一種制備鐵酸鹽的方法技術

本發明專利技術涉及一種制備鐵酸鹽的方法，屬于鈦白粉副產品硫酸亞鐵的綜合利用技術領域。本發明專利技術解決的技術問題是提供一種制備鐵酸鹽的方法。該方法將金屬硫化物和硫酸亞鐵混合，在有氧條件下，升溫至400～1000℃，反應10～120min，冷卻，得到鐵酸鹽。本發明專利技術方法可制備得到純度較高的鐵酸鹽固體，工藝流程簡單，成本較低，反應溫度低，節約能源，適用于工業化大生產。且本發明專利技術的硫酸亞鐵可來源于鈦白粉生產的副產物，金屬硫化物也可來源于工業固廢，從而達到以廢治廢的目的，保護環境，而且大大降低了成本，變廢為寶，為社會循環經濟的發展發揮積極作用。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種制備鐵酸鹽的方法，屬于鈦白粉副產品硫酸亞鐵的綜合利用

技術介紹
鐵酸鹽是一類性能優良的半導體材料和重要的磁性材料，具有良好的磁學、吸附、催化性能以及高化學穩定性、成本低廉、制備工藝簡單等特點，已廣泛用于廣播通信、信息儲存、航天航空、自動控制、催化合成和醫藥生物等諸多領域。目前，鐵酸鹽材料的制備方法主要有溶膠-凝膠法、水熱法、共沉淀法、微乳液法、高能球磨法、自蔓延高溫合成法、納米刻蝕合成法等。溶膠-凝膠合成法是將二價金屬鹽溶液和三價鐵鹽溶液按化學計量比混合制成水溶液，加入一定量的有機酸作配體，以無機酸或堿調節溶液的pH值，緩慢蒸發制得凝膠前驅物，經熱處理出去有機殘余物，再在高溫下煅燒得所需產物。該方法生產的產物粒徑小，分散均勻，具有較高的磁學性能，但是，其工藝條件不易控制，所用原料多是有機化合物，成本高，處理時間長，無法適用于工業化大生產。水熱法是通過高壓釜在密閉體系中，以水為溶劑，在一定溫度和水的自身壓強下進行化學反應，實現從原子、分子級的微粒構筑和晶體生長。該方法具有結晶好、純度高等優點，但是其要求的原料純度高，成本較高，且需要耐高壓耐腐蝕的容器，工作周期長，給工業化帶來一定的困難。共沉淀法是指在包含2種或2中以上金屬離子的可溶性鹽溶液中加入適當的沉淀劑，將金屬離子均勻沉淀或結晶處理，再經過過濾、洗滌、干燥煅燒得過程得到鐵酸鹽。該方法能夠得到純度高的產品，但存在水洗、過濾困難。且沉淀劑易作為雜質混入，反應速度不易控制等缺陷，不宜用作工業化生產。可見，目前鐵酸鹽的生產存在原料成本高、處理時間長、生產步驟復雜且生產工藝不易控制等缺陷，生產成本昂貴，使其廣泛應用到工業領域受到極大限制。如何簡化鐵酸鹽的生產工藝，降低生產成本，使其能夠應用于工業化大生產，成為本領域科研人員的研究熱點。鈦白粉是重要的化工原料之一,作為高檔白色顏料廣泛應用于涂料行業,同時廣泛應用于現代工業、農業、國防等方面,社會需求量逐年上升。鈦白粉廣泛用于涂料、塑料、橡膠、油墨、紙張、化纖、陶瓷、日化、醫藥、食品等行業。國內鈦白粉廠絕大多數都采用硫酸法工藝。鈦白粉副產硫酸亞鐵是硫酸法鈦白生產中的主要副產品，根據礦源不同，每噸鈦白粉要副產硫酸亞鐵3.5～4t。我國的硫酸法鈦白粉工廠全部采用鈦鐵礦為原料,每噸鈦白粉要副產3t左右硫酸亞鐵。鈦白粉副產物硫酸亞鐵的組成見表1。表1可見，因鈦白粉副產物硫酸亞鐵含多種雜質，不能直接利用。全國每年產生鈦白副產品硫酸亞鐵約300萬t。隨著鈦白粉產量不斷增長,FeSO4的綜合利用問題越來越突出。硫酸亞鐵綜合利用的渠道很多,在我國,主要用于鐵系顏料、肥料和飼料添加劑、催化劑,少量用作凈水劑，絕大部分作為廢棄物拋棄，隨地堆積放置；不僅浪費硫和鐵資源，而且嚴重污染環境。隨著鈦白粉工業的發展，生產規模的不斷擴大，解決鈦白粉副產品硫酸亞鐵的綜合利用問題已迫在眉睫，對于環境保護具有重大的現實意義。
技術實現思路
針對上述問題，本專利技術提出一種采用金屬硫化物還原分解硫酸亞鐵制備鐵酸鹽的思路，既能降低鐵酸鹽的生產成本，又能對鈦白粉副產品硫酸亞鐵進行綜合利用，變廢為寶。本專利技術解決的技術問題是提供金屬硫化物直接還原分解硫酸亞鐵制備鐵酸鹽的方法。本專利技術制備鐵酸鹽的方法，包括如下步驟：a、將金屬硫化物和硫酸亞鐵混合，在有氧條件下，升溫至400～1000℃，反應10～120min，冷卻至常溫，得到包括鐵酸鹽在內的固體產物和尾氣；b、從固體產物中提取得到鐵酸鹽；其中，所述金屬硫化物為除硫化鐵和硫化亞鐵外的金屬硫化物。優選的，所述金屬硫化物為硫化鎂、硫化鈣、硫化鋅、硫化銅、硫化鈉或硫化鉀。進一步的，按摩爾比，金屬硫化物：硫酸亞鐵＝1:5.5～6.5，優選按摩爾比，金屬硫化物：硫酸亞鐵＝1:6。作為優選方案，a步驟中，升溫至600℃。其中，金屬硫化物和硫酸亞鐵的含水量優選均小于10wt％。金屬硫化物和硫酸亞鐵的粒度優選100～400目。為節約能源，反應加熱前可先預熱。所述尾氣進入制酸系統用于制備硫酸。進一步的，所述硫酸亞鐵來源于硫酸亞鐵純品或硫酸亞鐵含量≥20wt％的礦或工業廢渣；優選硫酸亞鐵來源于硫酸亞鐵含量≥80wt％的礦或工業廢渣；更優選硫酸亞鐵來源于硫酸法制鈦白中的副產品。與現有技術相比，本專利技術具有如下有益效果：1)本專利技術采用金屬硫化物和硫酸亞鐵之間的固固反應，一步法制備得到鐵酸鹽，工藝流程簡單，成本較低，反應溫度低，節約能源，適用于工業化大生產。2)采用本專利技術方法，硫酸亞鐵分解率高，可制備得到純度較高的鐵酸鹽固體，氣體SO2可用于制備硫酸，原料的利用率高。3)本專利技術的硫酸亞鐵可來源于鈦白粉生產的副產物，金屬硫化物也可來源于工業固廢，從而達到以廢治廢的目的，不僅有利于解決目前鈦白廢渣大量堆積的問題，保護環境，而且大大降低了成本，變廢為寶，為社會循環經濟的發展發揮積極作用。附圖說明圖1為本專利技術實施例1制備的鐵酸鎂以及標準鐵酸鎂的XRD圖譜。圖2為本專利技術實施例2制備的鐵酸鋅以及標準鐵酸鋅的XRD圖譜。圖3為本專利技術實施例3制備的鐵酸銅以及標準鐵酸銅的XRD圖譜。圖4為本專利技術實施例4制備的鐵酸鈉以及標準鐵酸鈉的XRD圖譜。圖5為本專利技術實施例5制備的鐵酸鈣以及標準鐵酸鈣的XRD圖譜。具體實施方式本專利技術一種制備鐵酸鹽的方法，包括如下步驟：a、將金屬硫化物和硫酸亞鐵混合，在有氧條件下，升溫至400～1000℃，反應10～120min，冷卻至常溫，得到包括鐵酸鹽在內的固體產物和尾氣；b、從固體產物中提取得到鐵酸鹽。本專利技術通過金屬硫化物和硫酸亞鐵在高溫下進行反應，一步得到鐵酸鹽，其工藝簡單，經研究發現，硫化物和硫酸亞鐵在一定的溫度下將發生如下反應：MS+2FeSO4+O2(g)＝MFe2O4+3SO2(g)其中，MS為金屬硫化物。本專利技術所述的金屬硫化物可以為除鐵以外的任意金屬硫化物，優選的，所述金屬硫化物為硫化鎂、硫化鈣、硫化鋅、硫化銅、硫化鈉或硫化鉀。本專利技術的反應溫度過低，則反應不發生，溫度過高，不僅浪費能量，還容易發生其它的副反應，因此，本專利技術的溫度為400～1000℃為宜，優選溫度為600℃。進一步的，按摩爾比，金屬硫化物：硫酸亞鐵＝1:5.5～6.5，優選按摩爾比，金屬硫化物：硫酸亞鐵＝1:6。進一步的，本專利技術的有氧條件可在反應器中通入氧氣，也可直接在空氣氣氛下進行反應。所述金屬硫化物在反應前可以先干燥，作為優選方案，金屬硫化物的含水量小于10wt％。硫酸亞鐵可先加熱脫水，形成一水合硫酸亞鐵。進一步的，硫酸亞鐵的脫水反應可在回轉窯中進行，其脫水溫度優選為180℃，脫水后干燥，使其含水量小于10wt％為增大反應接觸面積，金屬硫化物和硫酸亞鐵的粒度優選100～400目。為節約能源，反應加熱前可先預熱。本專利技術硫酸亞鐵分解過程為一步反應，反應后生成的鐵酸鹽產品可做吸附材料用，反應尾氣二氧化硫的利用可分成兩個部分，一部分用于預熱混合物料，另一部分用于硫酸亞鐵原料脫水，預熱后的反應尾氣經過脫水后進入制酸系統，硫酸可以返回系統用于鈦鐵礦的酸解反應，從而實現了硫資源的循環利用。進一步的，所述硫酸亞鐵來源于硫酸亞鐵純品或硫酸亞鐵含量≥20wt％的礦或工業廢渣；優選硫酸亞鐵來源于硫酸亞鐵含量≥80wt％的礦或工業廢渣；更優選硫酸亞本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種制備鐵酸鹽的方法，其特征在于，包括如下步驟：a、將金屬硫化物和硫酸亞鐵混合，在有氧條件下，升溫至400～1000℃，反應10～120min，冷卻至常溫，得到包括鐵酸鹽在內的固體產物和尾氣；b、從固體產物中提取得到鐵酸鹽；其中，所述金屬硫化物為除硫化鐵和硫化亞鐵外的金屬硫化物。

【技術特征摘要】
1.一種制備鐵酸鹽的方法，其特征在于，包括如下步驟：a、將金屬硫化物和硫酸亞鐵混合，在有氧條件下，升溫至400～1000℃，反應10～120min，冷卻至常溫，得到包括鐵酸鹽在內的固體產物和尾氣；b、從固體產物中提取得到鐵酸鹽；其中，所述金屬硫化物為除硫化鐵和硫化亞鐵外的金屬硫化物。2.根據權利要求1所述的一種制備鐵酸鹽的方法，其特征在于：所述金屬硫化物為硫化鎂、硫化鈣、硫化鋅、硫化銅、硫化鈉或硫化鉀。3.根據權利要求1或2所述的一種制備鐵酸鹽的方法，其特征在于：按摩爾比，金屬硫化物：硫酸亞鐵＝1:1～6，優選按摩爾比，金屬硫化物：硫酸亞鐵＝1:6。4.根據權利要求1～3任一項所述的一種制備鐵酸鹽的方法，其特征在于：a步驟中，升溫至600℃。5.根據權利要求...

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊秀山，任根寬，楊林，彭旭，孔行健，王辛龍，張志業，
申請(專利權)人：四川大學，
類型：發明
國別省市：四川;51