一种制备铁橄榄石的方法[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 107010633 A(43)申请公布日 2017.08.04

(21)申请号 201710330181.8(22)申请日 2017.05.11

(66)本国优先权数据

201710277563.9 2017.04.25 CN

(71)申请人 中南大学

地址 410083 湖南省长沙市岳麓区麓山南

路932号(72)发明人 彭兵　王忠兵　梁彦杰　刘恢　

张立奉　赵宗文　彭宁　王大伟　陈玉洁　朱顺　雷杰　(74)专利代理机构 长沙市融智专利事务所

43114

代理人 张伟　魏娟(51)Int.Cl.

C01B 33/20(2006.01)

(54)发明名称

一种制备铁橄榄石的方法(57)摘要

本发明公开了一种制备铁橄榄石的方法。该方法是将Fe、Fe2O3和SiO2固体原料与低碳醇混合球磨后，压制成块；所得团块置于保护气氛中，在900～1200℃温度下烧结；烧结产物经过破碎，磁选分离，非磁性物质即为纯度较高、晶型较好的铁橄榄石，该方法工艺和设备简单，条件相对温和，无废气污染物产生，克服了现有方法需要采用高压高温等苛刻条件合成铁橄榄石的缺陷，对地球物理学、地质学和耐火材料学等领域的科学研究，及后期研究铜水淬渣、镍渣、烟化渣等FeO-SiO2系渣实现资源化利用的理论研究具有重要意义。CN 107010633 A

权利要求书1页 说明书3页 附图5页

CN 107010633 A

权　利　要　求　书

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1.一种制备铁橄榄石的方法，其特征在于：将Fe、Fe2O3和SiO2固体原料与低碳醇混合球磨后，压制成块；所得团块置于保护气氛中，在900～1200℃温度下烧结；烧结产物经过破碎，磁选分离，非磁性物质即为铁橄榄石。

2.根据权利要求1所述的制备铁橄榄石的方法，其特征在于：Fe、Fe2O3和SiO2的摩尔比为(2～5):2:3。

3.根据权利要求1或2所述的制备铁橄榄石的方法，其特征在于：所述低碳醇与固体原料的液固比为1mL:(3～6)g。

4.根据权利要求3所述的制备铁橄榄石的方法，其特征在于：所述低碳醇包括无水乙醇和/或丙醇。

5.根据权利要求1、2或4所述的制备铁橄榄石的方法，其特征在于：所述压制过程中成型压力为20～70MPa。

6.根据权利要求1所述的制备铁橄榄石的方法，其特征在于：所述烧结的时间为120～300min。

7.根据权利要求1所述的制备铁橄榄石的方法，其特征在于：所述烧结产物经过破碎、过200目筛后，进行磁选分离。

8.根据权利要求1所述的制备铁橄榄石的方法，其特征在于：所述保护气氛为氮气和/或氩气。

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说　明　书

一种制备铁橄榄石的方法

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技术领域

[0001]本发明涉及一种铁橄榄石的制备方法，特别涉及一种在温和环境下制备高纯度铁橄榄石的方法，属于冶金工程与环境工程交叉领域。背景技术

[0002]硅铁复合氧化物是地球地壳和地幔中普遍存在的主要成分，属于地球物理学、地质学和耐火材料学等领域的重点对象和热点，同时也是铜水淬渣、镍渣、烟化渣等FeO-SiO2系冶炼渣中铁元素存在的主要物相。我国已积存的FeO-SiO2系渣达到7438×104t，并仍以每年300万吨左右的速度递增，该类渣中铁品位一般可达30-40％左右，远高于冶炼铁矿29.1％的平均品位，为一种潜在的铁资源，但该类渣中铁80％以上以铁橄榄石相存在，嵌布粒度极细，硅铁难以分开，致使该类硅铁复合氧化物中铁得不到合理的回收，一直作为工业不可用铁而废弃不用。

[0003]现有研究中因纯铁橄榄石原料合成条件苛刻，导致研究进展有限。在已有高温固相合成法的报道中，其合成的方法均须要求在高压高温和惰性条件下长时间保温，对设备要求极高。如Damien Daval等利用纳米级Fe2O3、SiO2和Fe先在750℃和惰性气氛保温24h得到前驱体，然后在1GPa和900℃条件下保温12h得到铁橄榄石，其纯度为90％左右；石晓燕等利用分析纯Fe2O3、SiO2和Fe在1350℃和惰性气氛条件直接保温2h制备，其纯度只有70％左右，含有大量的未反应的SiO2。这些方法要么步骤复杂、反应条件苛刻，要么得到产物纯度不高，难以实现工业化生产。发明内容

[0004]针对现技术中制备铁橄榄石的方法存在条件苛刻，难以获得高纯度铁橄榄石等缺陷，本发明的目的是在于提供一种对设备要求低，在温和条件下制备高纯、晶型较好的铁橄榄石方法。

[0005]为了实现上述技术目的，本发明提供了一种制备铁橄榄石的方法，该方法是将Fe、Fe2O3和SiO2固体原料与低碳醇混合球磨后，压制成块；所得团块置于保护气氛中，在900～1200℃温度下烧结；烧结产物经过破碎，磁选分离，非磁性物质即为铁橄榄石。[0006]本发明的技术方案中Fe2O3、Fe和SiO2固体原料在烧结过程中主要进行固相反应，而固相反应过程中传质效率低，采用低碳醇作为粘结剂，在球磨和压团作用下，能使各固体原料之间以微纳粒级混合粘结成团，大大缩短固相间的传质距离，利于提高反应效率，从而提高焙烧产物Fe2SiO4的纯度，而低碳醇易挥发物，在低温时全部挥发，不参与反应，不影响反应。在烧结过程中主要反应为：2Fe2O3+2Fe+3SiO2→3Fe2SiO4，该反应在常压下及900～1200℃的温度下可以顺利进行，生成Fe2SiO4固体，而反应过量的Fe通过磁选分离，进一步提高铁橄榄石的纯度，从而获得高纯度的铁橄榄石。[0007]优选的方案，Fe、Fe2O3和SiO2的摩尔比为(2～5):2:3。[0008]优选的方案，所述低碳醇与固体原料的液固比为1mL:(3～6)g。

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较优选的方案，所述低碳醇一般指C5以下醇类化合物，优选的低碳醇包括无水乙

醇和/或丙醇。

[0010]优选的方案，所述压制过程中成型压力为20～70MPa。[0011]较优选的方案，所述烧结的时间为120～300min。[0012]优选的方案，所述烧结产物经过破碎、过200目筛后，进行磁选分离。[0013]较优选的方案，所述保护气氛为氮气和/或氩气。[0014]相对现有技术，本发明的技术方案带来的有益效果：[0015]1、本发明制备的铁橄榄石纯度高、晶型较好，纯度达到95％以上，主要晶相为高纯度的Fe2SiO4。[0016]2、本发明的方法是在常压条件下进行烧结，无需采用高压条件，且烧结过程温度控制在1200℃以下，条件温和，对设备要求低，能耗低，有利于工业化生产。[0017]3、本发明的方法在烧结过程中，基本无污染产生，有利于环境保护。附图说明

[0018]【图1】为本发明方法的工艺流程图。[0019]【图2】对比实施例1未使用粘结剂球磨和进行压制的原料合成铁橄榄石产品的XRD图。

[0020]【图3】对比实施例2使用粘结剂球磨和未进行压制的原料合成铁橄榄石产品的XRD图。

[0021]【图4】为实施例1合成铁橄榄石产品的XRD图。[0022]【图5】为实施例1合成铁橄榄石产品的SEM图。具体实施方式

[0023]下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限制本发明。[0024]对比实施例1[0025]将Fe、Fe2O3和SiO2按照摩尔比2:2:3比例称取原料20g，不添加粘结剂进行混合球磨，将球磨粉状原料直接装入气氛管式炉中，通入惰性气体在1100℃条件下进行高温固相反应180min，然后进行自然冷却，其产物XRD图见图1。在未使用粘结剂球磨和未进行压制的原料合成的铁橄榄石，其纯度只有62％左右，其余38％为SiO2。[0026]对比实施例2[0027]将Fe、Fe2O3和SiO2按照摩尔比3:2:3比例称取原料20g，添加粘结剂进行混合球磨，不压制成块，直接将球磨粉状原料直接装入气氛管式炉中，通入惰性气体在1100℃条件下进行高温固相反应180min，然后进行自然冷却，其产物XRD图见图2。在使用粘结剂球磨和未进行压制的原料合成的铁橄榄石，其纯度只有73.5％左右，其余8.3％为SiO2，6.3％为Fe1-11.2％为Fe。xO，

[0028]实施例1[0029]将Fe、Fe2O3和SiO2按照摩尔比3:2:3比例称取原料20g，量取2ml无水乙醇，混合球磨，然后在20MPa压强下压制成块，将块状原料装入气氛管式炉中，通入惰性气体在1100℃

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说　明　书

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条件下进行高温固相反应180min，冷却后破碎球磨过200目筛，然后进行磁选分离，非磁性物料即为产品铁橄榄石。合成的铁橄榄石XRD图如图2所示，合成产品中铁橄榄石含量为95.3％以上，其余4.7％为Fe1-xO，反应原料及合成的铁橄榄石SEM图如图3所示。[0030]实施例2[0031]将Fe、Fe2O3和SiO2按照摩尔比4:2:3比例称取原料20g，量取4ml无水乙醇，混合球磨，然后在40MPa压强下压制成块，将块状原料装入气氛管式炉中，通入惰性气体在1000℃条件下进行高温固相反应240min，冷却后破碎球磨过200目筛，然后进行磁选分离，非磁性物料即为产品铁橄榄石。合成产品中铁橄榄石含量为达到96％以上，主要晶相为Fe2SiO4。[0032]实施例3[0033]将Fe、Fe2O3和SiO2按照摩尔比5:2:3比例称取原料20g，量取6ml无水乙醇，混合球磨，然后在50MPa压强下压制成块，将块状原料装入气氛管式炉中，通入惰性气体在1200℃条件下进行高温固相反应120min，冷却后破碎球磨过200目筛，然后进行磁选分离，非磁性物料即为产品铁橄榄石。合成产品中铁橄榄石含量为达到96％以上，主要晶相为Fe2SiO4。

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说　明　书　附　图

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图1

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说　明　书　附　图

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图2

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图3

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图4

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图5

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