以工业炼铜炉渣为原料制备高纯度三氧化二铁铁红的方法技术

本发明专利技术涉及以工业炼铜炉渣为原料制备高纯度三氧化二铁铁红的方法，包括以下步骤：(1)取炼铜炉渣粉碎、研磨后，加入稀盐酸混合，加热处理，过滤，再往滤液中添加氧化剂，搅拌静置，过滤后，再加入还原铁粉，继续搅拌，得到红色澄清溶液；(2)往红色澄清溶液中依次加入分散剂和沉淀剂，得到沉淀物，即铁红前驱体；(3)最后，将铁红前驱体进行水热处理，再经过滤、洗涤、干燥，即得到目的产物Fe2O3铁红产品。与现有技术相比，本发明专利技术基于化学、化工和纳米技术的结合交叉，对冶金企业固体废弃物中的铁元素进行资源化综合利用，制备高纯度、高附加值的Fe2O3铁红产品，与绿色环保及可持续发展战略相吻合，对促进资源高效清洁利用具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
以工业炼铜炉渣为原料制备高纯度三氧化二铁铁红的方法
本专利技术属于工业炼铜炉渣资源化利用
，涉及一种以工业炼铜炉渣为原料制备高纯度三氧化二铁铁红的方法。
技术介绍
铜粉及铜合金是冶金制品工业的重要原料，广泛地应用在机械、冶金、化工、航空航天材料领域。1958年我国在上海冶炼厂建立了有色粉末生产线，1960年建成我国第一个电解铜及一些用电解法生产有色金属的生产车间，现为上海九凌冶炼公司，1964年在重庆冶炼厂建立了电解铜、铜合金及有色金属等生产基地，2001年有色金属产量达1320吨，其中电解金属为1030吨，2005年有研粉末新材料(北京)有限公司经过技术改进，电解铜生产能力达4000吨，并自主研发了“水雾化-氧化-还原技术生产低松比铜”中试生产线的建设成功。但我国我国铜资源贫乏，超过70％的铜资源需要依赖进口，据美国地址调查局统计，我国铜资源储量约3000万吨，占全球的4.35％，且我国铜矿资源具有矿床规模小、品位低、富矿少和贫困多的特点。目前我国铜冶炼技术主要以火法为主，通常每生产1吨铜，要产生2-3吨炉渣。近年来，我国铜消费量急剧增加，铜消费增长速度远高于生产速度，使得生产过程中产生的炼铜炉渣逐年增加，产量巨大，且含铁量较高，庞大的炼铜炉渣不仅造成环境污染，也浪费了大量资源。炉渣中主要矿物为铁矿物，铁的品位一般超过40％，主要以铁橄榄石、磁性氧化铁及微量磁黄铁矿形式存在，炉渣中硅元素除了与氧化铁形成铁橄榄石外，大部分呈硅灰石及无定型、不透明的玻璃体形式存在，炉渣中还主要含3-5％的氧化锰和其他一些少量杂质元素。炉渣作为铜冶炼过程中的主要副产品，炉渣中的铁元素可以大量回收利用。三氧化二铁，又称铁红，化学式Fe2O3，易溶于强酸和中强酸，外观为红棕色粉末，是一种用量较大的颜料，广泛用于油漆、油墨和橡胶等工业中。由于炼铜炉渣中含有Si、Pb、Mn、Zn、Al、Co、Ti和Cu等多种组成，一方面在除杂工艺上需要较大的成本，另一方面由于Mn元素的存在，使得制备的铁红颜色发暗，品质较低。如何利用化学、化工和纳米技术，以工业炼铜炉渣制备高纯度、高附加值的Fe2O3铁红产品，对我国固废高效清洁利用以及满足人们对新材料的需求具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种以工业炼铜炉渣为原料制备高纯度三氧化二铁铁红的方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：本专利技术提出了一种以工业炼铜炉渣为原料制备高纯度三氧化二铁铁红的方法，包括以下步骤：(1)取炼铜炉渣粉碎、研磨后，加入稀盐酸混合，加热处理，过滤，再往滤液中添加氧化剂，搅拌静置，过滤后，再加入还原铁粉，继续搅拌，得到红色澄清溶液；(2)往步骤(1)得到的红色澄清溶液中依次加入分散剂和沉淀剂，得到沉淀物，即铁红前驱体；(3)最后，将步骤(2)得到的铁红前驱体进行水热处理，再经过滤、洗涤、干燥，即得到目的产物Fe2O3铁红产品。进一步的，步骤(1)中，稀盐酸的浓度为20-25％，炼铜炉渣与稀盐酸的质量比为1:5。进一步的，步骤(1)中，炼铜炉渣与稀盐酸混合后，加热处理的条件具体为：在98℃温度条件下处理10-24h；加入氧化剂后，搅拌静置过程具体为：在800-1000rpm转速下搅拌6h，再静置24h；加入还原铁粉后，搅拌过程具体为：在800-1000rpm转速下搅拌6h。进一步的，步骤(1)中，氧化剂与炼铜炉渣的质量比为5:100；还原铁粉与炼铜炉渣的质量比为1:15。进一步的，步骤(1)中，所述的氧化剂为过硫酸钠、过氧化钠和高氯酸钠中的一种或几种。进一步的，步骤(2)中，沉淀剂浓度为1.0-10.0M，红色澄清溶液与沉淀剂体积比为1:3-8，分散剂浓度为0.01-0.1M，红色澄清溶液与分散剂体积比为100:1。进一步的，步骤(2)中，溶液pH值控制在3.0-8.5之间。进一步的，步骤(2)中，所述的分散剂为十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、三嵌段共聚物F127和聚乙二醇中的一种或几种；沉淀剂为氨水、碳酸钠、碳酸氢钠和氢氧化钠中的一种或几种。进一步的，水热处理过程具体为：在150-220℃水热处理1-3h。进一步的，本专利技术所使用的炼铜炉渣的铁元素含量较高，铁含量一般在40％左右，甚至更高，炉渣中含有3-5％的氧化锰和其他一些杂质元素。还原铁粉优选采用纯度99.9％的还原铁粉。本专利技术中，炼铜炉渣经盐酸浸渍处理后，炉渣中Fe、Si、Pb、Mn、Zn、Al、Co、Ti和Cu等组成会以金属盐形式进入溶液，当添加氧化剂后，杂质元素譬如Mn、Ti和Al等会被氧化，形成Mn2O3、TiO2和Al2O3等沉淀，充分机械搅拌6h，能够使浸出液中大部分杂质元素被氧化而形成沉淀，然后溶液静置24h后，杂质元素形成的沉淀物得以有效沉降，所得溶液再适当添加还原铁粉，使溶液中被氧化的三价铁离子还原为二价铁离子，添加表面活性剂(即分散剂)后，表面活性剂分子中孤对电子能够与铁离子空轨道键合，从而实现从原子、分子级别对铁离子进行分散，添加沉淀剂后，能够形成分散的铁红前驱体，经水热处理(150-220℃，1-3h)，铁红前驱体分解为Fe2O3，经过滤、洗涤和干燥，得到高纯度、高附加值的Fe2O3铁红产品(纯度≥98.8％)。本专利技术综合考虑炼铜炉渣组成特点、除杂工艺和铁红的水热生长习性，考虑水热反应中复杂的固液、固气和液气三相复杂系统，通过表面活性剂分子原位分散铁离子，实现对铁红前驱体逐级自组装，达到对铁红Fe2O3组成和形貌结构的调控，从而制备的铁红颜色非常鲜艳，纯度也很高，并且与拜耳4130铁红产品具有可比性。因此，本专利技术具有特色，制备的高纯度、高附加值铁红产品也具有很大市场空间，对我国炼铜企业的技术创新以及炼铜炉渣的高效清洁利用具有重要意义。与现有技术相比，本专利技术具有以下特点：(1)以工业炼铜矿渣为原料，利用化学、化工和纳米技术制备高纯度、高附加值的Fe2O3铁红产品，对我国工业废固中铁元素的综合利用具有重要意义；(2)制备的Fe2O3铁红纯度在98.8％以上，Fe2O3铁红形貌规整，粒径分布均匀，合成的Fe2O3铁红产品颜色鲜艳，且水溶液分散性和稳定性优于拜耳4130铁红产品；(3)本专利技术方法适用于工业炼铜矿渣为原料制备高纯度、高附加值的Fe2O3铁红，能够使炼铜矿渣中大部分铁元素有效利用，本专利技术技术路线简单有效，工艺稳定，反应设备要求不高，易于企业大规模生产等特色。附图说明图1为本专利技术的工艺流程图；图2为炼铜矿渣光学照片；图3为本专利技术制备的Fe2O3铁红产品与拜耳4130铁红粉末样品比较照片；图4为本专利技术制备的Fe2O3铁红系列产品与拜耳4130铁红粉末样品分散在水溶液中后的光学照片；图5为本专利技术制备的纳米Fe2O3铁红系列产品与拜耳4130铁红粉末样品分散在水溶液中5h后的光学照片；图6为本专利技术制备的Fe2O3铁红产品的低倍扫描电子显微镜(SEM)照片；图7为本专利技术制备的Fe2O3铁红产品的高倍SEM照片；图8为拜耳4130铁红产品的SEM照片；图9为添加低浓度表面活性剂制备Fe2O3铁红产品的SEM照片；图10为添加高浓度沉淀剂制备的Fe2O3铁红产品的SEM照片。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.以工业炼铜炉渣为原料制备高纯度三氧化二铁铁红的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)取炼铜炉渣粉碎、研磨后，加入稀盐酸混合，加热处理，过滤，再往滤液中添加氧化剂，搅拌静置，过滤后，再加入还原铁粉，继续搅拌，得到红色澄清溶液；(2)往步骤(1)得到的红色澄清溶液中依次加入分散剂和沉淀剂，得到沉淀物，即铁红前驱体；(3)最后，将步骤(2)得到的铁红前驱体进行水热处理，再经过滤、洗涤、干燥，即得到目的产物Fe2O3铁红产品。

【技术特征摘要】
1.以工业炼铜炉渣为原料制备高纯度三氧化二铁铁红的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)取炼铜炉渣粉碎、研磨后，加入稀盐酸混合，加热处理，过滤，再往滤液中添加氧化剂，搅拌静置，过滤后，再加入还原铁粉，继续搅拌，得到红色澄清溶液；(2)往步骤(1)得到的红色澄清溶液中依次加入分散剂和沉淀剂，得到沉淀物，即铁红前驱体；(3)最后，将步骤(2)得到的铁红前驱体进行水热处理，再经过滤、洗涤、干燥，即得到目的产物Fe2O3铁红产品。2.根据权利要求1所述的以工业炼铜炉渣为原料制备高纯度三氧化二铁铁红的方法，其特征在于，步骤(1)中，稀盐酸的浓度为20-25％，炼铜炉渣与稀盐酸的质量比为1:5。3.根据权利要求1所述的以工业炼铜炉渣为原料制备高纯度三氧化二铁铁红的方法，其特征在于，步骤(1)中，炼铜炉渣与稀盐酸混合后，加热处理的条件具体为：在98℃温度条件下处理10-24h；加入氧化剂后，搅拌静置过程具体为：在800-1000rpm转速下搅拌6h，再静置24h；加入还原铁粉后，搅拌过程具体为：在800-1000rpm转速下搅拌6h。4.根据权利要求1所述的以工业炼铜炉渣为原料制备高纯度三氧化二铁铁红的方法，其特征在于，步骤(...

【专利技术属性】
技术研发人员：高国，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31