（化学工艺专业论文）精铁矿粉除硅及制备超高纯αfe2o3工艺和应用研究.pdf

研究生论文：精铁矿粉除硅厦帝j 备超高纯a - - f e ，0 ，的工艺和应用研究 一 精铁矿粉除硅及制备超高纯( 1 1 一f e ：0 。工艺和应用研究 摘要：以铁氧体原料( 7 - 一f e ：0 ，的国家标准分析方法为基础，得到了精铁矿粉 中微量s i o ：含量测定的一种新方法，重点探讨了操作过程和条件，通过与仪 器分析结果对比可知：本法具有精确度高、重复性好、操作简便和测定范围宽 等优点，为精铁矿粉的除硅加工提供了分析上的保- b t ；以精铁矿粉为原料， 研究出了通过碱洗除硅、再经催化氧化制备高质量o l f e ，0 ，的工艺，并通过 正交实验得到丁优化的工艺条件，产品主要指标为：f e ：0 ， 9 9 8 2 ，s i o ： 0 0 0 2 8 ，粒径 9 9 8 2 ； s i 0 2 0 0 0 2 8 ：s i z e ： 9 5 ) ，而后者对纯度要求较高( f e ：0 。 9 8 ，s i0 2 o 2 ) 。 ( 1 ) 颜料方面的应用”“1 用作颜料的三氧化二铁又称氧化铁红、铁红，是红色或深红色粉末。铁 红的着色力和遮盖力强，无油渗性和水渗性：在大气中和日光的照射下性质 稳定，并能耐一定的高温、酸和碱，只有在浓酸中加热才会溶解；毒性小、 价廉物美并可获得多种色相，是一种重要而大宗的无公害无机颜料，常用作 防锈底漆、水泥制品和粉末涂料等的调色剂；橡胶制品、塑料、石棉、人造 革和皮革等的着色剂和填充剂；五金器材和光学仪器及玉器材料等的抛光剂。 ( 2 ) 铁氧体磁性材料方面的应用“7 ” 铁氧体是一类重要的电子器件，根据不同的使用目的，可分为软磁铁氧 体、硬磁铁氧体、旋磁铁氧体、矩磁铁氧体和压磁铁氧体五大类。软磁铁氧 体是指在较弱的磁场下易磁化且易退磁的一种磁性材料，其典型代表是 m n z n f e z o a 和n i z n f e 。0 4 ，主要用于制造各种电感元件如滤波器、变压器和天 线等的磁芯、磁带录音和录像机的磁头及多路通讯等记录的磁芯等。制备软 磁铁氧体的主要原料是。一f e ：0 。并且要得到高性能的软磁铁氧体，就必需 高纯度及高活性的c t f e ：0 。 硕士生论文：精铁矿粉除硅及制备超高纯a f e ，0 ，工艺和应用研究 1 2 软磁铁氧体工业的发展及对a f e ：0 。原材料的要求 1 2 1 软磁铁氧体工业的发展”1 ” 软磁铁氧体是一类品种最多、应用最广的磁性材料，在铁氧体工业中处 于举足轻重的地位。数十年来，软磁铁氧体的国际产量在不断地增长，增长 幅度约1 4 倍，目前世界软磁铁氧体行业已进入平稳发展时期，产量年增长 2 3 。我国5 0 年代开始建立软磁铁氧体专业生产工厂，7 0 年代由于收音 机、黑白电视机的普及致使其产量剧增；8 0 年代起逐步引进国外的技术设备， 近年来仍以较快的速度发展，年增长率约为1 0 ，有关数据详见图1 - 2 。 目前我国的软磁铁氧体的产量居世界第四位。究其原因：一是国内家用 电器的需求激增及电子信息技术的蓬勃发展，对软磁铁氧体的需求呈不断增 长的趋势；二是发达国家逐步放弃铁氧体( 特别是低档铁氧体产品) 的生产， 或者将部分工厂移向具有低廉劳动力的第三世界国家，上述原因为中国软磁 铁氧体器件进入国际市场提供了良好的机遇。我国软磁铁氧体工业的快速发 展必将要求生产原料n f e ：0 。的产量的大发展。 1 2 2 软磁铁氧体对原料一f e ：0 。的要求“4 - ”3 在生产铁氧体时，原材料a f e z 0 。的纯度和物理特性对产品的化学成分 及微观结构都有很大的影响，并最终影响铁氧体的磁学特性。 ( 1 ) 纯度和杂质含量 对软磁铁氧体来说，原材料中主成分f e 。0 。含量的微小改变就明显地影响 硕士生论文：精铁矿粉除硅度村备超高纯d f e ，0 ，工艺和应用研究 产品的导磁温度系数：当铁含量每增加1 摩尔时，产品居里点就增加i o k ， 磁导率第二峰向低温移动5 0 k ，这表明f e ：0 。含量将直接影响磁导率温度系数 和功率损耗的温度曲线，因此原材料。一f e 。0 。的主成分含量必须达到规定值， 电子工业行业标准规定一级品的主含量应大于9 9 2 ，二级品应大于9 9 ，三 级品应大于9 8 5 。原材料中s i0 2 、c a o 、a 1 2 0 ，和n a o 等杂质的含量对铁氧体 的磁学特性也有显著影响，其中以s i o ：影响最大，主要是：它能降低铁氧体 的磁导率增大磁芯损耗、引发不连续的晶粒生长、出现不均匀的大晶粒从而 使磁性恶化，因此，电子工业行业标准规定：对于一般消费类软磁铁氧体产 品，s i o ：含量应小于0 1 ：而对于高质量的软磁铁氧体产品，s i o z 含量应小 于0 0 1 。本课题对高纯度q f e 籼生产新工艺的研究其重点之一主要是突 破除硅难关。 ( 2 ) 物理特性 n f e ：0 。物理特性主要指原料粉末的粒度、粒度分布、形状、比表面积 和活性等。一般来说，粒度越细，或者比表面越大则反应活性越好，在一定 的工艺条件下易获得优良的铁氧体磁特性，但是粉末过细则易发生团聚，会 降低烧结并使致密化速度缓慢，同时团聚物内部气孔会形成烧结物内的孔隙， 从而降低烧结物的密度，甚至过大的比表面积会使软磁铁氧体制备中的烧结 过程出现“自燃结”现象：原料粉末的颗粒形状以球形为佳，因为混合效果 好，针状颗粒粉差，在铁氧体的制各中易引起不均匀的晶粒长大；此外，原 材料的粒度分布应尽可能窄。 因此，要制得高性能的软磁铁氧体，就应该要求n f e 。0 。的纯度高、杂 质含量低及其物理特性好。 1 3 颜料氧化铁红生产工艺的发展及铁泥的污染与治理畸a ”3 1 3 1 颜料氧化铁红生产工艺的发展 目前工业上合成氧化铁红颜料的方法大体上有两种：湿法和干法，其中 湿法一般以金属铁和硫酸为原料采用制晶种和氧化两步工艺，所得产品结晶 细小，颗粒柔软，但成本高且污染大；而干法以铁盐和精铁矿等为原料采用 4 硕士生论文：精铁矿粉除硅及制备超高纯a - - f e ：o ，工艺和应用研究 高温氧化焙烧工艺，该法具有成本低且污染小等特点，为了能更进一步降低 成本同时也为治理工业“三废”的污染，未来氧化铁红的发展将以工业含铁 废渣和废液为原料，其产品将具有巨大的市场潜力。 1 3 2 铁泥的污染与治理 铁泥是许多精细化学品的中间体生产中所排除的废渣，主要成分是f e 、 f e o 、f e 。0 。和f e ：o ，等，外加一些有机杂质。例如在染料和医药等中间体的生 产过程中，经常要将硝基还原为氨基，我国常采用铁粉加盐酸作为还原剂的 工艺。该工艺在还原的同时铁被氧化为氧化物经液固分离后以废铁泥的形式 从系统排出，由于铁泥量大且有害因而对环境造成了极大污染。仅以对氨基 苯酚的生产为例，目前我国的生产能力合计约3 5 万t a ，产生的铁泥约l o 万t a ，加上其他中间体，产生的废铁泥总量约3 0 万t a ，对它的处理已成 一大难题。目前国内大多采用堆存和土地填埋法处理铁泥，但由于其粒度很 细，长期堆存风干后极易产生扬尘，污染大气：此外该法不仅占用大量的土 地，而且往往造成地下水的污染，为此各生产厂家每年为此花费大量的人力、 物力和财力，都试图寻找新的处理方法。 由上述可知，铁泥含铁量高且存在形式主要是氧化物和单质两种形式， 杂质主要是有机物，符合千法氧化焙烧对原料的要求，因此用铁泥做原料通 过催化氧化生产铁红颜料在原理上是可行的，而且具有巨大的经济和社会意 义，本研究正是基于此背景而立题的。 硕士生论文：精铁矿粉除硅及制备超高地d - - f ez 0 ，工艺和应用研宄 第二章实验研究 整个研究分五个部分：精铁矿粉中微量二氧化硅含量的测定方法研究； 碱洗除硅制各超高纯n f e ：0 。的工艺研究：精铁矿粉生产高纯q - f e ：0 。的放 大研究：铁泥制备铁红的工艺研究：精铁矿粉催化氧化动力学基础理论研究。 2 1 精铁矿粉中微量二氧化硅含量测定方法研究 近些年来随着电子工业的发展，对a f e ：0 。的质量提出了愈来愈高的要 求，其中之一是s i o ：含量应小于0 1 “，这样在生产中就必须有一套能准确 分析原料和产品中微量s i0 2 含量的方法。而在以精铁矿粉通过催化氧化制备 n f e ：0 3 的过程中，精铁矿粉中微量s i o 。含量的测定还没有一种较好的方法。 目前测定精铁矿粉中s i 0 2 含量的传统方法有：氟硅酸钾容量法、硅钼蓝光度 法和动物胶凝聚重量法等，但这些方法大都不同程度的存在操作困难、准确度 差、尤其不适合微量测定等缺点“8 ，而仪器分析法费用又昂贵，不适合于研 究阶段，为此作者经过长期的研究和摸索并参照铁氧体原材料化学分析方法 g b l l 4 3 4 8 9 。，研究出了一种精铁矿粉中微量s i o ：含量测定的新方法，较传 统方法简单而又准确，经实践证明是一种较实用的分析方法。 2 ，1 1 分析方法 ( 1 ) 主要试剂、原料与仪器 王水：量取9 0 m l 浓盐酸( p = 1 1 8 t m 3 ) 和3 0 m l 浓硝酸( p = 1 4 t m 3 ) 混匀： 高氯酸：6 0 溶液，量取浓高氯酸( p = l - 6 8 t m 3 ) l o o g 与1 8 3 9 水混匀： 盐酸：1 ：i ，量取等体积的浓盐酸和水混匀； 盐酸：1 ：i 0 ，量取1 体积的浓盐酸和1 0 体积的水混匀： 硫酸：1 ：1 ，量取等体积的浓硫酸和水混匀； 氢氟酸：p = l 1 3 0k g m 3 ； 精铁矿：2 0 0 目，产于河北保定； 铂坩埚：3 0 m l ； 6 硕士生论文：精铁矿粉除硅度制备超高纯a - - f e t 0 ，工艺和应用研究 天平：精度0 0 0 1 9 ，t g 3 2 8 a 光电分析天平，上海精科天平厂生产； 马弗炉：k x x 一4 1 3 a ，中国成都科析仪器成套公司生产； 搅拌器：j j 一1 精密增力电动搅拌器，常州国华电器有限公司； 以上所用试剂均为分析纯，水为去离子水。 ( 2 ) 操作步骤 用天平称取精铁矿粉试样5 9 ( m ) 于2 5 0 m i 烧杯中，并分别加入2 0 m l 的水 和3 0 m l 配制好的王水，然后在电炉上加热搅拌溶解。待溶解完后浓缩至约 3 0 m l ，加高氯酸5 0 m l ，加热使高氯酸蒸气沿杯壁冷凝回流2 0 m i n ，取下烧杯 冷却结晶。加入盐酸( i ：i ) 1 5 m l 和温水1 0 0 m l ，搅拌使结晶完全溶解，立即 用定量滤纸过滤，并将附着在杯壁的残渣用带橡皮头的玻璃棒刮到滤纸上， 然后用热的盐酸( 1 ：i 0 ) 洗至滤液无铁离子，再用温水洗4 5 次。把沉淀与 滤纸一起放在已恒重的铂坩埚中干燥并使完全灰化，之后在马弗炉中于8 5 0 灼烧3 0 r a i n 。取出铂坩埚，放在干燥器中冷却后称重( m ，) 。向铂坩埚内加 入二滴硫酸( 1 ：1 ) 润湿残渣，再加i m l 氢氟酸，然后置于电炉上加热到硫酸 白烟冒完为止，再于马弗炉中8 5 0 。c 下灼烧3 0 m i n 。取出铂坩埚于干燥器中冷 却后称重( m ：) 。并按操作步骤同时作空白实验( m 3 ) 。 分析结果按下式计算： m 1 一皿一m 3 s i 0 2 = 二_ 二 m 式中：m - 一灼烧后铂坩埚与二氧化硅及残渣质量，g ； m z 一用氢氟酸处理灼烧后铂坩埚与残渣质量，g ： m a 一空白实验中二氧化硅质量，g ； m 一试样的质量，g 。 精度：平行测定两次结果之差不大于0 0 3 2 1 2 操作过程分析与探讨 ( 1 ) 溶样 由于王水含有氯化亚硝酰和游离氯，因此常用来溶解铁矿粉。但由于王水 是强氧化剂，在溶解时：精铁矿粉表面易发生钝化，甚至能形成碱式硝酸盐而 硕士生论文：精铁矿粉除硅及制备超高纯d - - f e t 0 ，工艺和应用研究 使溶解变慢，因此在实际的分析操作中应先加入盐酸溶解，然后按王水配比分 多次加入硝酸。“。另外，溶矿时应控制好加热温度，初始应保持在5 0 c 6 0 ，直到溶完大部分矿样后再逐步升高温度直至完全溶解。若矿粉溶解不完全， 分析结果将偏低。 ( 2 ) 脱水 加入高氯酸的作用是为了脱水以除去溶液中的硝酸。当高氯酸蒸气冷凝 回流时，开始逸出棕红色的烟雾，最后变为浓白色。操作中应控制好回流时 间，在刚出现结晶时应立即取下冷却，否则将影响分析结果。 ( 3 ) 滤渣洗涤 用定量滤纸过滤后所得残渣应用盐酸洗至无铁离子。洗涤液中的铁离子 的检验是在点滴板上利用k s c n 溶液和k ，f e ( c n ) 。溶液和检验的变色反应来进 行的。若残渣中有铁离子，将会影响分析结果。 ( 4 ) 灼烧 本方法的实质是加入氢氟酸使s i 仉挥发，从而利用前后重量差求出s i 0 ： 量，因此要求挥发前后所称重量必须是恒重，即挥发前后的灼烧称重操作都 应至少重复两次，以至得到恒重( 相邻两次重复操作所得重量之差应不大于 0 0 0 1 ) ，否则将会使结果准确度降低。 按照上述讨论所得到的操作过程和要点，利用本分析方法对经精选和化 学除硅后的陕西东秦岭铁矿粉中的s i0 2 含量进行了分析，并与仪器分析及传 统的分析方法进行了比较，结果分别见表2 1 和表2 2 。 表2 - 1s i o t 含量分析结果比较 t a b 2 - 1t h e c o m p a r i s o no f t e s tr e s u l t sb e t w e e nt h i st w om e t h o d s 注：卑为西安近代化学研究所用j s m 5 8 0 0 扫描电子显微镜和is is 型x 射线能谱仪分析结果 堡主兰丝墨! 燮竺塑鱼堡垒塑兰垫壹些! = ! ! ! ! ：兰苎堂皇旦至壅 表2 - 2 本方法与传统方法的测定适用范围比较 t a b 2 2t h ec o n t r a s to f t h es u i t a b l er a n g eb e t w e e nt h i st w o m e t h o d s 测定方法趸嗝丽 本方法 氟硅酸钾容量法 硅锢蓝光度法 o o l 珩一l o 4 一8 0 1 一1 5 2 1 3 结论 表2 一l 和表2 2 表明，利用本方法分析精铁矿粉中的s i0 2 含量时，结果 准确可靠，可以代替现代分析仪器以降低分析成本；适合于微量s i 0 ：( o 0 1 1 ) 含量的测定，与传统铁矿粉中s i 0 ：含量的分析方法相比，该法的测量适 合范围下限下延了l o 倍。本方法已成功地用于磁铁矿粉及伴生铁矿粉中s i o ： 含量的测定及矿粉原料化学除硅过程的控制分析中。 2 2 精铁矿粉碱洗催化氧化制备超高纯q f e ：0 。工艺研究 本研究属于延续性研究，所有工作的基础是：精铁矿和高品位伴生铁矿 催化氧化制备n f e ：0 。的研究。2 ”删，研究目的是在该成果的基础上进行工 艺创新，以提高产品中f e 。0 。的含量、降低s i 0 2 含量和减小产品颗粒的粒径。 该研究分为两部分：除硅和制备超高纯。一f e ：晚。 2 2 1 研究基础 ( 1 ) 原料 选用与文献 2 2 、 2 3 和 2 4 相同的原料：周至精铁矿、河北伴生铁矿、 罗田伴生铁矿和东秦岭伴生铁矿。 原料的物化性质“2 “3 2 ” 各原料矿粉的化学成分见表2 - 3 。 表2 - 3 原料矿分化学成分的比较 t a b 2 - 3t h ec o m p a r i s o no f t h ec o n t e n to f t h em a t e r i a l s 垫! 里堕q 31 1 q i q 2 l 业正二鱼 周至矿7 0 8 67 1 52 6 8 20 1 71 4 6 0 0 0 70 1 40 2 4 河北矿7 1 1 57 0 8 92 7 7 40 1 2o 0 0 9 o ，0 1 5o 2 50 8 4 罗田矿7 1 0 77 3 0 82 5 6 70 1 8o 0 0 9 o 0 0 0 40 100 9 东秦岭矿7 0 ，8 17 1 0 22 7 1 9o 5 60 0 6 5o 0 0 3 0 2 50 2 2 注：咀上化学成分分析数据由地矿部西安地质矿产研究所提供 9 硕士生论文：精铁矿耪除硅及制备超高纯a - - f e ，0 ，工艺和应用研究 电子显微镜表面扫描 原料粒子外观形貌的电镜扫描结果参见文献 2 4 。 原料的x 衍射图谱 四种原料的晶相组成采用日本理光d m a x 一3 c 自动衍射仪测定，结果参 见文献 2 4 。 根据化学分析结果、矿料的磁学性能和x 衍射图谱可以判断这四种原料 均为典型的磁铁矿( f e n ) 粉。 ( 2 ) 精铁矿粉催化氧化反应原理 在高温下，磁铁矿粉可与空气发生如下反应： 2f e 3 0 4 + 0 5 0 2 - + 3f e 2 0 3 此氧化过程属于气固非均相反应。与均相反应体系不同，其反应机理较 为复杂。利用程序升温技术( t s r ) ，可检测到过程进行的机理为：f e 1 0 4 y f e ：如a f e ：0 3 ，氧化反应能峰如图2 - 1 所示。参加反应的固体的表面 活化状态对反应速度有显著的影响，这与固体表面的点阵缺陷、比表面积的 大小、点阵不整齐等因素有关。晶体表面越是完整，反应性越小；反之，越 缺乏完整性的地方，该部位的反应性就越大“5 。2 6 州。 a ：f e 3 0 4 8 ：y f e 2 0 3 c ：a f e 2 0 3 图2 - ! 氰化反应的能峰示意图 f i 9 2 - 1t h es c h e m a t i cd i a g r a mo f e n e r g yc h a n g i n gi no x i d a t i o n 过程的热力学分析 该反应在标准状态进行时为放热反应。“2 ”。由热力学的关系式得，反应 的吉布斯函数变化为：g = g 0 + r t l n ( j p ) 其中，g o 为基准温度t 。时的摩尔吉布斯函数的变化；j p 为压力商。 当取t 0 为2 9 8 k 时，按照文献 2 3 和 2 4 得， o 硕士生论文：精铁矿粉除硅覆制备超高纯- - f c ，0 ，工艺和应用研究 g o = 一5 7 3 0 0 + 3 20 t 则： a g = g o + r t i n ( j p ) = - 5 7 3 0 0 + 3 2 o t + r t i n ( j p ) 在实际操作时，该反应是在空气中进行的，则j p = ( o 2 1 ) - 0 5 ，则由反 应达平衡对g = o ，求得平衡温度为：t = 1 7 0 4 k 。即当温度达到1 7 0 4 k 时反 应即可达到吸氧与失氧平衡。由g 7 0 ；$ i 0 2 。 0 0 1 。 ( 2 ) 工艺流程 由超精铁矿粉催化氧化制各超高纯a f e 。0 。的工艺流程与精铁矿粉催化 氧化制备高纯a f e ：0 。的工艺流程相同，如图2 - 2 所示。 ( 3 ) 实验装置及主要设备 实验装置如图2 - 5 所示。 图2 - 5 超精铁矿粉催化氧化实验装置 f i 9 2 - 5t h e s c h e m a t i c d i a g r a m f o re x p e r i m e n t a li n s t a l l a t i o no f h i g h e r - g r a d e o 【f c 2 0 3 1 一风机：2 一炉管；3 一管状电炉；4 热电偶；5 温度控制显示器 实验中所用的主要设备见表2 - 5 所示。 表2 - 5 实验设备一览表 _ = = 箜旦! _ 唑竺些塑! 坚趔竺型苎塑! 塑 塑各名称 型号 生产厂家 司 司 ( 4 ) 产品的后处理 水洗催化氧化后的高温粗产品需要进行水洗，目的是将催化剂溶解 硕士生论丈：蚺铁矿粉除硅厦制备超高纯a - - f e ，0 ，工艺和应用研究 除去，同时对产品起到冷淬作用以利于球磨。经验表明，经两次洗涤且每次 搅拌浸泡1 h ，则可除去杂质催化剂。 球磨为了得到粒径1um 的产品，需对水洗后的产品进行烘干球 磨。由于所得产品颗粒坚硬，较难磨细。1 。由文献 2 4 可知：当大小球数之 比为l ：4 ；转速为2 0 0 r p m 的情况下，对产品经4 h 球磨后粒径达到1 0 um ， 考虑到球磨困难，要使粒径1um 则时间更长。因此取球磨时间分别为1 2 h 和1 6 h ，且中间两小时搅拌一次，制得产品c g c 一1 和c g c 一2 ，待测。 ( 5 ) 产品检测 将所得产品超高纯a f e 。0 。产品c g c 一1 和c g c 一2 外送陕西省地矿研究所 和西北大学分析测试中心检测，结果为：f e ：o 。= 9 9 8 2 ：s i 0 2 - 0 0 0 2 8 ；粒 径 l l lm ，详见附录i ，结果表明所得产品属超高纯。一f e ：0 3 。 2 2 4 实验结果与讨论 ( 1 ) 工艺条件优化 碱洗除硅工艺条件优化影响碱洗反应结果的因素主要有碱液浓度、反 应温度和反应时间等。“，试验中分别以两种精铁矿粉为原料，在单因素试验 的基础上，通过正交实验筛选出优化的工艺条件。表2 - 6 为实验因素和水平， 表2 7 为正交实验结果o 。 表2 - 6实验因素和水平 塑! ：! ：! ! ! ! 堡! ! ! 塑! ! ! ! ! ! ! ! ! 壁! ! g ! 竺! ! 鲤靶 因素12 3 1 6 硕士生论文：精铁矿粉除硅及制备超高纯n - - f e ：0 ，工艺和应用研究 衰2 7 正交实验结果 刊号( 匿素) 不同原料产品中s i 0 2 的含量( ) 实验号 123河北矿 东秦岭矿 11110 1 2 70 1 3 0 212200 8 30 0 8 5 313300 6 90 0 7 0 42120 0 7 10 0 7 5 52230 0 1 1o 0 1 2 62310 0 0 90 0 1 0 73130 0 1 00 0 1 1 832100 0 80 0 0 9 93320 0 0 80 0 0 8 河北矿为原科的正交实验结果的极差分析 i0 2 7 90 2 0 80 1 4 40 3 9 6 i i0 0 9 10 1 0 20 1 6 2 i0 0 2 60 ，0 8 60 0 9 0 i 30 0 9 30 0 6 90 0 4 8 i i 30 0 3 00 ，0 3 400 5 4 l i i 30 0 0 90 0 2 30 0 3 0 极差00 8 40 0 4 60 0 2 4 i + i i + 1 1 1 0 3 9 60 3 9 60 3 9 6 东秦岭矿为原料正交实验结果的极差分析 i0 2 8 50 2 1 601 4 90 4 1 0 i i00 9 70 1 0 601 6 8 i i i0 0 2 80 0 8 80 0 9 3 i 30 0 9 50 0 7 20 0 4 9 i i 30 0 3 20 0 3 50 0 5 6 i i i 30 0 1 00 0 2 90 0 3 0 极差00 8 50 ，0 4 30 0 2 6 i + i i + 1 1 10 4 1 00 4 1 00 4 1 0 由表2 7 可知：就河北和东秦岭这两种矿料而言，对碱洗除硅结果影响 最大的因素是碱液浓度，其次是温度，影响最小的是时间。所得碱洗除硅过 程的优化工艺条件见表2 8 。 表2 - 8 碱洗除硅操作的优化工艺条件 t a b 2 - 8t h e o p t i m i z e dc o n d i t i o n so f d i s s o l v i n g s i l i c aw i t hs o d i u m h y d r o x i d e 矿样碱液浓度( t n )反应温度( )反应时间( h ) 1 7 硕士生论文：精铁矿粉除硅及制备超高纯n f e t 0 ，工艺和应用研宄 超高纯n f e ：0 3 带0 各工艺条件优化从超高纯a f e ：0 。产品的分析可知： 以碱洗除硅后的超精铁矿粉为原料，按文献 2 4 所介绍的催化氧化条件，且 产品经过1 2 h 的球磨，最终可得超高纯n f e ：0 。产品：f e ：0 。= 9 9 8 2 ；s i o ： = 0 0 0 2 8 ；粒径 l 扯m ，故制备超高纯n f e 。0 。优化工艺条件为： 矿粉粒度：2 0 0 目一3 2 5 目：反应温度：8 0 0 。c - 9 0 0d ( 3 ； 反应时间：3 5 h 一4 h ：球磨时间：1 2 h 一1 6 h 。 按上述所得碱洗除硅和制备超高纯a f e 。0 。的优化条件操作，制备得到 超高纯a f e 。0 。产品，经外送检测，产品检测结果详见附录i 。 ( 2 ) 讨论 二氧化硅含量大于0 1 的精选河北矿和陕西东秦岭矿在优化的工艺条 件下经碱洗除硅后能得到二氧化硅含量小于0 0 1 且总铁含量大于7 1 的超 精矿粉，达到了精铁矿粉降硅的目的。由于在固相催化氧化过程中，氧的结 合会使反应后固体产物量比原料量增加，所以利用上述得到的超精矿粉经催 化氧化后制得的a f e ：0 ，产品中二氧化硅含量也会相应小于0 0 1 ，且与未经 碱洗除硅的精铁矿直接催化氧化所制得的a f e 2 0 。产品相比，该产品中f e ：0 。 含量相应地会提高，因此精矿粉经碱洗除硅工艺过程后，再进行催化氧化不 但可以降低产品中硅的含量，且同时提高f e ：0 。含量。表2 9 为以河北矿为原 料的精矿与碱洗超精矿在相同的催化氧化优化条件下所制得的两种。一f e 。o i 产品主要成分分析结果的比较。结果表明：精铁矿粉先经碱洗除硅处理后， 再进行催化氧化，最终可得到二氧化硅含量极低而主成分相应提高的超高纯 产品，即在原研究的精铁矿粉直接催化氧化工艺基础上又向前发展了一大步， 使所得产品的纯度能满足生产高性能电子器件对原料的要求。 表2 - 9 精矿与超精矿的催化氧化产品比较 t a b 2 - 9 t h e c o m p a r i s o no f p r o d u c t i o n s w i t h t w o g r a d eo f m a g n e t i t e 产品成分 f e 2 0 3s i 0 2 精矿9 8 7 30 1 8 超精矿9 9 60 0 1 1 8 硕士生论文：精铁矿粉除硅及制备超高纯c c - - f e ，0 ，工艺和应用研究 2 2 5 结论 ( 1 ) 研究出了一条精铁矿粉中微量硅脱除的工艺路线，用所得到的超精 铁矿经催化氧化可制得超高纯a f e ：0 a 产品，从而克服了干法生产中二氧化 硅含量高的缺点，使得耩铁矿粉固相催化氧化法生产a f e ：0 ，工艺的应用前 景更加广阔； ( 2 ) 通过正交试验得到了精选铁矿粉碱洗除硅的优化工艺条件，该工艺条 件可用于工业化生产。 ( 3 ) 本工艺经济效益显著，详见表2 1 6 ；污染小。 2 3 精铁矿粉生产高纯a f e 2 0 。的工业化研究 文献 2 4 已对精铁矿粉催化氧化生产高纯n f e 。0 3 进行了小试及扩大试 验研究，为了将该工艺推向工业化，以扩大试验所得成果为基础在江苏宜兴 建了一套5 0 0t a 的中试生产装置，在西安周至建立了一套2 0 0 0t a 的生产 装置，经局部调整和改造后运行状况良好，从而为该工艺的进一步工业化推 广奠定了基础，有关2 0 0 0t a 生产的催化氧化装置的工艺计算如下。 2 3 1 设计依据 ( 1 ) 年产量2 0 0 0t - f e 2 0 3 产品a ：年工作日：3 0 0 天； ( 2 ) 精铁矿粉的化学成分原料精铁矿粉为河北矿，其化学成分见表2 3 。 ( 3 ) 产品的化学成分( 见表2 - 1 0 ) 表2 1 0 产品a f e ：0 。的化学成分1 t a b 2 - 1 0t h ec h e m i c a lc o m p o s i t i o na n dc o n t e n to f t h ep r o d u c t f e ：仉f e os i 0 2其他 9 9 ，1 20 1 80 1 00 6 0 产品的粒径为6 0 0 目。 ( 4 ) 工艺条件“” 温度：9 0 0 ；时间：3 h ；催化剂用量：精铁矿粉的1 l 矿粉粒度：2 0 0 目3 2 5 目( 4 4 “m 7 4 m ) ( 5 ) 反应器 型式：外热式旋转炉；操作：逆流 硕士生论文：精铁矿粉除硅厦制备超高纯a f o ，0 ，工艺和应甩研究 2 3 2 物料衡算 计算基准：l h ，物料衡算图如下 品 ( 1 ) 产物量 2 0 0 0 t a = 2 x 1 0 6 ( 3 0 0 x 2 4 ) k g h = 2 8 0k g h 其中，f e 。0 3 的量：2 8 0 x 9 9 1 2 = 2 7 7 5 3 6k g h f e o 的量：2 8 0 x 0 1 8 = 0 5 0 4k g h s i o ：的量：2 8 0 0 1 = 0 2 8 0k g h 其他：2 8 0 x 0 6 = 1 6 8k g h 将总铁折合为f e o ，则t ，。= 2 7 7 5 3 6 x 7 2 8 0 + 0 5 0 4 = 2 5 0 2 8 6k g h ( 注：7 2 一f e o 分子量，8 0 一f e ：o 分子量的二分之一) ( 2 ) 原料量 精铁矿粉量 精铁矿粉量中总铁折合的总f e o 含量：7 0 8 9 x 7 2 8 0 + 2 7 7 4 = 9 1 5 4 1 则，原料精铁矿粉耗量：2 5 0 2 8 6 9 1 5 4 1 = 2 7 3 4 1 4k g h 其中，f e 。0 3 的量：2 7 3 4 1 4 x 7 0 8 9 = 1 9 3 8 2 3k g h f e o 的量：2 7 3 4 1 4 x 2 7 7 4 = 7 5 。8 4 5k g l h s i o 。的量：2 7 3 4 1 4 x 0 1 2 = 0 3 2 8k g h 其他：2 7 3 4 1 4 ( 卜7 0 8 9 一2 7 7 4 一0 1 2 )