[发明专利]一种利用粉煤灰制备氧化铁红的方法

说明书

技术领域

本发明属于环境化学领域，特别涉及一种利用粉煤灰制备氧化铁红的方法。

背景技术

粉煤灰是从燃煤锅炉烟气中收集的粉状灰粒，国外文献中称为“飞灰”(fly ash)或者“磨细燃料灰”，是燃煤电厂产生的主要工业固体废渣。粉煤灰的主要化学成分有SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃等和未燃烧的碳，还有一些微量元素和稀有元素。在相当长的时期内，煤炭将依然是我国的主要能源。目前，我国一次能源结构中，煤炭占了50％以上，其中70％用于燃煤发电。据相关资料统计，2009年我国粉煤灰的产量达到了3.75亿t，2010年粉煤灰产量为7亿t，预计到2020年，我国粉煤灰的总累积堆存量将达到30亿t。这些巨量的粉煤灰若不合理利用，不仅占用大量的土地资源，而且还会造成土壤、水体和大气等的多方面的污染，直接或间接危害人体健康和生物生存。所以，对粉煤灰的综合利用显得尤为重要。

当前，粉煤灰的主要利用途径包括制作建材、填坑筑路、改良土壤以及用于废水废气的处理等。但是，这些利用途径并没有使粉煤灰中的有价金属离子得到有效利用。由于粉煤灰中氧化铝的质量分数在15～40％，是制备氧化铝的极好资源。在粉煤灰酸法制备氧化铝的工艺过程中，由于粉煤灰含有大量的铁，需要将铝、铁有效地分离，分离得到的铝用于制作氧化铝。为了进一步的提高粉煤灰中有价金属的利用，本发明将分离后得到的铁直接制备成氧化铁红。

氧化铁红又称铁红、铁氧红，其化学式为α-Fe₂O₃，是一种传统而又重要的无机颜料，同时也是铁氧化物中最稳定的化合物。氧化铁红着色强度高、耐酸碱、纯度高、热稳定性好，广泛应用于磁性材料、涂料领域、催化领域和生物医学等行业，具有广阔的市场。当前，国内外制备氧化铁红的方法主要可分为干法和湿法两大类，干法主要包括焙烧法、热分解法、鲁式法等。湿法主要包括硫酸盐法、硝酸盐法、混酸盐法等；此外，还有水热法、催化法、包核法等工艺改进法。其中，焙烧法是将硫酸亚铁经过高温煅烧制得氧化铁红，这种工艺能耗高，产品纯度较低，高温熔烧容易引起晶体团聚，所得粉末分散性差；热分解法常以羰基铁(Fe(CO)₅)或二茂铁(FeCP₂)等为原料，采用气相分解、火焰热分解或激光分解等技术制备，这种工艺技术难度大，一次性投资也大；硫酸盐法、硝酸盐法、混酸盐法，它们的工艺过程是：首先制造晶种，然后将晶种投入装有Fe²⁺溶液的反应槽中，并在其中加入铁屑，温度保持在75～85℃，通入氧气(或空气)，氧化Fe²⁺成Fe³⁺，再与水中的OH^-结合并沉积在晶种表面上，逐渐形成氧化铁红。氧化反应的同时还生成氢离子，氢离子再与金属作用，生成Fe²⁺并被氧化成Fe³⁺。这样反复循环，直至氧化反应结束。然后，过滤沉淀物，在300～400℃下进行烘干即得产品。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种利用粉煤灰制备氧化铁红的方法。本发明方法以粉煤灰为原料，经萃取、反萃、结晶及煅烧制得氧化铁红，不仅将粉煤灰废弃物资源化利用，提高了粉煤灰中有价金属的利用率，而且为粉煤灰利用提供了新途径，解决了环境问题，也带来了经济效益；萃取剂可以循环利用，降低了工业化生产的成本；制得的氧化铁红产品品质高，纯度在95％以上，达到GB 1863-2008产品技术要求。

本发明的目的通过下述方案实现：

一种利用粉煤灰制备氧化铁红的方法，包括以下步骤：

(1)酸浸：使用酸性溶液对粉煤灰进行浸提，得到酸浸液；

(2)萃取：使用萃取有机相对所述酸浸液进行萃取，得到萃取液；

(3)反萃：使用反萃取剂对所得萃取液进行反萃取，得到反萃取液；

(4)蒸发浓缩：将所述反萃取液蒸发、浓缩、结晶；

(5)煅烧：将所述结晶煅烧制得氧化铁红。

步骤(1)中所述酸性溶液可为盐酸溶液或硫酸溶液。

优选的，步骤(1)中所述酸性溶液为盐酸溶液。

更优选的，步骤(1)中所述酸性溶液为浓度为2～6mol/L的盐酸溶液。

最优选的，步骤(1)中所述酸性溶液为浓度为4mol/L的盐酸溶液。

优选地，步骤(1)中所用酸性溶液和粉煤灰的质量比为3:1～1:3。