CN108910900A - 一种从铁尾矿同时制备氧化铁和二氧化硅纳米材料的方法 - Google Patents
一种从铁尾矿同时制备氧化铁和二氧化硅纳米材料的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108910900A CN108910900A CN201810791602.1A CN201810791602A CN108910900A CN 108910900 A CN108910900 A CN 108910900A CN 201810791602 A CN201810791602 A CN 201810791602A CN 108910900 A CN108910900 A CN 108910900A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- iron tailings
- nano material
- iron
- silica nano
- tailings
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 174
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 145
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 87
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 75
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 title claims abstract description 72
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 title claims abstract description 71
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 37
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 27
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 26
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 26
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 21
- 239000003513 alkali Substances 0.000 claims abstract description 19
- NDLPOXTZKUMGOV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoferriooxy)iron hydrate Chemical compound O.O=[Fe]O[Fe]=O NDLPOXTZKUMGOV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 3
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 66
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 46
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 25
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims description 18
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 claims description 17
- 230000004927 fusion Effects 0.000 claims description 16
- 235000011121 sodium hydroxide Nutrition 0.000 claims description 16
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 claims description 14
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 claims description 12
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 10
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 10
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 10
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 8
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000000908 ammonium hydroxide Substances 0.000 claims description 6
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 4
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000011858 nanopowder Substances 0.000 claims description 4
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 3
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract description 24
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 8
- 239000002910 solid waste Substances 0.000 abstract description 5
- 238000005554 pickling Methods 0.000 abstract description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 abstract description 2
- 238000012805 post-processing Methods 0.000 abstract 1
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 description 11
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 7
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 5
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 5
- 241000209094 Oryza Species 0.000 description 4
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 4
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 4
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 238000005033 Fourier transform infrared spectroscopy Methods 0.000 description 3
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 2
- VXEGSRKPIUDPQT-UHFFFAOYSA-N 4-[4-(4-methoxyphenyl)piperazin-1-yl]aniline Chemical compound C1=CC(OC)=CC=C1N1CCN(C=2C=CC(N)=CC=2)CC1 VXEGSRKPIUDPQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000186216 Corynebacterium Species 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002808 Si–O–Si Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004115 Sodium Silicate Substances 0.000 description 1
- 208000027418 Wounds and injury Diseases 0.000 description 1
- 230000003712 anti-aging effect Effects 0.000 description 1
- 229940067573 brown iron oxide Drugs 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000004040 coloring Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 208000014674 injury Diseases 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 1
- 239000001023 inorganic pigment Substances 0.000 description 1
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000007522 mineralic acids Chemical class 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000005304 optical glass Substances 0.000 description 1
- 238000010422 painting Methods 0.000 description 1
- 238000000053 physical method Methods 0.000 description 1
- 239000000049 pigment Substances 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N silicic acid Chemical compound O[Si](O)(O)O RMAQACBXLXPBSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000005049 silicon tetrachloride Substances 0.000 description 1
- 235000019795 sodium metasilicate Nutrition 0.000 description 1
- NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N sodium silicate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052911 sodium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 description 1
- 235000021419 vinegar Nutrition 0.000 description 1
- 239000000052 vinegar Substances 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
- C01B33/113—Silicon oxides; Hydrates thereof
- C01B33/12—Silica; Hydrates thereof, e.g. lepidoic silicic acid
- C01B33/18—Preparation of finely divided silica neither in sol nor in gel form; After-treatment thereof
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G49/00—Compounds of iron
- C01G49/02—Oxides; Hydroxides
- C01G49/06—Ferric oxide [Fe2O3]
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/80—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70
- C01P2002/82—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70 by IR- or Raman-data
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
- C01P2004/03—Particle morphology depicted by an image obtained by SEM
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/60—Particles characterised by their size
- C01P2004/64—Nanometer sized, i.e. from 1-100 nanometer
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/11—Powder tap density
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/80—Compositional purity
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Compounds Of Iron (AREA)
- Silicon Compounds (AREA)
Abstract
本发明公开了一种从铁尾矿同时制备氧化铁和二氧化硅纳米材料的方法。它包括如下步骤：（1）尾矿粉热处理；（2）酸洗提铁；（3）碱溶提硅；（4）制备二氧化硅纳米材料；（5）制备氧化铁粉体；（6）产品后处理。本发明制备的二氧化硅纳米材料经测试具有较小的粒径、粒径分布均一、较高的纯度及较小的密度；制备的氧化铁粉体具有较小的颗粒、颜色均一及用途广泛的特点，本发明综合利用了铁尾矿中的元素，制备的氧化铁粉体及二氧化硅纳米材料有着非常广泛的应用空间。本发明以铁尾矿为原料，成本低廉，且可大量处理该固体废弃物，制备流程简单，反应要求低，易于工业化。
Description
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及二氧化硅纳米材料的方法。
背景技术
铁尾矿是一种固体废弃物，是矿业开发特别是金属矿开发造成环境污染的重要来源。处理尾矿不仅需要占用大量土地，给周围的生态环境造成很大的伤害，而且要投入各种处理和维护费用。在我国，铁尾矿在工业固体废弃物中所占的比例越来越高，且由于铁尾矿结构性能复杂，类型较多，使其在我国的利用率非常低，目前，我国铁尾矿的综合利用率仅为7%，远低于发达国家60%的利用率。进行尾矿资源的综合回收与利用，不仅可以充分利用矿产资源，扩大矿产资源利用范围；也是治理污染、保护生态的重要手段；还可以节省大量的土地和资金。据不完全统计，目前我国累计堆存的铁尾矿已高达 5 ×109 t 左右，而且随着铁矿产能的不断提高，铁尾矿堆存量正以 5 × 108 t /a 的速率增长。
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。
纳米二氧化硅是一种无机化工材料，由于是超细纳米级，尺寸范围在1~100nm，因此具有许多独特的性质，如具有对抗紫外线的光学性能，能提高其他材料抗老化、强度和耐化学性能等，用途非常广泛。目前纳米二氧化硅的制备主要分物理方法和化学方法，其中化学方法又包括化学气相沉积(CVD)法、液相法、离子交换法、沉淀法和溶胶凝胶(Sol-Gel)法等，主要的生产方法还是以四氯化硅为原料的气相法，以硅酸钠和无机酸为原料的沉淀法和以硅酸醋等为原料的溶胶凝胶法。这些方法存在着能耗高，硅源成本高等问题，使其廉价生产面临着许多问题。
针对上述技术背景，还未有以铁尾矿为原料制备氧化铁粉体和二氧化硅纳米材料的详细报道，本发明在大量处理铁尾矿这种废弃物的同时，制备出氧化铁粉体和廉价硅源，且能在常压下进行反应得到粒径小、含量高的二氧化硅纳米材料，具有非常大的现实意义。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供了一种从铁尾矿同时制备氧化铁和二氧化硅纳米材料的方法，它以铁尾矿为原料同时制备氧化物纳米材料的方法，其有着成本低廉、原料来源广泛、日常能耗低、反应条件温和、易于工业化以及大量处理固体废弃物的优势；且制得的二氧化硅纳米材料有较大的比表面积、较小的粒径以及较高的含量。
所述的一种从铁尾矿同时制备氧化铁和二氧化硅纳米材料的方法，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450-550℃保持1.5-2.5小时，制得碱熔反应后的铁尾矿；
5）将步骤4）中碱熔反应后的铁尾矿融入水中，加热搅拌反应，反应结束后过滤得到粗硅溶液；
6）将步骤5）中制得的粗硅溶液在超声环境下用盐酸调节pH至6.5-7.5，出现大量沉淀，静置后过滤，滤渣收集；
7）向步骤6）中的滤渣加入盐酸搅拌后再次过滤并干燥，制得二氧化硅纳米材料；
8）将步骤3）中的滤液在超声环境下用氨水调节pH至6.5-7.5，出现大量沉淀，静置后过滤，滤渣干燥后用容器收集；
9）将步骤8）中干燥后的滤渣放入马弗炉内，在600℃-700℃的温度下焙烧2小时，最后制得氧化铁纳米粉体。
所述的从铁尾矿同时制备氧化铁和二氧化硅纳米材料的方法，其特征在于步骤1）中的铁尾矿的组份质量分数为SiO2 45.43%、CaO 13.81%、MgO 13.10%、Al2O3 11.35%、Fe2O310.13%，余量为杂质。
所述的从铁尾矿同时制备氧化铁和二氧化硅纳米材料的方法，其特征在于步骤3）中的盐酸浓度为1-3mol/L，优选为2mol/L，活化尾矿粉与质量比例为1:1.6-2。
所述的从铁尾矿同时制备氧化铁和二氧化硅纳米材料的方法，其特征在于步骤4）中的滤渣与氢氧化钠的质量比为1:1.4-2。
所述的从铁尾矿同时制备氧化铁和二氧化硅纳米材料的方法，其特征在于步骤5）中的碱溶反应后的铁尾矿按1:4-6的固液比加入水中，在60℃-85℃温度下搅拌反应，经过滤得到粗硅溶液。
所述的从铁尾矿同时制备氧化铁和二氧化硅纳米材料的方法，其特征在于步骤7）中盐酸浓度为1-3mol/L，优选为2mol/L，滤渣与盐酸的体积比为1:1.5-2。
所述的从铁尾矿同时制备氧化铁和二氧化硅纳米材料的方法，其特征在于步骤8）中氨水浓度为1-2mol/L。
所述的从铁尾矿同时制备氧化铁和二氧化硅纳米材料的方法，其特征在于得到的二氧化硅纳米材料的含量为99%，粒径小于100nm，振实密度为0.344-0.372g/cm3；氧化铁粉体的振实密度为1.068-1.132 g/cm3，粒径小于50nm。
通过采用上述技术，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1）本发明以铁尾矿这种固体废弃物为原料，对其进行了一系列的综合利用，既缓解了环境压力，又开发出一种廉价硅源制备二氧化硅纳米材料，且合理回收了其中的铁元素以达到下一步的综合利用；
2）本发明制得粗硅溶液后在超声环境下调节pH使之沉淀，大大降低了二氧化硅颗粒的粒径，同时增大了其比表面积，使制得的二氧化硅纳米材料有较高的品质，外观为白色粉末，粒径20-100nm，二氧化硅含量大于99%，有较好的分散性及化学稳定性；
3）本发明制得粗二氧化硅后用酸除去其中少量金属离子，进一步提高了最终二氧化硅纳米材料的纯度；
4）本发明制得的二氧化硅纳米材料经测试，表明二氧化硅含量为99%，粒径小于100nm，振实密度为0.368g/cm3。
附图说明
图1是本发明实施流程图；
图2是本发明实例1制得的SiO2纳米材料的SEM图；
图3是本发明实例1制得的SiO2纳米材料的傅里叶红外（FTIR）分析图；
图4是本发明实例1制得的氧化铁粉体的SEM图。
具体实施方式
下面以具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明，但本发明的保护范围不限于此：
实施例1制备氧化物纳米材料
如图1所示，本发明实施例1以铁尾矿为原料制备氧化物纳米材料，包括如下步骤：
（1）原料至少包括华北地区铁尾矿（SiO245.43%、CaO 13.81%、MgO 13.10%、Al2O311.35%、Fe2O3 10.13%，余量为杂质，以下实例中的铁尾矿含量与实施例1相同）、氢氧化钠、盐酸、浓氨水；
（2）将磨细后的铁尾矿在高温炉内加热到850℃，保持温度4.5小时，制得活化后的尾矿粉；
（3）将活化后的尾矿粉与2mol/L盐酸按体积比1:1.6混合并搅拌2小时发生反应，过滤取得滤渣进行干燥，滤液用容器收集；
（4）将滤渣与固体氢氧化钠颗粒按质量比1:1.4混合并搅拌均匀，在马弗炉中450℃保持1.5小时制得碱熔反应后的铁尾矿；
（5）将碱熔反应后的铁尾矿溶于水中，按固液比为1:4在60℃下搅拌反应24小时，经过滤得到粗硅溶液；
（6）将制得的粗硅溶液在超声环境下用盐酸调节至pH=6.5左右，出现大量沉淀，静置1小时后过滤，滤渣用容器收集；
（7）向滤渣中按体积比为1:1.5加入2mol/L盐酸搅拌2小时，之后再次洗涤三次、过滤并干燥，制得二氧化硅纳米材料，外观为白色粉末，粒径60nm，二氧化硅含量为99.3%；
（8）将步骤（3）中的滤液在超声环境下用2mol/L氨水调节至pH=6.5，出现大量棕黄色沉淀，静置1小时后过滤，滤渣洗涤干燥后用容器收集；
（9）将干燥后的滤渣放入马弗炉内，在600℃的温度下焙烧2小时，最后制得氧化铁纳米粉体。并对所得的氧化铁及二氧化硅纳米材料进入了性能参数测定，具体如下：
1）实施例1制备的二氧化硅纳米材料的扫描电子显微镜（SEM）分析
图2为二氧化硅纳米材料的微观结构形貌。从图中可以看出，制备的二氧化硅纳米材料为颗粒状，粒径分布均一，约为80nm，属于纳米材料范畴。
2）实施例1制备的二氧化硅纳米材料的傅里叶红外（FTIR）分析
图3为二氧化硅纳米材料的傅里叶红外（FTIR）分析图。从图中可以看出，在波数1085cm-1处强而宽的峰为Si-O-Si振动峰；在波数3446 cm-1处的宽峰为-OH的反对称伸缩振动峰，证明所得材料为水合二氧化硅纳米材料。
3）实施例1制备的氧化铁粉体的扫描电子显微镜（SEM）分析
图4为氧化铁粉体的微观形貌。从图中可以看出，制备的氧化铁粉体为短棒状，粒径分布均一，小于50nm，属于纳米材料范畴。
实施例2制备氧化物纳米材料
本发明实施例2以铁尾矿为原料制备氧化物纳米材料，包括如下步骤：
（1）原料至少包括华北地区铁尾矿、氢氧化钠、盐酸、浓氨水。
（2）将磨细后的铁尾矿在高温炉内加热到950℃，保持温度5.5小时，制得活化后的尾矿粉；
（3）将活化后的尾矿粉与2mol/L盐酸按体积比1:2混合并搅拌2小时发生反应，过滤取得滤渣进行干燥，滤液用容器收集；
（4）将滤渣与固体氢氧化钠按质量比1:2混合并搅拌均匀，在马弗炉中550℃保持2.5小时制得碱熔反应后的铁尾矿；
（5）将碱熔反应后的铁尾矿溶于水中，按固液比为1:6在85℃下搅拌反应24小时，经过滤得到粗硅溶液；
（6）将制得的粗硅溶液在超声环境下用盐酸调节至pH=7.5左右，出现大量沉淀，静置1小时后过滤，滤渣用容器收集；
（7）向滤渣中按体积比为1:2加入2mol/L盐酸搅拌4小时，之后再次洗涤三次、过滤并干燥，制得二氧化硅纳米材料，外观为白色粉末，粒径30nm，二氧化硅含量为99.5%；
（8）将步骤（3）中的滤液在超声环境下用2mol/L氨水调节至pH=7.5，出现大量棕黄色沉淀，静置1小时后过滤，滤渣洗涤干燥后用容器收集；
（9）将干燥后的滤渣放入马弗炉内，在700℃的温度下焙烧2小时，最后制得氧化铁纳米粉体。并对所得的氧化铁及二氧化硅纳米材料进入了性能参数测定，氧化铁及二氧化硅纳米材料性能参数测定同实施例1。
实施例3制备氧化物纳米材料
本发明实施例3以铁尾矿为原料制备氧化物纳米材料，包括如下步骤：
（1）原料至少包括华北地区铁尾矿、氢氧化钠、盐酸、浓氨水；
（2）将磨细后的铁尾矿在高温炉内加热到900℃，保持温度5小时，制得活化后的尾矿粉；
（3）将活化后的尾矿粉与2mol/L盐酸按体积比1:1.8混合并搅拌2小时发生反应，过滤取得滤渣进行干燥，滤液用容器收集；
（4）将滤渣与固体氢氧化钠按质量比1:1.6混合并搅拌均匀，在马弗炉中500℃保持2.5小时制得碱熔反应后的铁尾矿；
（5）将碱熔反应后的铁尾矿溶于水中，按固液比为1:5在80℃下搅拌反应24小时，经过滤得到粗硅溶液；
（6）将制得的粗硅溶液在超声环境下用盐酸调节至pH=7左右，出现大量沉淀，静置1小时后过滤，滤渣用容器收集；
（7）向滤渣中按体积比为1:1.8加入2mol/L盐酸搅拌4小时，之后再次洗涤三次、过滤并干燥，制得二氧化硅纳米材料，外观为白色粉末，粒径9nm，二氧化硅含量为99.1%；
（8）将步骤（3）中的滤液在超声环境下用2mol/L氨水调节至pH=7，出现大量棕黄色沉淀，静置1小时后过滤，滤渣洗涤干燥后用容器收集；
（9）将干燥后的滤渣放入马弗炉内，在650℃的温度下焙烧2小时，最后制得氧化铁纳米粉体。并对所得的氧化铁及二氧化硅纳米材料进入了性能参数测定，氧化铁及二氧化硅纳米材料性能参数测定同实施例1。
实施例3制备氧化物纳米材料
本发明实施例3以铁尾矿为原料制备氧化物纳米材料，包括如下步骤：
（1）原料至少包括华北地区铁尾矿、氢氧化钠、盐酸、浓氨水；
（2）将磨细后的铁尾矿在高温炉内加热到920℃，保持温度5小时，制得活化后的尾矿粉；
（3）将活化后的尾矿粉与2mol/L盐酸按体积比1:1.6混合并搅拌2小时发生反应，过滤取得滤渣进行干燥，滤液用容器收集；
（4）将滤渣与固体氢氧化钠按质量比1:1.7混合并搅拌均匀，在马弗炉中520℃保持2小时制得碱熔反应后的铁尾矿。
（5）将碱熔反应后的铁尾矿溶于水中，按固液比为1:5在85℃下搅拌反应24小时，经过滤得到粗硅溶液。
（6）将制得的粗硅溶液在超声环境下用盐酸调节至pH=7左右，出现大量沉淀，静置1小时后过滤，滤渣用容器收集。
（7）向滤渣中按体积比为1:1.6加入2mol/L盐酸搅拌4小时，之后再次洗涤三次、过滤并干燥，制得二氧化硅纳米材料，外观为白色粉末，粒径40nm，二氧化硅含量为99.6%
（8）将步骤（3）中的滤液在超声环境下用2mol/L氨水调节至pH=7.5，出现大量棕黄色沉淀，静置1小时后过滤，滤渣洗涤干燥后用容器收集。
（9）将干燥后的滤渣放入马弗炉内，在680℃的温度下焙烧2小时，最后制得氧化铁纳米粉体。并对所得的氧化铁及二氧化硅纳米材料进入了性能参数测定，氧化铁及二氧化硅纳米材料性能参数测定同实施例1。
比较例1制备氧化物纳米材料
本发明比较例1以铁尾矿为原料制备氧化物纳米材料，包括如下步骤：
（1）原料至少包括华北地区铁尾矿、氢氧化钠、盐酸、浓氨水；
（2）将磨细后的铁尾矿在高温炉内加热到900℃，保持温度5小时，制得活化后的尾矿粉；
（3）将活化后的尾矿粉与2mol/L盐酸按体积比1:1.6混合并搅拌2小时发生反应，过滤取得滤渣进行干燥，滤液用容器收集；
（4）将滤渣与固体氢氧化钠按质量比1:1.4混合并搅拌均匀，在马弗炉中500℃保持2小时制得碱熔反应后的铁尾矿；
（5）将碱熔反应后的铁尾矿溶于水中，按固液比为1:4在60℃下搅拌反应24小时，经过滤得到粗硅溶液；
（6）将制得的粗硅溶液用盐酸调节至pH=7左右，出现大量沉淀，静置1小时后过滤，滤渣用容器收集；
（7）向滤渣中按体积比为1:1加入2mol/L盐酸搅拌2小时，之后再次洗涤三次、过滤并干燥，制得二氧化硅纳米材料。
比较例2制备氧化物纳米材料
本发明比较例2以铁尾矿为原料制备氧化物纳米材料，包括如下步骤：
（1）原料至少包括华北地区铁尾矿、氢氧化钠、盐酸、浓氨水；（2）将磨细后的铁尾矿在高温炉内加热到900℃，保持温度5小时，制得活化后的尾矿粉；
（3）将活化后的尾矿粉与2mol/L盐酸按体积比1:2混合并搅拌2小时发生反应，过滤取得滤渣进行干燥，滤液用容器收集；
（4）将滤渣与固体氢氧化钠按质量比1:2混合并搅拌均匀，在马弗炉中500℃保持2小时制得碱熔反应后的铁尾矿；
（5）将碱熔反应后的铁尾矿溶于水中，按固液比为1:6在85℃下搅拌反应24小时，经过滤得到粗硅溶液；
（6）将制得的粗硅溶液在超声环境下用盐酸调节至pH=6左右，出现大量沉淀，静置1小时后过滤，滤渣洗涤三次、过滤并干燥，制得二氧化硅纳米材料。
表1为本发明实例所得产品的性能参数汇总表
通过以上两个比较实例，比较例1在步骤6）中粗硅溶液调节pH时没有在超声环境下进行，与原方法相比，在扫描电镜（SEM）下可以看出比较例1中制得的二氧化硅颗粒发生团聚，粒径大大增加，证明在超声环境下调节pH生成的沉淀，具有更小的粒径及更大的比表面积。
比较例2在步骤（6）中未对粗二氧化硅进行酸洗操作，与原方法相比，经过X射线荧光光谱分析（XRF），可以看出比较例2中制得的二氧化硅纳米材料的含量较低，只有67%，而在实施例2中制得的二氧化硅纳米材料的含量达到了99%，证明对粗二氧化硅进行酸洗操作的工艺是非常重要的。
由表1可出，本发明实施例1-4得到的产品其振实密度小于比较例1和2，其纯度大大提高。
由以上实施例和比较例可知，本发明提供了一种以铁尾矿为原料制备氧化物纳米材料的方法，包括：对铁尾矿进行了综合利用，缓解了环境压力；以铁尾矿为原料制备廉价硅源；在超声环境下形成沉淀大大减小了二氧化硅纳米材料的粒径；对粗二氧化硅进行酸洗操作提高了其二氧化硅的含量。本发明提供的氧化铁粉体及二氧化硅纳米材料制备条件温和，对设备要求不高，日常能耗较小，合理利用固体废弃物，降低成本，易于工业化。
以上所述仅为本发明的部分实施例，并非用来限制本发明。但凡依本发明内容所做的均等变化与修饰，都为本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种从铁尾矿同时制备氧化铁和二氧化硅纳米材料的方法，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450-550℃保持1.5-2.5小时，制得碱熔反应后的铁尾矿；
5）将步骤4）中碱熔反应后的铁尾矿融入水中，加热搅拌反应，反应结束后过滤得到粗硅溶液；
6）将步骤5）中制得的粗硅溶液在超声环境下用盐酸调节pH至6.5-7.5，出现大量沉淀，静置后过滤，滤渣收集；
7）向步骤6）中的滤渣加入盐酸搅拌后再次过滤并干燥，制得二氧化硅纳米材料；
8）将步骤3）中的滤液在超声环境下用氨水调节pH至6.5-7.5，出现大量沉淀，静置后过滤，滤渣干燥后用容器收集；
9）将步骤8）中干燥后的滤渣放入马弗炉内，在600℃-700℃的温度下焙烧2小时，最后制得氧化铁纳米粉体。
2.根据权利要求1所述的从铁尾矿同时制备氧化铁和二氧化硅纳米材料的方法，其特征在于步骤1）中的铁尾矿的组份质量分数为SiO2 45.43%、CaO 13.81%、MgO 13.10%、Al2O311.35%、Fe2O3 10.13%，余量为杂质。
3.根据权利要求1所述的从铁尾矿同时制备氧化铁和二氧化硅纳米材料的方法，其特征在于步骤3）中的盐酸浓度为1-3mol/L，优选为2mol/L，活化尾矿粉与质量比例为1:1.6-2。
4.根据权利要求1所述的从铁尾矿同时制备氧化铁和二氧化硅纳米材料的方法，其特征在于步骤4）中的滤渣与氢氧化钠的质量比为1:1.4-2。
5.根据权利要求1所述的从铁尾矿同时制备氧化铁和二氧化硅纳米材料的方法，其特征在于步骤5）中的碱溶反应后的铁尾矿按1:4-6的固液比加入水中，在60℃-85℃温度下搅拌反应，经过滤得到粗硅溶液。
6.根据权利要求1所述的从铁尾矿同时制备氧化铁和二氧化硅纳米材料的方法，其特征在于步骤7）中盐酸浓度为1-3mol/L，优选为2mol/L，滤渣与盐酸的体积比为1:1.5-2。
7.根据权利要求1所述的从铁尾矿同时制备氧化铁和二氧化硅纳米材料的方法，其特征在于步骤8）中氨水浓度为1-2mol/L。
8.根据权利要求1所述的从铁尾矿同时制备氧化铁和二氧化硅纳米材料的方法，其特征在于得到的二氧化硅纳米材料的含量为99%，粒径小于100nm，振实密度为0.344-0.372g/cm3；氧化铁纳米粉体的振实密度为1.068-1.132 g/cm3，粒径小于50nm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810791602.1A CN108910900A (zh) | 2018-07-18 | 2018-07-18 | 一种从铁尾矿同时制备氧化铁和二氧化硅纳米材料的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810791602.1A CN108910900A (zh) | 2018-07-18 | 2018-07-18 | 一种从铁尾矿同时制备氧化铁和二氧化硅纳米材料的方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108910900A true CN108910900A (zh) | 2018-11-30 |
Family
ID=64416053
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810791602.1A Pending CN108910900A (zh) | 2018-07-18 | 2018-07-18 | 一种从铁尾矿同时制备氧化铁和二氧化硅纳米材料的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108910900A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112047384A (zh) * | 2020-08-13 | 2020-12-08 | 桂林理工大学 | 利用锡矿尾矿硫酸浸出液制备锂离子电池用纳米氧化铁负极材料的方法 |
| CN115316508A (zh) * | 2022-10-13 | 2022-11-11 | 天津冶建特种材料有限公司 | 一种含有二氧化硅的饲料添加剂及其制备方法 |
| CN116460981A (zh) * | 2023-06-06 | 2023-07-21 | 安徽建筑大学 | 一种高流动性饰面超高性能混凝土制备工艺及其设备 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101831542A (zh) * | 2010-04-23 | 2010-09-15 | 北京科技大学 | 一种从钼选矿尾矿中提取金属元素铁、镁、钙的方法 |
| CN102234116A (zh) * | 2011-03-16 | 2011-11-09 | 河北联合大学 | 一种利用铁尾矿制备纳米白炭黑的方法 |
| WO2014183808A1 (de) * | 2013-05-17 | 2014-11-20 | BLüCHER GMBH | Verfahren und anlage zur eisengewinnung aus kiesabbrand |
-
2018
- 2018-07-18 CN CN201810791602.1A patent/CN108910900A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101831542A (zh) * | 2010-04-23 | 2010-09-15 | 北京科技大学 | 一种从钼选矿尾矿中提取金属元素铁、镁、钙的方法 |
| CN102234116A (zh) * | 2011-03-16 | 2011-11-09 | 河北联合大学 | 一种利用铁尾矿制备纳米白炭黑的方法 |
| WO2014183808A1 (de) * | 2013-05-17 | 2014-11-20 | BLüCHER GMBH | Verfahren und anlage zur eisengewinnung aus kiesabbrand |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 张明熹等: "铁尾矿提纯纳米白炭黑的研究", 《化工新型材料》 * |
| 杨凤玲等: "利用高硅铁尾矿制备氧化铁及二氧化硅微粉", 《化工环保》 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112047384A (zh) * | 2020-08-13 | 2020-12-08 | 桂林理工大学 | 利用锡矿尾矿硫酸浸出液制备锂离子电池用纳米氧化铁负极材料的方法 |
| CN115316508A (zh) * | 2022-10-13 | 2022-11-11 | 天津冶建特种材料有限公司 | 一种含有二氧化硅的饲料添加剂及其制备方法 |
| CN116460981A (zh) * | 2023-06-06 | 2023-07-21 | 安徽建筑大学 | 一种高流动性饰面超高性能混凝土制备工艺及其设备 |
| CN116460981B (zh) * | 2023-06-06 | 2024-06-07 | 安徽建筑大学 | 一种高流动性饰面超高性能混凝土制备工艺及其设备 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108910900A (zh) | 一种从铁尾矿同时制备氧化铁和二氧化硅纳米材料的方法 | |
| CN101070435B (zh) | 一种超细钒酸铋黄颜料的制备方法 | |
| CN103194098B (zh) | 复合钛白粉的制备方法 | |
| CN101293754B (zh) | 一种用微硅粉制备钛白复合材料的方法 | |
| CN108516582B (zh) | 一种高耐候纳米金红石型钛白粉的制备方法 | |
| CN104925867B (zh) | 一种纳米钨酸铯粉体及其制备方法与应用 | |
| CN101993104A (zh) | 一种以电石渣为原料生产超微细碳酸钙的新方法 | |
| CN108821322B (zh) | 一种层状结构微球沉淀碳酸钙的制备方法 | |
| WO2016065950A1 (zh) | 一种碱式氯化锌的制备方法 | |
| CN103571334A (zh) | 氧化铈抛光粉及其制备方法 | |
| CN108658130B (zh) | 一种从铁尾矿同时制备氧化铁和二氧化硅气凝胶的方法 | |
| CN109704399B (zh) | 一种高分散金红石型二氧化钛及其制备方法 | |
| CN105819678A (zh) | 一种改性高长径比硅灰石纤维及其制备方法 | |
| Owoeye et al. | Effects of process variable on synthesis and characterization of amorphous silica nanoparticles using sodium silicate solutions as precursor by sol–gel method | |
| CN100528758C (zh) | 高纯微米级氧化铋微粉的生产方法 | |
| CN108928834A (zh) | Mcm-41介孔分子筛及其制备方法和应用 | |
| CN107446158B (zh) | 基于方解石和霰石的增强型复相晶体制备方法 | |
| CN106829926B (zh) | 一种高纯螺旋碳纳米管及其制备方法 | |
| CN108585474A (zh) | 一种抗菌陶瓷釉料填充用纳米碳酸钙的制备方法 | |
| CN108946754A (zh) | Sba-15介孔分子筛及制法和应用以及粉煤灰产氧化铝和sba-15介孔分子筛之法 | |
| CN110065960A (zh) | 一种纳米类球形碳酸钙粉体的制备方法 | |
| CN107352554B (zh) | 一种磁性x型分子筛的制备方法及应用 | |
| Yan et al. | Slurry explosive detonation synthesis and characterization of 10 nm TiO2 | |
| CN110422849A (zh) | 一种利用伊利石型粘土矿制备白炭黑的方法 | |
| CN102115618B (zh) | 一种消光钡及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20181130 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |