[发明专利]一种以烧结灰为原料制备纳米铁及其氧化物的方法

说明书

本发明涉及纳米材料制备技术领域，具体涉及一种以烧结灰为原料制备纳米铁及其氧化物的方法。本发明从钢企的烧结灰中提取纳米氧化铁，反应原料易得，成本较低，反应设备简单易控制，反应时间较短，对环境无污染；通过创造性的采用水洗、磁选结合碱洗的方式，提高提取的纳米氧化铁的纯度；其中提取纳米氧化铁步骤中首先采用水洗去除了大部分可溶性杂质及非磁性物质以节约NaOH，碱洗后水洗选择了淋洗的方式以节约水资源。

技术领域

本发明涉及纳米材料制备技术领域，具体涉及一种以烧结灰为原料制备纳米铁及其氧化物的方法。

背景技术

铁是地壳中含量最丰富的金属元素之一，在通常情况下，金属铁原子之间存在移动位错，但是当金属铁的尺寸缩小到纳米级时，晶粒尺寸太小以至于不能产生位错，而受挤压时产生的应力就更大，这样金属铁就变得相当坚硬。纳米铁不仅具有高的强度和硬度，而且还具有良好的塑性和韧性，这是由于纳米铁具有大的界面，且界面的原子排列相当混乱，原子在外力变形的条件下很容易迁移，使得纳米铁材料展现出一些新奇的力学性质。

纳米铁颗粒一般是黑色的，吸收红外线的能力强，吸收率与热容量的比值大。纳米铁与块状物质的热学性质区别来源于其表面效应或量子效应，通常纳米铁的熔点、初始烧结温度和晶化温度都比常规粉体低得多，这是因为纳米铁颗粒表面原子的近邻配位不完全，不仅比表面原子数目多，而且具有较高的表面能和活性，同时其体积又远小于块状材料，这就使它在融化时所需要增加的内能比常规粉末小得多，因此，熔点急剧下降。因此，纳米铁粉的这种性质具有实际的应用价值。

纳米铁及其氧化物由于处于纳米尺度级别，尺寸小、比表面积大、还原能力强、反应活性高，粒子具有表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等纳米材料的基本效应，从而使得纳米铁及其氧化物表现出一些全新的物理化学性质，具有广阔的应用前景。纳米结构的铁及其氧化物由于具有纳米效应，展现出许多奇异的特性，拥有较大的发展潜力和广阔的应用空间，并且它还是一种良好的功能材料。然而，目前纳米铁及其氧化物的制备方法大多存在着工艺复杂、成本高、产量低等问题。

铁矿石烧结作为钢铁生产炉料准备的重要工序，烧结产生的烟气经电除尘器收集后形成烧结灰，其铁、钾、铅、碳含量较高，主要化学成分为Fe₂O₃、Fe₃O₄、CaO、C、SiO₂、KCl、NaCl、PbCl₂、PbOHCl等，烧结灰产量约占烧结矿产量的2％～4％，根据资料显示，我国每年由此所产生的烧结灰高达几千万吨左右。并且因为烧结灰中含有钾、钠、铜、锌、铅等大量对钢铁冶炼的有害元素，采用常规处理方法，不仅不能除去这些有害元素，而且使这些元素在高炉中富集，严重影响高炉的正常生产。而粉尘的堆积处理和填埋处理，又会造成资源的浪费和环境污染。因此，使用烧结灰作为原材料制备纳米铁及其氧化物，不仅经济实用，还有广泛来源。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种以烧结灰为原料制备纳米铁及其氧化物的方法，本发明方法充分利用烧结灰，制备的纳米铁及其氧化物产量和纯度高，实现对资源的循环利用，保护环境，节约成本。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种以烧结灰为原料制备纳米铁及其氧化物的方法，包括首先制备纳米氧化铁，其制备方法包括以下操作步骤：

1）取一定量的烧结灰，用水清洗后，通过磁选分离出初级固体物质；

2）将磁选出的初级固体物质再次用水清洗，清洗后再次进行磁选，测定磁选后剩余水的电导率，保留二次磁选固体物质；

3）对二次磁选固体物质重复步骤2）多次至电导率稳定，得初级纯化固体物质；

4）将步骤3）制备的初级纯化固体物质依次进行碱洗、抽滤和水淋洗，淋洗后测定水的电导率，重复碱洗、抽滤和水淋洗多次至电导率稳定，得纯化固体物质；

5）将步骤4）制备的纯化固体物质烘干，即得纳米氧化铁。