氧化铁制备的方法

氧化铁制备的方法

制备氧化铁的方法有很多，根据反应物料的状态分别有干法和湿法两种。干法又包括气相法和固相法两种，其中气相法包括热分解法、鲁式法、焙烧法等。其中湿法包括空气氧化法、水解法、沉淀法、溶胶−凝胶法等；此外，还有催化法、包核法、水热法等工艺改进方法。

2.1 干法

气相法通常以羰基铁(Fe(CO)5)或者二茂铁(FeCP2)等为原材料，采用气相沉积、低温等离子化学沉积法(PCVD)、火焰热分解或激光热分解等方法来制备。固相法是把金属盐或金属氧化物按照配方充分混合、研磨以后进行煅烧，固相反应结束后，直接产生纳米粒子或研磨方法得到纳米粒子。

2.1.1 热分解法

热分解法通常以羰基铁(Fe(CO)5)或二茂铁(FeCP2)等为原材料，利用火焰热分解、激光分解或气相分解等技术制备而成。蔺恩惠等采用激光气相反应法，光源采用红外激光脉冲CO2激光器、以(Fe(CO)2)/O2作为反应物质，利用爆炸式反应，同时能够得到晶形和无定形态的三氧化二铁超细粉；该方法具有反应时间较短，工艺简单，产率高，能耗低等优点。余高奇等利用Fe(NO3)3·9H2O在高温加热到一定的温度会分解的特性，利用配制成的Fe(NO3)3·9H2O 的盐液体，经过超临界干燥，直接可得到纳米级氧化铁粉。热分解法具有操作环境好，影响因素少，产品质量高，工艺流程简单，分散性好，粒子超细等特点。但是其技术难度较大，对设备的结构和材质要求较高，一次性投资耗费大。

2.1.2 焙烧法

传统的焙烧法通常指的是绿矾焙烧法，该方法是指硫酸亚铁经过高温煅烧得到氧化铁红。该方法因为产生的SO2和SO3等气体严重污染环境，只应用于小规模生产。此外，还有煅烧铁黄、煅烧铁黑法。孙本良等提出一种利用化工等行业产生废铁泥为原料得到氧化铁红的工艺，该工艺包括筛分、磁选、煅烧等几个过程，其炉尾废气中粉尘通过除尘器收集后一方面可以作为后续产品的原料，另一

方面能净化空气，根本上解决了以往生产工艺所产生的废气而带来的一系列环境污染问题。李东平等采用柠檬酸铁，经研磨后过筛(71～80μm)，然后放进坩埚电阻炉中，在300℃条件下煅烧2～3h，直接得到纳米级的纯态γ-Fe2O3晶。邱春喜等将Fe(NO3)3·9H2O和NaOH固态物在玛瑙研钵中研磨充分，利用固−固相间化学反应直接可以生成固相产物，然后二次蒸馏水和乙醇交替使用洗涤 3 次，抽滤，用自然法干燥，得到粗产品，然后将此粗产品放在马弗炉中煅烧，直接可以生成α-Fe2O3纳米级微粒。利用焙烧法来制备氧化铁的工艺流程较简单，操作也方便，但是该方法能耗较高，产品纯度又较低，高温熔烧法很容易引起晶体间团聚，所得到的粉末分散性较差。

2.1.3 鲁式法(Ruthner)

Ruthner 法又叫做喷雾焙烧法(Spray Roasting)，是早期大中型的钢铁企业用来处理经过酸洗钢材后产生的废液(主要成分有FeCl2)、同时回收盐酸及制备氧化铁物质的一种主要方法途径。该法是以铁的氯化物(FeCl2)作为原料外加铁屑耗酸，将溶液净化后通过高温下喷雾焙烧。氯化亚铁的溶液在高温条件下发生水解、氧化反应生成氯化氢及氧化铁。氯化氢以盐酸形式回收，返回到酸洗钢材的车间再次使用。将所得氧化铁可以用于软磁铁氧体生产。其工艺原理如式(1)、(2)所示：

4FeCl2 +4H2O+O2→2Fe2O3+8HCl↑(1)

HCl(g)+H2O→HCl(l) (2)

何明兴等研究利用钢板酸洗液做为原料通过Ruthner 法制备得到高纯α-Fe2O3，以α-Fe2O3为原材料，采用铁氧体制备的工艺尝试制造出高档的永磁铁氧体。利用Ruthner 法来生产氧化铁，其工艺简单、成本低、产量大、周期短。但是由于该生产工艺中会产生盐酸，所以对设备腐蚀作用大，对设备有较高要求。

2.2 湿法

湿法又叫液相法，目前是工业界和实验室所广泛采用的用来制作粉体材料的重要方法。液相法的优点是生产成本低，设备简单，组分容易控制；其不足之处有杂质多，难以获得具有高性能的粉体粒子，其生成的粒子往往易于生成聚凝体的假颗粒，使其难以分散。

2.2.1 空气氧化法

空气氧化法通常可以分酸法和碱法两种。酸法是利用比理论量低的碱，把亚铁离子生成沉淀Fe(OH)2，通入气体(如空气)进行氧化而制得FeOOH晶种，然后将此晶种引入到亚铁盐，继续通入气体氧化，将Fe2+直接氧化生成FeOOH，并且在晶种上沉积使得晶种不断增大。碱法是利用比理论量高的碱(如氢氧化钠、氨水、碳酸盐等)将亚铁离子完全沉淀为Fe(OH)2，然后再通入空气进行氧化，最后经过滤水洗、干燥煅烧。张顺利等[13]研究了原料为硫铁矿烧渣，利用C来还原处理使得高价铁还原成为FeO，再加入硫酸容易，然后加入氨水中和作用，而制得Fe(OH)2，通入的空气使Fe(OH)2氧化形成氧化铁黄，最后的煅烧处理便可得到氧化铁产物，产品的质量通常与沉淀粒子Fe(OH)2的质量、溶液初始浓度、加料速度、搅拌状况、氧化转化情况、反应温度及添加剂等密切相关。陈白珍等也采用硫铁矿燃烧烧渣用为原料，利用空气氧化法制备得到针形α-FeOOH颜料，其性能可以达到一级品标准，因而是制备磁粉γ-Fe2O3的优质原料。空气氧化法是重要的制备氧化铁方法，其工艺简单，但是由于空气氧化法实为气、固、液三相反应，因而其反应机理及工艺条件较复杂，颗粒的形态难以控制。

2.2.2 溶胶−凝胶法(Sol-gel)

溶胶−凝胶法来制备粉体氧化铁的工艺方法是在含有Fe3+的溶液中加入适量的表面活性剂(如十二烷基苯磺酸钠，SDS)及碱，得到Fe(OH)3溶液，升高温度后过滤再离水并洗涤多次，最后经干燥法得到α-Fe2O3粒子。SUGIMOTO 等曾经利用Fe(OH)3凝胶制备得到较大量的α-Fe2O3假立方体，该法所得到粒子的分散性很好，粒子的粒径约为0.3～2μm，粒径相对较大。牛新书等人利用在硝酸铁和乙二醇甲醚的溶液体系中，采用溶胶−乳化−凝胶法来制备氧化铁纳米晶，该法第一次把表面活性剂引入到溶胶-凝胶化过程中，同时使用一种高效的缩合催化剂加速次反应过程。综合XRD、TEM和TG-DTA 分析说明，表面活性剂的加入有助于生成α-Fe2O3纳米晶，而由于缩合催化剂钛酸丁醇的作用则大大减少了凝胶的时间，所得到粉体的最初晶粒尺寸大约为30nm 。日本伊藤征司郎等利用胶溶法来制备得到透明的氧化铁颜料，是把Fe2(SO4)3与Na2CO3放在恒温池中进行反应，开始生成Fe(OH)3沉淀物，沉淀物经过滤、洗涤以后，再加入FeCl3溶液，在水浴条件下加热、搅拌，将Fe(OH)3沉淀物转化为透明阳性的