一种利用钛白副产硫酸亚铁制备氧化铁红的方法及产品与应用技术

本发明专利技术公开了一种利用钛白副产硫酸亚铁制备氧化铁红的方法及产品与应用，属于磁性材料技术领域。该方法包括以下步骤：步骤S101、净化除杂；步骤S102、氧化合成；步骤S103、焙烧，粉碎、筛分，其中所述净化除杂采用的除硅剂为聚合硫酸铁、阳离子瓜尔胶、海藻酸钠的复配物。本发明专利技术通过多种无机、有机高分子聚合物的合理配伍，充分发挥除硅剂的混凝沉淀效果、电中和能力和吸附桥架作用，有效地去除了硫酸亚铁中的杂质硅，并在氧化合成过程中精确控制硫酸亚铁溶液和碱溶液的加料速度，得到了一致性好、易过滤洗涤、活性高的水合氧化铁沉淀，进一步通过设置合理的焙烧制度，成功的制备出纯度高、性能好的氧化铁红产品。

【技术实现步骤摘要】
一种利用钛白副产硫酸亚铁制备氧化铁红的方法及产品与应用
本专利技术属于磁性材料
，更具体地说，涉及一种利用钛白副产硫酸亚铁制备氧化铁红的方法及产品，该氧化铁红适用于高性能软磁铁氧体。
技术介绍
软磁铁氧体磁性材料具有功率转换、信号处理、抗电磁干扰、新能源逆变器等功能，已经广泛应用于无线通讯、自动控制、3C电子、无线充电、新能源汽车、储能、医疗等领域，而生产软磁铁氧体磁性材料的主要原材料是Fe2O3(约占70％)，即氧化铁红，因此氧化铁红的质量直接影响软磁铁氧体磁性材料的性能。目前，软磁铁氧体磁性材料用氧化铁红主要来源是由钢厂酸洗废液喷雾焙烧制得。随着国家在环保方面的重视，钢厂酸洗工艺由于严重污染生态环境已经逐步进行工艺改造升级，产出氧化铁红的量逐渐减少，而且此工艺制得的氧化铁红产品中氯离子、二氧化硅、重金属离子(如铬离子、镍离子)等含量较高，尤其是二氧化硅(SiO2)含量偏高，一般在0.03％左右，造成产品档次较低，只适合作为中、低档软磁铁氧体的原材料。硫酸法生产钛白粉工艺，每生产1吨钛白粉得到副产约4吨的硫酸亚铁。目前，该副产的硫酸亚铁只是少量用做聚合硫酸铁净水剂、饲料添加剂、土壤改良剂等，但是，这些用途消耗硫酸亚铁的量较少，远不能解决硫酸法生产钛白粉工艺副产大量硫酸亚铁的综合利用问题。而用钛白副产硫酸亚铁制备氧化铁红的报道不少，是生产氧化铁红的一条有效的途径，主要的方法包括直接煅烧法、沉淀法等等。直接煅烧法由于生产成本高，产品质量差，氧化铁纯度低(Fe2O3＜98.5％)，二氧化硅含量高，已经基本被淘汰。硫酸亚铁采用碳铵沉淀法可以生产出质量较好，应用于中、高档软磁铁氧体的氧化铁红，例如公开号CN104045115A公开了一种用于高档软磁材料的氧化铁的制备方法，公开号CN1297006A公开了软磁铁氧体用氧化铁红的制备方法，公开号CN1374254A公开了铁氧体用高纯氧化铁的制造方法，上述方法都是采用硫酸亚铁净化提纯，提纯后的硫酸亚铁和碳酸铵或碳酸氢铵反应生成碳酸亚铁，经洗涤、干燥、焙烧而制得氧化铁，上述碳铵沉淀法制备的碳酸亚铁前驱体中往往会有胶状的Fe(OH)2沉淀，存在过滤洗涤困难，焙烧温度高，产品活性差的缺点，即使焙烧温度高达850～900℃也很难除尽结晶水，而氧化铁红的最适宜的焙烧温度是500～650℃，当温度高于650℃时，会使氧化铁红产品失去活性。此外，由于钛白粉副产物硫酸亚铁原料成分复杂，杂质含量高，所以，要制备出高性能软磁铁氧体用氧化铁红产品关键之一是硫酸亚铁的净化除杂，而二氧化硅含量是氧化铁红产品品质优劣的关键指标。目前，硫酸亚铁的净化除杂的报道重点研究的是如何有效去除重金属，公开号CN101973587A一种钛白粉副产物七水硫酸亚铁的提纯方法，将七水硫酸亚铁溶解配成饱和溶液，分阶段加入铁粉、磷酸、硫化物、硫酸、聚丙烯酰胺等步骤后，进行沉降、过滤、结晶，制得精制后的硫酸亚铁，其重点研究的是钛、铅、镉、铬、锰等重金属的除杂效果。公开号CN1491997A公开了一种氧化铁红粉的制备方法，解决的是锰含量超标的问题。公开号CN1208019A公开了一个液相法工艺流程生产氧化铁及硫酸钾、氯化铵，公开号CN1336327A公开了用钛白副产硫酸亚铁生产高纯磁性氧化铁的方法，都是用重结晶的方法净化硫酸亚铁，这种净化工艺生产成本高，流程长，不适合大规模生产。而硫酸亚铁溶液中如何有效去除硅的报道较少，基本都是混凝脱硅，例如公开号CN110304661A公开了一种软磁铁氧体用高性能氧化铁制备新工艺，将含主要成份三氧化二铁的铁矿石粉碎，磨成粉体，经过磁选、浮选除掉绝大部分二氧化硅及杂质。公开号CN1297006A公开了软磁铁氧体用氧化铁红的制备方法，加入有机高分子絮凝剂丙烯酸盐聚合物，过滤除去铝、二氧化硅。上述均为非深度脱硅方法，只能去除60％左右的杂质硅。但是氧化铁红中的SiO2易于与Fe2O3生成硅酸铁，硅酸铁的熔点为1150℃，低于软磁铁氧体的烧结温度，因此在铁氧体高温区会出现液相，这种液相会在反应物之间流动，当SiO2含量超过一定范围后，生成的硅酸铁会降低锰锌铁氧体的磁导率，增大磁性损耗，同时过多的SiO2也会引发晶粒的非连续增长，因此，高性能软磁铁氧体用氧化铁红产品要求SiO2的含量应低于0.008％。因此，在充分利用钛白副产硫酸亚铁制备氧化铁红的过程中，如何实现深度除硅，是亟待解决的难题。
技术实现思路
1.要解决的问题针对现有利用钛白副产硫酸亚铁制备氧化铁红的过程不能深度除硅导致氧化铁红的使用范围受限的问题，本专利技术提供一种利用钛白副产硫酸亚铁制备氧化铁红的方法，可以实现氧化铁红中的二氧化硅含量≤0.008％。本专利技术还提供一种上述方法得到的氧化铁红。本专利技术还提供一种上述氧化铁红在高性能软磁铁氧体中的应用。2.技术方案为了解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：本专利技术的一种利用钛白副产硫酸亚铁制备氧化铁红的方法，包括以下具体步骤：步骤S101、净化除杂(1)将钛白副产物硫酸亚铁在搅拌作用下溶解于水中，控制温度在30～60℃范围内，加入碱溶液使体系pH值保持在4.0～5.0之间；(2)然后加入硫化物，搅拌10～20分钟；过滤、洗涤得到初步净化的硫酸亚铁溶液；(3)向初步净化的硫酸亚铁溶液中加入除硅剂，控制体系的温度在30～60℃范围内，加入碱溶液并使体系pH值保持在5.0～5.5之间，搅拌15～30分钟，静置6～12小时，过滤得到深度除硅后的Fe2+浓度为50～100g/L净化后的硫酸亚铁溶液。优选的，步骤(1)所用的碱溶液为摩尔浓度为2～10mol/L氢氧化钠溶液或摩尔浓度为2～10mol/L氨水溶液。此步骤中，加入碱溶液的主要的目的是利用水解法除去硫酸亚铁溶液中的钛、铝杂质，其反应方程式是：Ti3++3H2O＝Ti(OH)3↓+3H+Al3++3H2O＝Al(OH)3↓+3H+H++OH—＝H2O。优选的，步骤(2)所用的硫化物为摩尔浓度为0.1～0.5mol/L硫化钠溶液或摩尔浓度为0.1～0.5mol/L硫化铵溶液。此步骤中，加入硫化物的主要的目的是除去硫酸亚铁溶液中的铅、锌、铬、镉等重金属杂质，其反应方程式是：2Men++nS2—＝Me2Sn↓(Men+代表铅、锌、铬、镉等重金属离子)。优选的，步骤(3)所用的除硅剂为聚合硫酸铁、阳离子瓜尔胶、海藻酸钠的复配物，除硅剂中聚合硫酸铁、阳离子瓜尔胶、海藻酸钠在水中的质量百分比含量分别为500ppm～10000ppm、100ppm～5000ppm和100ppm～1000ppm。硫酸亚铁溶液中的硅通常以三种形式存在：活性硅(亦称溶解的SiO2)、非活性硅(亦称胶体SiO2)、以及微粒硅。众所周知，在酸性环境下，聚合硫酸铁易于与水反应生成氢氧化铁，并进一步溶解后以铁离子的形态存在，从而大幅降低聚合硫酸铁的絮凝能力；并且瓜尔胶则在酸性环境下几乎没有絮凝作本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用钛白副产硫酸亚铁制备氧化铁红的方法，该方法包括步骤：净化除杂，其特征在于，在pH值为5.0～5.5条件下，所述净化除杂采用的除硅剂为聚合硫酸铁、阳离子瓜尔胶、海藻酸钠的复配物。/n

【技术特征摘要】
1.一种利用钛白副产硫酸亚铁制备氧化铁红的方法，该方法包括步骤：净化除杂，其特征在于，在pH值为5.0～5.5条件下，所述净化除杂采用的除硅剂为聚合硫酸铁、阳离子瓜尔胶、海藻酸钠的复配物。


2.根据权利要求1所述的利用钛白副产硫酸亚铁制备氧化铁红的方法，其特征在于，所述聚合硫酸铁、阳离子瓜尔胶、海藻酸钠在水中的质量百分比含量分别为500ppm～10000ppm、100ppm～5000ppm和100ppm～1000ppm。


3.根据权利要求2所述的利用钛白副产硫酸亚铁制备氧化铁红的方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
步骤S101、净化除杂
(1)将钛白副产硫酸亚铁在搅拌作用下溶解于水中，控制温度在30～60℃范围内，加入碱溶液使体系pH值保持在4.0～5.0之间；
(2)然后加入硫化物，搅拌10～20分钟；过滤、洗涤得到初步净化的硫酸亚铁溶液；
(3)向初步净化的硫酸亚铁溶液中加入除硅剂，控制体系的温度在30～60℃范围内，加入碱溶液并使体系pH值保持在5.0～5.5之间，搅拌15～30分钟，静置6～12小时，过滤得到深度除硅后的Fe2+浓度为50～100g/L净化后的硫酸亚铁溶液；
步骤S102、氧化合成
(4)取体积百分比含量为10～30％的步骤(3)得到的净化后的硫酸亚铁溶液加水稀释至Fe2+浓度为20～40g/L；然后在搅拌作用下，通过蠕动泵滴加方式将步骤(3)剩余体积百分比含量为70～90％的净化后的硫酸亚铁溶液和碱溶液分别以0.5～2L/h和0.1～1L/h的进料速度连续加入，使反应体系中Fe2+浓度维持在3～5g/L，pH值维持在2.5～4.0范围内，控制体系温度在50～90℃之间，并持续向体系通入一定流量的空气，充分反应后制得水合氧化铁沉淀；
步骤S103、焙烧、粉碎和筛分
(5)将步骤(4)...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱有军，裴晓东，骆艳华，李晓祥，李涛，刘晨，李昕，徐春宇，
申请(专利权)人：中钢集团南京新材料研究院有限公司，中钢天源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32