一种制备铁橄榄石的方法与流程

本发明涉及一种铁橄榄石的制备方法，特别涉及一种在温和环境下制备高纯度铁橄榄石的方法，属于冶金工程与环境工程交叉领域。

背景技术：

硅铁复合氧化物是地球地壳和地幔中普遍存在的主要成分，属于地球物理学、地质学和耐火材料学等领域的重点对象和热点，同时也是铜水淬渣、镍渣、烟化渣等FeO-SiO₂系冶炼渣中铁元素存在的主要物相。我国已积存的FeO-SiO₂系渣达到7438×10⁴t，并仍以每年300万吨左右的速度递增，该类渣中铁品位一般可达30-40％左右，远高于冶炼铁矿29.1％的平均品位，为一种潜在的铁资源，但该类渣中铁80％以上以铁橄榄石相存在，嵌布粒度极细，硅铁难以分开，致使该类硅铁复合氧化物中铁得不到合理的回收，一直作为工业不可用铁而废弃不用。

现有研究中因纯铁橄榄石原料合成条件苛刻，导致研究进展有限。在已有高温固相合成法的报道中，其合成的方法均须要求在高压高温和惰性条件下长时间保温，对设备要求极高。如Damien Daval等利用纳米级Fe₂O₃、SiO₂和Fe先在750℃和惰性气氛保温24h得到前驱体，然后在1GPa和900℃条件下保温12h得到铁橄榄石，其纯度为90％左右；石晓燕等利用分析纯Fe₂O₃、SiO₂和Fe在1350℃和惰性气氛条件保温2h得到铁橄榄石，其纯度只有70％左右。

到目前为止，还没有在常压条件下烧结制备高纯、晶型较好的铁橄榄石的相关报道。

技术实现要素：

针对现技术中制备铁橄榄石的方法存在条件苛刻，难以获得高纯度铁橄榄石等缺陷，本发明的目的是在于提供一种对设备要求低，在温和条件下制备高纯、晶型较好的铁橄榄石方法。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种制备铁橄榄石的方法，该方法是将Fe₃O₄、FeS和SiO₂混合球磨后，置于惰性气氛中，在1100～1600℃温度下进行一次烧结，烧结产物采用浓度为1～6mol/L的酸溶液浸出后，固液分离，固体产物置于惰性气氛中，在1000～1300℃温度下进行二次烧结，即得。

在本发明的技术方案中，以Fe₃O₄、FeS和SiO₂为原料，先进行一次烧结发生固相反应，主要反应包括：3Fe₃O₄+FeS+5SiO₂→5Fe₂SiO₄+SO₂↑，该反应在常压下及1100～1600℃的温度下可以顺利进行，生成Fe₂SiO₄固体，反应过量的Fe₃O₄和FeS可以通过浓度较低的酸溶液浸出，如采用低浓度的盐酸溶液浸出，发生的主要反应为：Fe₃O₄+8HCl→2FeCl₃+FeCl₂+4H₂O，FeS+2HCl→FeCl₂+H₂S↑，过量的Fe₃O₄和FeS作为杂质浸出，而渣相为高纯度的Fe₂SiO₄。Fe₂SiO₄进行二次烧结，在常压及1000～1300℃温度下进行晶相转化，如Fe₂SiO₄→α-Fe₂SiO₄，得到高纯度的铁橄榄石。

优选的方案，Fe₃O₄、FeS和SiO₂的摩尔比为(3～6):(1～2):5。

较优选的方案，Fe₃O₄、FeS和SiO₂混合球磨后筛选200目筛下粉末用于一次烧结。

优选的方案，所述一次烧结的时间为120～720min。

优选的方案，所述浸出过程中烧结产物与酸溶液的浸出液固比为(2～4):1，浸出时间为60～180min，搅拌速率为100～1000转/min。

较优选的方案，所述酸溶液包括盐酸、硫酸、硝酸中至少一种。

优选的方案，所述二次烧结的时间为60～300min。

优选的方案，所述惰性气氛为氮气和/或氩气。

相对现有技术，本发明的技术方案带来的有益效果：

1、本发明制备的铁橄榄石纯度高、晶型较好，纯度达到95％以上，主要晶相为高纯度的α-Fe₂SiO₄。

2、本发明的方法是在常压条件下进行烧结，无需采用高温高压条件，对设备要求低，条件温和，能耗低，有利于工业化生产。

3、本发明的方法在烧结过程中，二氧化硫烟气可以通过碱液吸收，废液量少，有利于环保。

附图说明

【图1】为本发明方法的工艺流程图。

【图2】为实施例1合成铁橄榄石产品的XRD图。

【图3】为实施例1合成铁橄榄石反应前后SEM图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限制本发明。

实施例1

将Fe₃O₄、FeS和SiO₂按照摩尔比3:1:5比例称取原料，放入星行球磨机中，球磨后过200目筛，将球磨混合料装入气氛管式炉中，通入惰性气体在1100℃条件下进行高温固相反应600min，冷却后利用30％盐酸按液固比2:1搅拌浸出120min，浸出过滤后过滤物在惰性气氛及1000℃条件下保温焙烧180min，冷却后得到产品铁橄榄石。反应过程中产生的尾气均通过氢氧化钠溶液吸收净化后排放。合成的铁橄榄石XRD图如图2所示，合成产品中铁橄榄石含量为96.8％，其余3.2％为二氧化硅，反应原料及合成的铁橄榄石SEM图如图3所示。

实施例2

将Fe₃O₄、FeS和SiO₂按照摩尔比6:1.5:5比例称取原料，放入星行球磨机中，球磨后过200目筛，将球磨混合料装入气氛管式炉中，通入惰性气体在1300℃条件下进行高温固相反应300min，冷却后利用15％硫酸按液固比3:1搅拌浸出180min，浸出过滤后过滤物在惰性气氛及1200℃条件下保温焙烧90min，冷却后得到产品铁橄榄石。反应过程中产生的尾气均通过氢氧化钠溶液吸收净化后排放。

实施例3

将Fe₃O₄、FeS和SiO₂按照摩尔比5:1.5:5比例称取原料，放入星行球磨机中，球磨后过200目筛，将球磨混合料装入气氛管式炉中，通入惰性气体在1400℃条件下进行高温固相反应120min，冷却后利用10％硝酸按液固比4:1浸出60min，浸出过滤后过滤物在惰性气氛及1200℃条件下保温焙烧60min，冷却后得到产品铁橄榄石。反应过程中产生的尾气均通过氢氧化钠溶液吸收净化后排放。

由以上实施例可见，采用本发明方法制备的铁橄榄石纯度≥95％，晶型较好。