具体地说，涉及一种利用酸洗废液和废铁锈生产的纳米级磁性粉末及其生产方法。

背景技术

常规生产磁性粉末的工艺使用的是纯原料，一般是使用亚铁盐作为原料进行生产。为达到磁性粉末合成的条件，采用氧化剂使部分亚铁氧化成三价铁，调整体系中亚铁、三价铁以及温度到合适的范围内，加碱沉淀，形成所需的产品。一般情况下，产品的粒度范围在0.5～10μm之间，达到纳米级的水平比较困难。另外，在生产过程中由于氧化量比较大，氧化剂的用量也比较大，这使得磁性粉末的生产成本也比较高。

在涉及钢铁材料或制品表面处理的生产行业均有酸洗废液产生，其中仍旧含有较高浓度的酸以及高浓度的亚铁离子，属于危害性较大的污染物。处理酸洗废液的方法主要有两类：第一类方法是中和沉淀法，该方法虽简单易行，但消耗的碱量大，并形成大量再次处置难度大的污泥，容易返溶而造成二次污染；第二类方法是综合利用酸洗废液，迄今为止，综合利用酸洗废液的方法归纳起来可分为：结晶分离法、扩散渗析-电解法、化学合成法等。通过上述方法回收得到的产品主要是硫酸亚铁、酸、混凝剂以及铁系颜料等，基本上属于低附加值的产品。

废铁锈为钢铁材料或制品表面锈蚀后产生的氧化产物，由于钢铁仍为目前最主要的金属材料，因此，每年废铁锈的产生量惊人，处置也非常困难，大量的铁锈随意堆放，经过雨水侵蚀，铁锈水四处流散，既污染环境，也影响美观。又因铁锈比较分散，少部分作为冶铁原料返回炼铁，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，处理酸洗废液和回收废铁成为人们不断研究和探索的课题之一。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供一种低成本，利用酸洗废液及铁锈作为原料制造的纳米级磁性粉末及其制造方法。

本发明通过下述技术方案予以实现。

本发明包括浸泡、氧化调节、共沉反应、液固分离、干燥等过程。

具体为以下过程：

1、浸泡：将废铁锈浸泡在酸洗废液残余的酸中，使废铁锈中的Fe₂O₃在酸的作用下溶解出来，形成游离的三价铁离子，经过浸泡之后，酸洗废液中原本含有二价铁离子与三价铁离子则构成初始料液。

2、氧化调节：在浸泡废铁锈的酸洗废液中加入强氧化剂，使料液中的部分的二价铁离子氧化为三价铁离子，由于料液中三价铁离子和二价铁离子的摩尔含量比例控制在0.91∶1～1.25∶1的范围之内，才能达到反应生成磁性粉末的条件，所以要严格控制强氧化剂的加入量。

3、共沉反应：在上述氧化调节后的料液中加入碱液，提高料液的pH值，使二价铁离子和三价铁离子分别形成Fe(OH)₂、Fe(OH)₃沉淀，添加的碱液最好能使经氧化调节后的料液的pH值维持在11.8～13.6这个范围。在形成沉淀的过程中，升高料液的温度，并维持在70℃～90℃，这时Fe(OH)₂、Fe(OH)₃颗粒均具有较大的表面积，可以相互吸附形成共沉淀，并脱水生成带有磁性的Fe₃O₄粉末。在形成共沉淀的时候的同时，周围环境扰动较大，则可得到尺寸较小的颗粒，而利用超声波进行扰动，可在分子级的尺寸范围内实现微小扰动环境，限制磁性颗粒的继续增长，得到尺寸小的颗粒。由于超声波提供的扰动比较均一，形成的微小扰动环境也比较均一，则磁性颗粒最终的尺寸分布也比较均一。

3、固液分离：利用电磁分离装置使磁性粉末加速沉降，使磁性粉末与水分离。分离出来的水循环使用，含水磁性粉末则进入下一步工序。

4、干燥：分离含水磁粉中剩余的少量水分。干燥过程可采用热空气与物料接触，升温过程均匀，防止骤然升温引起的物料板结。

通过上述方法处理酸洗废液和废铁锈可得到纳米级磁性粉末。

本发明的积极效果：

1、可使废铁锈及酸洗废水得到综合利用和处理，处理完毕后基本不残留废弃物，生产过程“三废”排放量少，工艺废水可循环使用，得到的产品的附加值高，并可在此基础上继续开发新的产品，市场适应性好，前景广阔，销路稳定，能为废酸、废物的综合利用寻求到可靠的利用途径；

2、原料利用了废铁锈中的三价铁和酸洗废液中的二价铁，减少了氧化过程中消耗太多的氧化剂，节省原料，降低生产成本；

3、共沉反应采用超声波作为提供扰动环境外能源形式，能量传输及转换效率高，产生均一且可达到分子级别的微小扰动环境，限制磁性粉末的生长并保证生成的磁性粉末粒径分布均匀；

4、产品因粒径分布均匀，粒度尺寸小，既可作为产品直接出售，也可作为中间体继续开发磁性存储材料、磁性涂料、铁磁颜料、磁性絮凝剂等诸多产品，能够适应市场需求的变化，保证销售渠道畅通。

附图说明

附图1是本发明的工艺流程图；

附图2是轧钢厂盐酸酸洗废液及氧化铁皮生产纳米磁性粉末流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作更进一步的说明。

如附图1，本发明的工艺流程如下：在浸泡池中，将废铁锈加入酸洗废液，并让他们有充分的时间混合，利用酸洗废液中残余的酸与废铁锈中的Fe₂O₃反应，提高料液中三价铁的含量，再通过氧化剂的调节作用，使料液中三价铁与二价铁的摩尔含量比例在0.91∶1～1.25∶1这个范围内。料液配比合适后，使之进入超声波共沉反应釜，保持反应器中的温度稳定在70℃～90℃内，并持续往反应器中加入碱液，使其pH值维持在11.8～13.6这个范围内，反应10分钟后进行固液分离，液体返回使用，固体经过均匀干燥去除水分，即可得到粒度在13.82nm～22.89nm之间的纳米级磁性粉末，通过电子显微镜观察，磁粉近似球形，形态均一，晶形完整。

如图2，轧钢厂利用盐酸酸洗废液及氧化铁皮生产纳米磁性粉末流程。先将盐酸酸洗废液和氧化铁皮一同加入浸泡池，酸洗废液中的酸将与氧化铁皮反应生成游离态的三价铁离子，此时，原本盐酸酸洗废液中的二价铁离子与三价铁离子就构成了原始料液。搁置2天，给酸与氧化铁皮有充分的时间混合放应，提高三价铁的含量后，在原始料液中加入硝酸将原本盐酸酸洗废液中的二价铁离子氧化成为三价铁离子，直至三价铁离子与二价铁离子的摩尔比例为1∶1。然后将料液放入温度维持在80℃的超声波共沉反应釜，并持续往料液中加入NaOH溶液，使超声波共沉反应釜中的反应料液的pH值维持在13，反应10分钟后，原始料液中的二价铁离子和三价铁离子将和NaOH溶液发生反应生成的Fe(OH)₂、Fe(OH)₃沉淀在超声波进行扰动下将形成共沉淀，并脱水生成带有磁性的Fe₃O₄粉末。因为利用超声波进行扰动，可在分子级的尺寸范围内实现微小扰动环境，从而限制了磁性颗粒的继续增长，又由于超声波提供的扰动比较均一，形成的微小扰动环境也比较均一，所以所得到的磁性颗粒最终的尺寸分布也比较均一。然后采用电磁器件进行固液分离，分离出来的水抽回超声波共沉反应釜循环使用，含水磁性粉末则放入干燥室，干燥后的磁性粉末即是所需要的纳米级磁性粉末。

实施中所用的酸洗废液可自轧钢厂的酸洗工序，废铁锈或废铁渣可用废铁表面剥离的铁锈或是硫铁矿烧渣、钢铁厂的氧化铁皮等，氧化剂用氯酸钠、硝酸，超声波反应器需根据生产量进行专门设计，固液分离装置采用电磁器件，干燥装置采用通常的干燥室，但需附设温度控制设施。

Claims (3)

1、一种利用酸洗废液和废铁锈生产纳米级磁性粉末的方法，其特征在于包括下列步骤：

(1)将废铁锈浸泡在酸洗废液残余的酸中，形成游离的三价铁离子；

(2)在浸泡废铁锈的酸洗废液中加入硝酸或氯酸钠，将酸洗废液中原本带有的部分二价铁离子氧化成为三价铁离子，使三价铁离子与二价铁离子的摩尔含量比例范围为0.91∶1～1.25∶1；

(3)在第(2)步得到的料液中加入碱液，在将料液的pH值稳定在11.8～13.6内这一条件下，升高料液的温度，并维持在70℃～90℃，使二价铁离子和三价铁离子沉淀生成的Fe(OH)₂、Fe(OH)₃脱水形成磁性Fe₃O₄，与此同时扰动料液，防止形成的磁性Fe₃O₄粉末颗粒的长大；

(4)用电磁分离装置分离第(3)步得到的磁性Fe₃O₄粉末和水；

(5)干燥第(4)步分离出来的磁性Fe₃O₄粉末。

2、根据权利要求1所述的利用酸洗废液和废铁锈生产纳米级磁性粉末的方法，其特征在于第(3)步是利用超声波进行振荡扰动，防止磁性颗粒长大。

3、根据权利要求1或2所述的利用酸洗废液和废铁锈生产纳米级磁性粉末的方法，其特征在于第(2)步的三价铁离子与二价铁离子的摩尔含量比例为1∶1。

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