专利名称：以硫酸亚铁为原料制备四氧化三铁纳米粉体材料的方法
技术领域：
本发明属于粉体材料制备技术领域，具体涉及一种以硫酸亚铁为原料制备四氧化三铁纳米粉体材料的方法。
背景技术：
现有的四氧化三铁纳米粉体材料制备方法一般都是用FeCl3和FeCl2的混合溶液与碱性溶液反应所制得，存在的缺点是FeCl3价格较高而造成生产成本较高。
硫酸法生产钛白粉工艺伴随有大量副产品硫酸亚铁生成，全国每年超过100万吨以上。这些副产品硫酸亚铁大部分至今尚未得到充分应用，造成资源浪费和环境污染。虽然已有不少研究报导和一些生产厂家采用硫酸亚铁为原料，在碱性条件下通空气氧化生产出四氧化三铁微米粉，该工艺不仅需要加热处理，而且工艺条件较苛刻。
发明内容
本发明的目的就是要以廉价的钛白工业副产品硫酸亚铁为原料，采用简单有效的制备方法生产出四氧化三铁纳米粉体材料。
本发明所提供的一种以硫酸亚铁为原料制备四氧化三铁纳米粉体材料的方法，该方法包括以下步骤按照1kg FeSO4·7H2O固体加水1-1.5升的比例，将水加入到硫酸亚铁中，再按硫酸亚铁与氯酸盐的物质的量的比值为7.1-8.7∶1加入氯酸盐固体混合搅拌后，在0-30℃室温条件下放置20-50小时，采用氯酸盐定量氧化硫酸亚铁至系统内Fe(III)∶Fe(II)＝1.7-2.0∶1。再加入十二烷基苯磺酸钠并使浓度为0.3---3％，保持搅拌中加入20％NaOH水溶液至系统pH＝9.5-10.5，将所制得的黑色稀糊状物过滤，收集第一次滤液用于冷却后回收硫酸钠，滤料加水洗涤直到系统pH＝7.0-7.5为止，滤料干燥后得到四氧化三铁纳米粉体产品。
该制备方法所需原料全部取用硫酸亚铁，用氯酸盐为氧化剂将其中63---66％硫酸亚铁定量氧化成Fe(III)物类，以满足制备四氧化三铁产品中Fe(III)与Fe(II)的配比所需。具体操作为原料中硫酸亚铁与氯酸盐的物质的量的比值为7.1-8.7，在室温条件下(0---30℃)放置20---50小时，氯酸盐定量氧化硫酸亚铁至系统内Fe(III)∶Fe(II)＝1.7-2.0∶1。
该制备方法中，氯酸盐定量氧化硫酸亚铁所生成的Fe(III)类黄色沉淀物不经加酸溶解直接用于随后的合成步骤中。
本发明具有以下优点
1、利用钛白工业副产品硫酸亚铁为全部原料，铁可以全部转化为四氧化三铁产品，原料中70％的硫酸根以硫酸钠产品回收，充分合理地利用资源，变废为宝，保护环境。
2、钛白工业副产品硫酸亚铁中含有较多偏钛酸杂质，本发明可以将原料不经过纯化处理而直接使用，存在的偏钛酸类杂质利用碱性介质中的溶解而随滤液除去。
3、原料硫酸亚铁的定量氧化所生成的Fe(III)类黄色沉淀物(主要是Fe(OH)SO4和Fe2O(SO4)2类)不经加酸溶解直接用于随后的合成步骤中，减少了碱的用量。
4、整个制备过程不需要加热处理，节省能源。本发明方法简便，所需设备简单，条件宽松，操作方便，生产投资较少。
5、整个生产过程中无有毒有害气体生成，无工业废渣，洗涤滤液中残余的NaOH可用于中和钛白工业的酸性废水。
具体实施例方式实施例1称取FeSO4·7H2O 7.2kg，放入20升塑料桶中，加水10升搅拌，再加入NaClO30.34kg搅拌，室温18-22℃放置24h后，加入5％十二烷基苯磺酸钠水溶液3升，搅拌中加入20％NaOH水溶液11.5升，系统pH为10.0。过滤并收集第一次滤液冷却后有大量Na2SO4·10H2O析出，回收Na2SO4·10H2O在120℃干燥为无水硫酸钠产品。滤料加水搅拌后继续过滤，约需要加水4次，每次都需要搅拌，以提高清洗效率。至系统pH为7.0-7.5时，将黑色滤料取出，干燥，得到四氧化三铁纳米粉体产品，粒径20纳米，球形，粒度均匀。
实施例2称取FeSO4·7H2O 3.0kg，放入10升塑料桶中，加水3.3升搅拌，再加入NaClO30.16kg搅拌，室温7-12℃放置45h后，加入5％十二烷基苯磺酸钠水溶液4.5升，搅拌中加入20％NaOH水溶液5.0升，系统pH为10.3。过滤并收集第一次滤液冷却后有大量Na2SO4·10H2O析出，回收Na2SO4·10H2O在120℃干燥为无水硫酸钠产品。滤料加水搅拌后继续过滤，约需要加水4次，每次都需要搅拌，以提高清洗效率。至系统pH为7.0-7.5时，将黑色滤料取出，干燥，得到四氧化三铁纳米粉体产品，粒径20纳米，球形，粒度均匀。
实施例3称取FeSO4·7H2O 10.0kg，放入30升塑料桶中，加水18升搅拌，再加入NaClO30.45kg搅拌，室温10-16℃放置35h后，加入5％十二烷基苯磺酸钠水溶液2升，搅拌中加入20％NaOH水溶液15.8升，系统pH为9.7。过滤并收集第一次滤液冷却后有大量Na2SO4·10H2O析出，回收Na2SO4·10H2O在120℃干燥为无水硫酸钠产品。滤料加水搅拌后继续过滤，约需要加水4次，每次都需要搅拌，以提高清洗效率。至系统pH为7.0-7.5时，将黑色滤料取出，干燥，得到四氧化三铁纳米粉体产品，粒径20纳米，球形，粒度均匀。
权利要求
1.以硫酸亚铁为原料制备四氧化三铁纳米粉体材料的方法，其特征在于该方法按如下步骤进行按照1kg FeSO4·7H2O固体加水1-1.5升的比例，将水加入到硫酸亚铁中，再按硫酸亚铁与氯酸盐的物质的量的比值为7.1-8.7∶1加入氯酸盐固体混合搅拌后，在0-30℃室温条件下放置20-50小时，采用氯酸盐定量氧化硫酸亚铁至系统内Fe(III)∶Fe(II)＝1.7-2.0∶1，再加入十二烷基苯磺酸钠并使浓度为0.3---3％，保持搅拌中加入20％NaOH水溶液至系统pH＝9.5-10.5，将所制得的黑色稀糊状物过滤，收集第一次滤液用于冷却后回收硫酸钠，滤料加水洗涤直到系统pH＝7.0-7.5为止，滤料干燥后得到四氧化三铁纳米粉体产品。
全文摘要
本发明提供一种以硫酸亚铁为原料制备四氧化三铁纳米粉体材料的方法。该方法是以硫酸亚铁为原料，用氯酸盐定量氧化部分硫酸亚铁为Fe(III)物类，在碱性条件下合成四氧化三铁纳米粉体材料，所制备的四氧化三铁纳米粒子为球形，粒径约20纳米，粒度均匀。本发明是利用硫酸法生产钛白粉所产生的大量硫酸亚铁为原料，实现资源合理充分利用和环境保护，社会效益和经济效益均较显著。本发明具有制备工艺先进，所需生产设备简单，原料成本低廉，产品应用广泛，是一种方便实用的四氧化三铁纳米粉体材料工业化生产技术。
文档编号B82B3/00GK101049974SQ20071002116
公开日2007年10月10日 申请日期2007年4月2日 优先权日2007年4月2日
发明者朱伟长 申请人:安徽工业大学