[发明专利]一种从铁尾矿同时制备氧化铁和二氧化硅气凝胶的方法

说明书

本发明公开了一种从铁尾矿同时制备氧化铁和二氧化硅气凝胶的方法。它是一种成本低廉，反应条件低得对铁尾矿这种固体废弃物的再利用途径。它包括如下步骤：铁尾矿前处理；酸洗提铁；碱溶提硅；溶胶凝胶化；凝胶后处理；制备氧化铁粉体及常压干燥。本发明制备的二氧化硅气凝胶经测试具有较低的密度，较高的孔隙率；制备的氧化铁粉体具有粒径小且分布均一的特点。由此得出本发明制备的氧化铁粉体及二氧化硅气凝胶具有优良的性能，有着广泛的应用价值。本发明原料来源广泛，价格低廉，设备要求低，反应条件温和，适用于大规模生产。

技术领域

本发明属于无机材料技术领域，具体涉及一种从铁尾矿制备氧化铁粉体及二氧化硅纳米材料的方法。

背景技术

铁尾矿是选矿厂将铁矿石磨细并选取有用组分后所排放的废弃物。铁尾矿的堆存不仅占用大量土地资源，而且造成了严重的环境污染，一些年久的尾矿库还存在安全隐患。由于铁尾矿的主要化学成分是硅、铝、铁、镁、钙等，如何合理利用其含有的元素以达到废物回收的效果是摆在人们面前的难题。

三氧化二铁粉体是一种重要的工业原料，用于油漆、橡胶、塑料、建筑等的着色，是无机颜料，在涂料工业中用作防锈颜料。也是精密仪器、光学玻璃的抛光剂及制造磁性材料铁氧体元件的原料等。

二氧化硅气凝胶具有大的比表面积和高的孔洞率，同时具有极低的密度，正因为它具备这些独特的性质，使其在航空航天、建筑、医学以及催化剂等领域有着广泛的应用前景。二氧化硅气凝胶材料是世界上最好的隔热阻燃固体材料之一 。其制备一般使用正硅酸酯类（正硅酸乙酯，正硅酸甲酯）、硅溶胶、水玻璃，以及更廉价的稻壳或者粉煤灰等。其中正硅酸脂类有着毒性强、价格昂贵等因素使之不能大量生产，而廉价的稻壳或者粉煤灰等又有着反应路线复杂，使得最终产品品质不高。

二氧化硅气凝胶的干燥一般使用超临界干燥，超临界干燥有诸多优点：样品收缩小、能完整保存三维网状结构，成品品质高。但同时超临界干燥又有着能耗大、设备投入多、干燥条件苛刻等因素，使生产的二氧化硅气凝胶成本大大增加。

针对上述技术背景，还未有以铁尾矿为原料同时制备氧化铁粉体及疏水二氧化硅气凝胶的详细报道，本发明在大量处理铁尾矿这种废弃物的同时，制备出氧化铁粉体及廉价硅源，且能在常压下进行干燥得到二氧化硅气凝胶，具有非常大的环境意义和经济意义。

发明内容

针对现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种以铁尾矿为原料，同时制备氧化铁粉体及二氧化硅气凝胶的方法，其有着可以大量处理铁尾矿这种对环境有害的固体废弃物，原料来源广泛、条件温和、易于工业化的优点。

所述的一种从铁尾矿同时制备氧化铁和二氧化硅气凝胶的方法，其特征在于包括以下步骤：

1）将铁尾矿研磨粉碎并过100目筛，得到磨细后的铁尾矿；

2）将步骤1）的磨细后的铁尾矿放入马弗炉内加热到850-950℃进行活化，保温4.5-5.5小时，制得活化后的铁尾矿粉；

3）将步骤2）中的活化后的铁尾矿粉与盐酸混合并搅拌反应，反应结束后过滤，滤渣进行干燥，滤液用容器收集；

4）将步骤3）中的滤渣与氢氧化钠颗粒混合并搅拌均匀，放入马弗炉中500-600℃保持1.5-2.5小时，制得碱熔反应后的铁尾矿；

5）将步骤4）中的碱熔反应后的铁尾矿融入水中进行加热反应，反应结束后过滤得粗硅溶液；

6）将步骤5）中的粗硅溶液过阳离子交换树脂，再用氨水溶液调节粗硅溶液pH值为6.5-7.5，静置得凝胶；

7）凝胶老化：在步骤6）中制得的凝胶加入凝胶老化液中，室温下静置20-26小时老化，得二氧化硅水凝胶；

8）溶剂交换：将步骤7）中老化后的二氧化硅水凝胶浸入正己烷中22-26小时将凝胶内的水置换出来，得胶体；