一种利用锌焙砂制备铁酸锌的方法 |
|||||||
| 申请号 | CN202410031406.X | 申请日 | 2024-01-09 | 公开(公告)号 | CN117902632A | 公开(公告)日 | 2024-04-19 |
| 申请人 | 郑州大学; | 发明人 | 范阳阳; 黄宇坤; 刘江; 梁学民; 陈冰雪; 陈昱冉; 杨昇; 王立强; 孔亚鹏; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种利用锌焙砂制备 铁 酸锌的方法，属于利用锌焙砂制备铁酸锌的方法技术领域，通过对锌焙砂进行球磨活化，然后使用酸液将活化后的锌焙砂调制成 浆液 ，再对浆液进行 磁选 分离得到磁选精矿，使用常规酸对磁选精矿进行酸浸处理，得到含有铁酸锌的 浸出 液，过滤分离后得到铁酸锌，本发明不仅能够直接从锌焙砂中通过磁选提取铁酸锌，而且其他 氧 化物质杂质的掺杂，使得操作简单回收率高。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种利用锌焙砂制备铁酸锌的方法，其特征在于，对锌焙砂进行球磨活化，然后使用酸液将活化后的锌焙砂调制成浆液，再对浆液进行磁选分离得到磁选精矿，使用常规酸对磁选精矿进行酸浸处理，得到含有铁酸锌的浸出液，过滤分离后得到铁酸锌。 |
||||||
| 说明书全文 | 一种利用锌焙砂制备铁酸锌的方法技术领域[0001] 本发明涉及利用锌焙砂制备铁酸锌的方法技术领域，具体涉及一种利用锌焙砂制备铁酸锌的方法。 背景技术[0002] 铁酸锌，属尖晶石类矿物，具有等轴晶系的晶格结构。铁酸锌性能优良，用途广泛，比如：具有良好的软磁特性，可用作磁头材料、巨磁材料和微波磁性材料；具有吸波特性，可用作隐形材料；具有良好的催化性能，可用作高温煤气脱硫和丁烯氧化脱氢的催化剂；具有很高的光催化活性和光电转换性能，可用作新型半导体催化剂和太阳能转换材料；具有鲜艳的色泽，且具有耐高温、耐腐蚀、无毒等优点，可用作无毒防锈防腐颜料等。 [0003] 目前铁酸锌的主要制备方法包括共沉淀法、溶胶‑凝胶法和高温固相反应法等，具体的方法选择通常依赖于所需的材料性质和应用。 [0004] 共沉淀法是通过将铁离子和锌离子加入到含有碱性沉淀剂（如氨水）的溶液中，以诱导铁和锌共沉淀。然后，将沉淀物分离、洗涤、干燥和煅烧，最终得到铁酸锌颗粒。这是一种相对简单的方法，易于操作，并且可以通过控制反应条件来调整颗粒的大小和形状。但共沉淀法制备的铁酸锌前驱体易团聚，导致颗粒不均匀，且在微观结构和性能方面受到合成条件的影响。 [0005] 溶胶‑凝胶法是将铁和锌的盐溶解在适当的溶剂中，通过加热或化学反应，将溶胶逐渐凝胶化。最后，干燥和煅烧凝胶，以获得铁酸锌颗粒。这种方法能精确地控制颗粒的尺寸、形状和晶体结构，因此可以制备出高纯度、均匀的铁酸锌材料。但溶胶‑凝胶法需要复杂的实验条件和控制，包括精确的温度和时间控制，因此制备过程较为繁琐。 [0006] 高温固相反应法是通过在高温下将铁粉和氧化锌反应来制备铁酸锌。高温反应会促使铁和锌的离子重新排列并形成铁酸锌晶体。该方法相对简单，适用于大规模生产。但高温固相反应法通常需要800℃以上高温，存在能耗较大等问题。 [0007] 锌焙砂是锌精矿经焙烧后所得的产物，褐色微颗粒状固体，我国目前的锌冶炼主流工艺为氧化焙烧‑浸出‑净化‑电沉积工艺，而锌矿的原始矿藏常与黄铁矿、磁黄铁矿等含铁矿物共伴生，因此在高温焙烧的过程中，部分铁被氧化成氧化铁后会与氧化锌发生反应不可避免地生成铁酸锌，这一部分铁酸锌外部包覆有氧化物质和其他杂质，因此提取难度高，成本损耗较大。 发明内容[0008] 有鉴于此，本发明提供一种利用锌焙砂制备铁酸锌的方法，不仅能够直接从锌焙砂中通过磁选提取铁酸锌，而且其他金属氧化物的固溶，还会使得操作简单回收率高。 [0009] 本发明提供一种利用锌焙砂制备铁酸锌的方法，对锌焙砂进行球磨活化，然后使用酸液将活化后的锌焙砂调制成浆液，再对浆液进行磁选分离得到磁选精矿，使用常规酸对磁选精矿进行酸浸处理，得到含有铁酸锌的浸出液，过滤分离后得到铁酸锌。 [0010] 本发明在采用以上手段后，通过球磨的方式使锌焙砂颗粒断裂和破碎，颗粒显著细化，改善了物相包裹情况，同时，晶格中出现各种结构缺陷，锌、铁离子占位反转度增加，铁酸锌磁性显著增强，降低后续反应能耗，而活化后的锌焙砂又通过加酸调浆，进一步使包覆在铁酸锌晶体上的氧化锌溶解，更有利于后续的磁选分离；再采用弱酸浸出工艺对铁酸锌再次提纯，得到较高纯度的铁酸锌，实现从锌焙砂中直接分离提取铁酸锌。 [0011] 进一步的，所述球磨活化中使用的装置为一种球磨机或多种球磨机的组合，所述球磨机为行星式球磨机、滚筒式球磨机、搅拌式球磨机或往复式球磨机。 [0012] 进一步的，所述球磨介质为硬质合金、刚玉和二氧化锆中的一种或两种以上的组合，所述球磨介质与锌焙砂进行球磨时的质量比为1 50：1，所述球磨活化时的转速为100~ ~600r/min，所述球磨活化时的时间为0.5 30h。 ~ [0014] 铁酸锌（ZnFe2O4）是一种复杂的化合物，它在常规的酸性条件下并不容易溶解，因此，只要酸性条件不是强的浓硫酸或浓盐酸之类的酸，是不会降低铁酸锌的含量，而是会带走氧化锌、氧化铁等杂质。 [0015] 进一步的，所述酸液与活化后的锌焙砂调制时的质量比为3 30：1。~ [0016] 进一步的，所述浆液进行磁选分离得到磁选精矿的同时，还得到了磁选尾矿浆，所述磁选尾矿浆进行过滤得到磁选尾矿和滤液。 [0017] 进一步的，所述磁选分离时所用的磁感应强度为0.01 0.80T。~ [0018] 进一步的，所述常规酸为硫酸、盐酸和硝酸中的一种或两种以上的组合。 [0019] 进一步的，所述常规酸的浓度为0.1 1mol/L。~ [0020] 进一步的，所述常规酸与磁选精矿进行酸浸处理时的质量比为5 50：1，所述酸浸~温度为25 60℃，所述酸浸时间为5 150min。 ~ ~ [0021] 进一步的去除铁酸锌外部的暴露的氧化锌氧化铁等杂质。 [0022] 综上所述，本申请具有以下有益技术效果：1、本发明通过对锌焙砂进行球磨以及调浆和磁选分离三个手段的结合从而达到分离铁酸锌的目的，球磨手段操作简单，易于控制通过球磨活化的方式使锌焙砂颗粒断裂和破碎，颗粒显著细化，克服了有价元素与杂质金属分散混杂，嵌布共存，难以选别分离的问题。 [0023] 2、本发明利用了机械活化的方式，增强锌焙砂中的铁酸锌磁性，提高了铁酸锌的回收率，实现锌焙砂直接利用制备高经济价值的铁酸锌，且具有极高的环境和经济效益。 具体实施方式[0026] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图1‑2，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0027] 以下将对本发明具体如何实施进行详尽清晰的解释，从而证明本申请具有上述有益效果；首先本发明以下所有实施例当中所使用的锌焙砂原材料中锌含量约为50%，铁含量约为25%，铁酸锌含量约为25%。 [0028] 球磨机选用行星式球磨机、滚筒式球磨机或往复式球磨机。 [0029] 结合图1，本发明实施例具体通过如下实施步骤进行：S1、机械活化，采用锌焙砂为原材料，将球磨介质与锌焙砂按照质量比为1 50：1填~ 充进球磨机当中，并设置球磨机的转速为100 600r/min，球磨机的球磨时间为0.5 30 h，机~ ~ 械活化结束后，将锌焙砂与球磨介质进行分离，得到机械活化的锌焙砂； 球磨介质可以采用硬质合金、刚玉和二氧化锆中的任一种或两种以上的组合； S2、酸液调浆，将机械活化后的锌焙砂加入到酸液中进行调浆，其中酸液浓度在 0.01 1.00 mol/L，酸液与机械活化后的锌焙砂之间的液固比在3 30:1，调浆后得到矿浆； ~ ~ 酸液选择为硫酸、盐酸、硝酸其中的一种或几种组合。 [0030] S3、磁选分离，将矿浆通过湿式磁选机进行磁选分离，磁感应强度为0.01 0.80 T，~得到磁选精矿以及磁选尾矿浆； S4、酸浸处理，对磁选精矿进行低温低酸浸出，并进行固液分离，酸液浓度为0.1~ 1.0 mol/L，酸液与磁选精矿的液固比为5 50:1，酸浸温度为25 60℃，酸浸时间为5 150 ~ ~ ~ min，最后得到铁酸锌浸出液，对铁酸锌浸出液进行过滤分离，就得到了最终产物铁酸锌。 [0031] 磁选分离结束后，对得到的铁酸锌进行纯度检测。 [0032] 以下通过对各个参数的具体明确来进行更为详尽的实施以及说明。 [0033] 实施例一本实施例的具体实施方式如下： S1、机械活化：采用锌焙砂为原料，该锌焙砂的锌含量为50.4%、铁含量为24.11%，其中铁酸锌物相在锌焙砂中占比为23.41%。将球磨介质与锌焙砂按填充质量比为20:1加入到行星球磨机中，调整其转速为300 r/min，球磨时间为10 h，机械活化结束后，分离锌焙砂与球磨介质，得到机械活化的锌焙砂。其中，球磨介质采用硬质合金和刚玉的组合； S2、调浆：将机械活化的锌焙砂加入到硫酸中调浆，其中酸浓度为0.2 mol/L，酸与磨后料的液固比=20:1； S3、磁选分离：将矿浆通过湿式磁选机进行磁选分离，磁感应强度为0.8 T，得到磁选精矿； S4、低温低酸浸出：对粗铁酸锌进行低温低酸浸出，并进行固液分离，其中，酸液采用硫酸，酸浓度为0.5 mol/L，酸与磁选精矿的液固比为20:1，酸浸温度为40℃，酸浸时间为 30 min。 [0034] 磁选分离时，得到的磁选精矿中铁酸锌的纯度为83.4%，后经低温低酸浸出，铁酸锌的纯度提高，达到92.6%。 [0035] 实施例二S1、机械活化：采用锌焙砂为原料，该锌焙砂的锌含量为53.4%、铁含量为25.11%，其中铁酸锌物相在锌焙砂中占比为28.41%。将球磨介质与锌焙砂按填充质量比为30:1加入到行星球磨机中，调整其转速为400 r/min，球磨时间为30 h，机械活化结束后，分离锌焙砂与球磨介质，得到机械活化锌焙砂。其中，球磨介质采用硬质合金和二氧化锆的组合； S2、调浆：将机械活化的锌焙砂加入到硫酸中调浆，其中酸浓度为0.3 mol/L，酸与磨后料的液固比=20:1； S3、磁选分离：将矿浆通过湿式磁选机进行磁选分离，磁感应强度为0.8 T； S4、低温低酸浸出：对粗铁酸锌进行低温低酸浸出，并进行固液分离，其中，酸液采用硫酸，酸浓度为0.6 mol/L，酸与磁选精矿的液固比为30:1，酸浸温度为50℃，酸浸时间为 60 min。 [0036] 磁选分离时，得到的磁选精矿中铁酸锌的纯度为85.2%，后经低温低酸浸出，铁酸锌的纯度提高，达到93.9%。 [0037] 实施例三S1、机械活化：采用锌焙砂为原料，该锌焙砂的锌含量为51.4%、铁含量为22.13%，含铜0.32%，其中铁酸锌物相在锌焙砂中占比为24.41%。将球磨介质与锌焙砂按填充质量比为40:1加入到行星球磨机中，调整其转速为600 r/min，球磨时间为50 h，机械活化结束后，分离锌焙砂与球磨介质，得到机械活化锌焙砂。其中，球磨介质采用硬质合金和二氧化锆的组合； S2、调浆：将机械活化的锌焙砂加入到硫酸中调浆，其中酸浓度为1 mol/L，酸与磨后料的液固比=30:1； S3、磁选分离：将矿浆通过湿式磁选机进行磁选分离，磁感应强度为0.8 T； S4、低温低酸浸出：对粗铁酸锌进行低温低酸浸出，并进行固液分离，其中，酸液采用硫酸，酸浓度为1 mol/L，酸与磁选精矿的液固比为40:1，酸浸温度为60℃，酸浸时间为 120 min。 [0038] 磁选分离时，得到的磁选精矿中铁酸锌的纯度为84.5%，后经低温低酸浸出，铁酸锌的纯度提高，达到92.9%。 [0039] 对比例一本对比例与实施例一的不同之处在于未进行机械活化步骤，依此探究机械活化对本发明中铁酸锌提取的正面影响，具体实施方式如下： 本对比例采用与实施例1中相同的原料，即为该锌焙砂的锌含量为50.4%、铁含量为24.11%，其中铁酸锌物相在锌焙砂中占比为23.41%； 本对比例无需进行机械活化直接进行后续和实施例1一样的的步骤。 [0040] S1、调浆：将未活化的锌焙砂直接加入到硫酸中调浆，其中酸浓度为0.2mol/L，酸与磨后料的液固比=20:1；S2、磁选分离：将矿浆通过湿式磁选机进行磁选分离，磁感应强度为0.8 T，得到磁选精矿； S3、低温低酸浸出：对粗铁酸锌进行低温低酸浸出，并进行固液分离，其中，酸液采用硫酸，酸浓度为0.5 mol/L，酸与磁选精矿的液固比为20:1，酸浸温度为40℃，酸浸时间为 30 min。 [0041] 磁选分离时，得到的磁选精矿中铁酸锌的纯度为23.2%，可以发现未球磨活化的锌焙砂相比于活化的锌焙砂，磁选分离效果大大降低。 [0042] 实验数据为了验证球磨活化是否能增强锌焙砂中难处理相铟铁酸锌的磁性，本发明对各个实施例以及对比例球磨处理前后的铁酸锌进行磁滞回线分析，通过Lake Shore 7404型振动样品磁强计，得到了如图2所示的磁滞曲线图。 [0043] 分析通过实施例一、实施例二以及实施例三，可以发现，球磨处理时间10 h、30 h及50 h条件下的铁酸锌饱和磁化强度相比于处理前，由原来的2.50 emg/g分别变为15.38 emg/g、27.80 emg/g和30.09 emg/g，而矫顽力相比于处理前由原来的40.04 G分别变为8.92 G、 9.43 G和18.85 G。 [0044] 由此可知，经过球磨处理的铁酸锌相比于未处理的饱和磁化强度增大，矫顽力降低，磁性显著提高。 [0045] 以上所述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，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈