一種由含鋅鋼鐵酸洗廢液制備納米鐵酸鋅的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及無機納米功能材料制備領域，特別是涉及一種由含鋅鋼鐵酸洗廢液制備納米鐵酸鋅的方法。
【背景技術】
[0002]在鋼鐵行業，由于酸洗是不可避免的步驟，所以每日都會產生大量的鋼鐵酸洗廢液。鋼鐵酸洗廢液中的主要指的是鹽酸，鋼鐵鹽酸酸洗的廢液中含有高濃度的鹽酸和亞鐵離子，酸洗廢液PH在0.2-3.0左右，主要成分為Fe2+，含有少量的Fe3+和其他一些雜質，有的還含有微量的Ρ043_、Ζη2+，俗稱“酸洗液”。因此，如果廢液不經過處理直接排放，將造成嚴重的環境污染，導致一系列的環保問題出現。而對于含鋅鋼鐵酸洗廢液來說，由于其含有較多的Zn2+，其含量已經遠遠超過了國家規定的排放標準，因此這類型酸洗液并不能按照一般的酸洗液的處理方式來解決。由于Zn2+在含量及化學性質方面的特殊性，所以在處理含鋅鋼鐵酸洗廢液有很大的困難，至今也鮮有有效可行的方法來解決這個問題。因此，如何有效的處理含鋅鋼鐵酸洗廢液也是鋼鐵行業面臨的一個重大難題，這個問題不僅涉及到行業自身的發展，也密切影響著周圍的環境。
[0003]鐵酸鋅(ZnFe2O4)由于其結構特點及優良的耐熱、耐光、防銹、無毒等特性，在磁性材料、脫氫催化、煙氣脫硫及防腐顏料等領域有著廣泛的用途和應用前景。鐵酸鋅是一種性能優良的軟磁材料，又是非常有代表性的烯類有機化合物氧化脫氫的催化劑，同時具有很高光催化活性及對可見光敏感的半導體催化劑，鐵酸鋅納米粒子還是個性能優良的透明無機顏料。主要用于需要高耐熱性、無毒、惰性的場合，例如塑料、搪瓷、玩具等。涂料級鐵酸鋅防銹顏料適用于各類溶劑型防銹漆、防腐漆、底面合一漆。由于具有這些特殊的性能，人們越來越重視鐵酸鋅粉體的應用。因此，開發具有優良特性的納米ZnFe2O4粉體有著廣泛的應用前景，市場需求近幾年來越來越大。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是解決目前國內鋼鐵行業處理含鋅鋼鐵酸洗廢液所面臨的較大的難題，提供一種由含鋅鋼鐵酸洗廢液制備納米鐵酸鋅的方法。
[0005]本發明的技術方案概述如下:
[0006]一種由含鋅鋼鐵酸洗廢液制備納米鐵酸鋅的方法，包括如下步驟:
[0007](I)測含鋅鋼鐵酸洗廢液中Zn2+和Fe總的物質的量濃度；
[0008](2)在溫度為25_80°C、攪拌下，向含鋅鋼鐵酸洗廢液中加入氯化鋅水溶液和水得混合液，使混合液中η (Fe總)/n (Zn2+) = 1.8-2.2，同時使Fe總濃度為0.5mol/L-3mol/L
[0009](3)在攪拌下，加入草酸或草酸鹽，使n(C2O42O/n(Zn2+) = 0.8-1.2，有黃色沉淀生成，繼續攪拌10-60min ；
[0010](4)過濾，得到的濾液為無色澄清透明的液體，用于循環或排放；濾餅為黃色固體，洗滌，烘干，研磨，煅燒，得到納米鐵酸鋅。
[0011]步驟(2)所述溫度優選為:75-80 °C。
[0012]優選地:所述η (Fe總)/n (Zn2+) = 2.0，同時使Fe總濃度為3.0moI/Lo
[0013]所述草酸鹽為草酸鈉或草酸鉀。
[0014]所述n (C2O42O/n (Zn2+) = 1.0。
[0015]所述煅燒溫度為400-800°C，灼燒l_3h。
[0016]本發明的優點:本發明針對含鋅和鐵的黃綠色含鋅鋼鐵酸洗廢液為原料制備有多種用途的納米鐵酸鋅，同時分離得到無色澄清透明的液體，解決了含鋅鋼鐵酸洗廢液的資源化處理難題，同時得到有經濟效益的納米鐵酸鋅，達到了變廢為寶的資源化處理，并使處理后的水綠色環保。本方法處理時間短，操作簡單，能耗低，操作性強，條件控制相對簡單，適用于工業條件的處理及生產方式。
【附圖說明】
[0017]圖1是實施例1獲得的鐵酸鋅的XRD圖譜。
[0018]圖2是實施例2獲得的鐵酸鋅的XRD圖譜。
[0019]圖3是實施例1獲得的鐵酸鋅的SEM圖片。
[0020]圖4是實施例2獲得的鐵酸鋅的SEM圖片。
【具體實施方式】
[0021]下面結合具體實施例對本發明作進一步的說明，下面的實施例是為了使本領域的技術人員能夠更好地理解本發明，但并不對本發明作任何限制。
[0022]實施例1
[0023]一種由含鋅鋼鐵酸洗廢液制備納米鐵酸鋅的方法，包括如下步驟:
[0024](I)測含鋅鋼鐵酸洗廢液中Zn2+和Fe總的物質的量濃度；
[0025]n (Zn2+) = 0.43mol/L ;n(Fe總)=3.324mol/L
[0026](其中 n(Fe2+) = 3.198mol/L，η(Fe3+) = 0.126mol/L)
[0027](2)在溫度為25_30°C、攪拌下，向45.13ml黃綠色的含鋅鋼鐵酸洗廢液中加入氯化鋅水溶液(6.68g固體ZnCl2溶于10ml水中，充分攪拌)和154.87ml水得混合液，使混合液中η (Fe總)/n (Zn2+) = 2.2，同時使Fe總濃度為0.5mol/L ；
[0028](3)在攪拌下，加入 10.96g Na2C2O4,使 n (Na2C2O4)/n (Zn2+) = 1.2，有黃色沉淀生成，繼續攪拌60min ；
[0029](4)過濾，得到的濾液為無色澄清透明的液體，用于循環(可替代步驟⑵的水，也可以用于排放)；濾餅為黃色固體，用水洗滌3次，60°C烘干，研磨，400°C煅燒3h，得到棕黃色納米鐵酸鋅12.67go
[0030]實施例2
[0031 ] 一種由含鋅鋼鐵酸洗廢液制備納米鐵酸鋅的方法，包括如下步驟:
[0032](I)測含鋅鋼鐵酸洗廢液中Zn2+和Fe總的物質的量濃度；
[0033]n (Zn2+) = 0.43mol/L ;n(Fe總)=3.324mol/L
[0034](其中 n(Fe2+) = 3.198mol/L，η(Fe3+) = 0.126mol/L)
[0035](2)在溫度為75-80°C、攪拌下，向270ml黃綠色的含鋅鋼鐵酸洗廢液中加入氯化鋅水溶液(45.52g固體ZnCl2溶于20ml水中，充分攪拌)和1ml水得混合液，使混合液中η (Fe總)/n (Zn2+) = 2.0,同時使 Fe總濃度為 3mol/L ；
[0036](3)在攪拌下，加入 60.3g Na2C2O4,使 n (Na2C2O4) /n (Zn2+) = 1.0，有黃色沉淀生成，繼續攪拌30min ；
[0037](4)過濾，得到的濾液為無色澄清透明的液體，用于循環(可替代步驟⑵的水，也可以用于排放)；濾餅為黃色固體，用水洗滌3次，80°C烘干，研磨，800°C煅燒lh，得到深紅色色納米鐵酸鋅86.60go
[0038]實施例3
[0039]一種由含鋅鋼鐵酸洗廢液制備納米鐵酸鋅的方法，包括如下步驟:
[0040](I)測含鋅鋼鐵酸洗廢液中Zn2+和Fe總的物質的量濃度；
[0041]n (Zn2+) = 0.43mol/L ;n(Fe總)=3.324mol/L
[0042](其中 n(Fe2+) = 3.198mol/L，η(Fe3+) = 0.126mol/L)
[0043](2)在溫度為45-50°C、攪拌下，向180.5ml黃綠色的含鋅鋼鐵酸洗廢液中加入氯化鋅水溶液(34.8g固體ZnCl2溶于10ml水中，充分攪拌)和19.5ml水得混合液，使混合液中η (Fe總)/n (Zn2+) = 1.8，同時使Fe總濃度為2mol/L ；
[0044]將通過計算得到反應所需的酸洗液180.5ml及水19.5ml放入容器中，攪拌均勻；
[0045](3)在攪拌下，加入 35.73g Na2C2O4,使 n (Na2C2O4) /n (Zn2+) = 0.8,有黃色沉淀生成，繼續攪拌1min ；
[0046](4)過濾，得到的濾液為無色澄清透明的液體，用于循環(可替代步驟(2)的水，也可以用于排放)；濾餅為黃色固體，用水洗滌3次，70°C烘干，研磨，600°C煅燒2h，得到棕紅色納米鐵酸鋅49.97go
[0047]用草酸或草酸鉀替代本實施例的草酸鈉，其它同本實施例，也可以制備出相應的納米鐵酸鋅。
[0048]各實施例所采用的含鋅鋼鐵酸洗廢液僅是舉例，為了使本領域的技術人員能夠更好地理解本發明，但并不對本發明作任何限制。
【主權項】
1.一種由含鋅鋼鐵酸洗廢液制備納米鐵酸鋅的方法，其特征是包括如下步驟: (1)測含鋅鋼鐵酸洗廢液中Zn2+和Fe&的物質的量濃度； (2)在溫度為25-80°C、攪拌下，向含鋅鋼鐵酸洗廢液中加入氯化鋅水溶液和水得混合液，使混合液中η (Fe總)/n (Zn2+) = 1.8-2.2，同時使Fe總濃度為0.5mol/L-3mol/L ； (3)在攪拌下，加入草酸或草酸鹽，使n(C2042_)/n(Zn2+) = 0.8-1.2，有黃色沉淀生成，繼續攪拌10_60min ； (4)過濾，得到的濾液為無色澄清透明的液體，用于循環或排放；濾餅為黃色固體，洗滌，烘干，研磨，煅燒，得到納米鐵酸鋅。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征是所述步驟(2)所述溫度為:75-80°C。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征是η(Fe ,&)/n (Zn2+) = 2.0，同時使Fe總濃度為3.0mol/Lo
4.根據權利要求1所述的方法，其特征是所述草酸鹽為草酸鈉或草酸鉀。
5.根據權利要求1或4所述的方法，其特征是所述n(C 2 042_) /n (Zn2+) =1.0。
6.根據權利要求1所述的方法，其特征是所述煅燒溫度為400-800°C，灼燒l_3h。
【專利摘要】本發明公開了一種由含鋅鋼鐵酸洗廢液制備納米鐵酸鋅的方法，包括如下步驟：(1)測含鋅鋼鐵酸洗廢液中Zn2+和Fe總的物質的量濃度；(2)攪拌下，向含鋅鋼鐵酸洗廢液中加入氯化鋅水溶液和水得混合液；(3)在攪拌下，加入草酸或草酸鹽，有黃色沉淀生成，繼續攪拌；(4)過濾，得到的濾液為無色澄清透明的液體，用于循環或排放；濾餅為黃色固體，洗滌，烘干，研磨，煅燒，得到納米鐵酸鋅。本發明以黃綠色含鋅鋼鐵酸洗廢液為原料制備有多種用途的納米鐵酸鋅，解決了含鋅鋼鐵酸洗廢液的資源化處理難題，達到了變廢為寶的資源化處理，并使處理后的水綠色環保。本方法處理時間短，操作簡單，能耗低，操作性強，條件控制相對簡單。
【IPC分類】B82Y40-00, B82Y30-00, C01G49-00
【公開號】CN104787803
【申請號】CN201510158819
【發明人】王興堯, 陳莉
【申請人】天津大學
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年4月4日