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硫铁矿烧渣制备γ-Fe_2O_3的研究

作　者: 孔磊
导　师: 陈吉春
学　校: 武汉理工大学
专　业: 环境工程
关键词: 硫铁矿烧渣 还原焙烧 铁黄 氧化沉淀法 γ-Fe2O3
分类号: X781.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要


硫铁矿烧渣是硫酸工业的固体废弃物，一般每生产1t硫酸会产生0.8t烧渣，我国每年排放约1200万t硫铁矿烧渣，仅有约10％的烧渣用于水泥等工业作辅助原料，不仅利用率低，而且产品的附加值也低，从而限制了烧渣的大规模利用。硫铁矿烧渣的综合利用既消除了烧渣对环境的危害，又使废弃物资源化，充分利用了烧渣中丰富的Fe资源，具有重要的现实意义，而利用硫铁矿烧渣所得到的高质量的FeSO4·7H2O来制备γ-Fe2O3，开辟了综合利用硫铁矿烧渣的新途径。在众多金属氧化物中，γ-Fe2O3因其在磁性、催化和气敏等多方面的广泛使用而倍受瞩目。当前磁记录材料的应用越来越广泛，录音、录象和计算机带等都需要性能良好的γ-Fe2O3磁粉。磁性γ-Fe2O3由于其特殊的超顺磁性，因而在巨磁电阻、磁性液体和磁记录、软磁、永磁、磁致冷、巨磁阻抗材料以及磁光器件、磁探测器等方面具有广阔的应用前景。本论文以武钢金山店铁矿硫酸厂的硫铁矿烧渣为主要原料，在对目前硫铁矿烧渣回收及利用现状进行综合考察，结合实际的研究条件，通过还原焙烧、硫酸浸出、净化工艺制得了硫酸亚铁溶液，并浓缩、冷却结晶得到接近化学试剂纯的硫酸亚铁晶体。以此为原料，采用简易的一步氧化沉淀法制取γ-Fe2O3，并探讨了制备过程中中间产物铁黄的最佳工艺流程以及工艺参数。中间产物铁黄的制备是最终产物γ-Fe2O3生产的关键步骤。制备过程中FeSO4浓度、NH3·H2O浓度，滴定速度，反应温度，pH、烘干时间、烘干温度均对铁黄的质量产生影响。实验结果表明，反应的最佳条件为：FeSO4浓度10％，NH3·H2O浓度20％，滴定速度为10d／min，pH为7.4，反应温度25℃，烘干时间6h，烘干温度为90℃，产物的全铁含量为66.80％。以铁黄为原料，通过热处理确定制备γ-Fe2O3的最佳工艺及参数。γ-Fe2O3的制备受前驱物的处理工艺，热处理温度及热处理时间的影响。经实验得出，反应的最佳条件为：热处理温度为400℃，时间为30min且反应的前驱物需经Na2CO3浸渍处理。所得产物物相为γ-Fe2O3，且粒径约为86～136nm，且粒子间的团聚程度不大。其基本参数符合相关应用标准。与其它相关工艺相比，本工艺具有以下优点：工艺易操作、主要相关参数便于控制、能耗最小、整个流程所需要的流程较短、产品物相单一均匀、稳定性强。所以投入成本少，为对硫铁矿烧渣的广泛利用提供了良好的基础，达到了废物二次利用的目标。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-33
  1.1 硫铁矿烧渣概述  9-15
    1.1.1 硫铁矿烧渣的组成与分类  9-11
    1.1.2 硫铁矿烧渣的危害  11-12
    1.1.3 硫铁矿烧渣的综合利用  12-15
  1.2 氧化铁的研究与应用  15-25
    1.2.1 氧化铁的制备方法  16-22
    1.2.2 氧化铁的应用  22-24
    1.2.3 磁性氧化铁的种类  24-25
  1.3 γ-Fe_2O_3的研究及应用现状  25-31
    1.3.1 γ-Fe_2O_3结构及性质  25-26
    1.3.2 γ-Fe_2O_3的应用及发展前景  26-27
    1.3.3 γ-Fe_2O_3的主要制备方法  27-31
  1.4 研究的目的意义及内容  31-33
    1.4.1 研究目的与意义  31-32
    1.4.2 研究内容  32-33
第2章 实验原料及方法  33-47
  2.1 实验原料、试剂和仪器  33-35
    2.1.1 主要实验原料  33-34
    2.1.2 主要实验试剂  34
    2.1.3 主要仪器和设备  34-35
  2.2 实验方法及工艺流程  35-36
  2.3 实验原理  36-43
    2.3.1 硫酸亚铁的制备原理  36-38
    2.3.2 铁黄的制备原理  38-40
    2.3.3 γ-Fe_2O_3的制备原理  40-43
  2.4 样品性能测试与表征  43-47
    2.4.1 Fe~(2+)的测定  43
    2.4.2 Fe~(3+)的测定  43-44
    2.4.3 结果表达  44
    2.4.4 全铁的测定  44-45
    2.4.5 样品表征  45-47
第3章 实验结果及讨论  47-59
  3.1 硫铁矿烧渣精制硫酸亚铁溶液  47
  3.2 铁黄晶种的制备  47-54
    3.2.1 实验步骤  47-49
    3.2.2 正交实验分析  49-52
    3.2.3 铁黄产品的物相分析  52-54
    3.2.4 铁黄晶种实验小结  54
  3.3 γ-Fe_2O_3的制备  54-59
    3.3.1 反应温度的确定  54-56
    3.3.2 实验结果讨论  56-58
    3.3.3 样品的形貌  58-59
第4章 结论  59-61
参考文献  61-66
致谢  66

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中图分类: > 环境科学、安全科学 > 废物处理与综合利用 > 化学工业废物处理与综合利用 > 无机化学工业 > 无机酸生产
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