铁酸钙氢还原制备球形纳米铁粉的工艺及机理
铁酸钙氢还原制备球形纳米铁粉的工艺及机理张宇奇;高自立;陈新贵;吴爱华;叶楠;吴家景;唐建成【摘要】以CaO和Fe2O3为原料,煅烧出单相CaFe2O4粉末、单相Ca2Fe2O5粉末和混合相Ca2Fe2O5/CaO粉末,以此为前驱体,利用氢还原制备纳米铁粉.分析前驱体种类对还原温度、铁粉形貌和粒径的影响,研究铁酸钙氢还原制备球形纳米铁粉的机理.结果表明:随着CaO比例的增加,铁酸钙前驱体的还原温度升高,铁粉的粒径减小,铁粉的形貌由不规则形状逐渐变为球形.Ca2Fe2O5/CaO前驱体经950℃氢还原,得到平均粒径为34 nm的球形铁粉,且粒度分布均匀,分散性较好.CaO在纳米Fe粉制备过程中起分散和促进Fe粉形核的作用.【期刊名称】《粉末冶金材料科学与工程》【年(卷),期】2018(023)006【总页数】7页(P640-646)【关键词】铁酸钙;氢还原;球形;纳米铁粉;粒径【作者】张宇奇;高自立;陈新贵;吴爱华;叶楠;吴家景;唐建成【作者单位】南昌硬质合金有限责任公司,南昌 330013;南昌大学材料科学与工程学院,南昌 330031;江西省科学院应用物理研究所,南昌 330028;南昌硬质合金有限责任公司,南昌 330013;南昌大学材料科学与工程学院,南昌 330031;南昌大学材料科学与工程学院,南昌 330031;南昌大学材料科学与工程学院,南昌 330031【正文语种】中文【中图分类】TF123.73纳米铁粉由于其优异的表面化学活性、高饱和磁化强度以及生物相容性[1]，已成功应用于化学催化[2]、水体治理[3−4]、磁性材料[5−7]及医药载体[8−9]等领域。
目前，纳米铁粉的制备方法主要有气相还原法[10]、液相还原法[11−12]、固相还原法[13]以及羰基法[14]等。
由于纳米铁粉具有较高的比表面积，如果还原工艺不当，会对纳米铁粉的性能产生严重影响：当还原温度过低时，可能还原不完全，导致晶粒完整性较差；而当还原温度过高，铁粉容易在高温下通过产生烧结颈长大，导致粒径变粗，形貌变差。
通过添加其它物质对铁原子进行阻隔，避免还原高温作用下铁粉颗粒发生烧结合并长大，从而控制铁粉形貌和粒径，为纳米铁粉的还原制备开辟了一条新的途径[15]。
铁酸钙是一种含钙铁酸盐，主要有铁酸二钙2CaO·Fe2O3，铁酸一钙CaO·Fe2O3和铁酸半钙CaO·2Fe2O3，而不同的烧结工艺可以改变铁酸钙内部铁离子的价态，使三价铁离子转变为二价[16]。
这种新的固溶体称为CaO- FeO-Fe2O3系固溶体，主要有3CaO·FeO·7Fe2O3、CaO·FeO·Fe2O3、4CaO·FeO·4Fe2O3以及CaO·3FeO·Fe2O3等[17]。
铁酸钙作为一种重要的熔剂型烧结矿，较硅酸盐烧结矿具有强度高、还原性能优良、节约能源的优点[18]。
本文以CaFe2O4、Ca2Fe2O5和Ca2Fe2O5+CaO混合相为前驱体，利用氢气还原制备纳米铁粉，研究前驱体种类和还原工艺对铁粉形貌和粒径的影响，并分析铁酸钙氢还原制备球形纳米铁粉的机理。
以CaO和Fe2O3为原料，按照CaO：Fe2O3质量比分别为7:20、7:10、7:3进行球磨，均匀混合后，在空气气氛下于1 270 ℃煅烧4 h，分别得到纯相CaFe2O4、纯相Ca2Fe2O5和混合相Ca2Fe2O5+CaO前驱体。
还原反应在管式气氛炉中进行，每次称取一定量的前驱体粉末，在氢气气流下于不同温度还原2 h，为了防止还原产物被氧化，在降温阶段通入工业氮气进行钝化处理。
还原后的产物用浓度为0.2 mol/L的NH4Cl溶液浸泡30 min，并搅拌，反复清洗3次后，再用去离子水和无水乙醇交替清洗2次，然后在80 ℃下真空干燥，得到纯净的纳米铁粉。
采用Bruker D8 Focus型X射线衍射仪对还原产物及清洗后试样进行物相分析，测试参数为：X射线源为铜靶Kα辐射，特征波长λ=0.154 05 nm，工作电压40 kV，工作电流60 mA，扫描步长0.02°，扫描范围2θ为10°~90°。
采用JEOF-6701场发射扫描电子显微镜(SEM)和JEM1200EX透射电子显微镜(TEM)观察铁粉的形貌、大小和聚集状态，并对铁粉的SEM和TEM图像进行2D-粒度分析，采用截线法测量铁粉的平均粒径。
图1为CaFe2O4前驱体不同温度还原产物的XRD谱图。
由图可知，当还原温度为600 ℃时，还原产物中的相成分为Fe+CaO+Ca2Fe2O5，说明前驱体已发生一定程度的还原，但由于反应温度较低，还原不充分。
当还原温度为650 ℃时，Ca2Fe2O5相的衍射峰消失，产物由Fe和CaO两相组成，说明前驱体已完全还原；随着还原温度继续升高，Fe的衍射峰强度变强，表明在较高还原温度下，Fe粉具有更好的结晶度。
图2和图3分别为Ca2Fe2O5和Ca2Fe2O5/CaO前驱体不同温度还原产物的XRD谱图。
由图可知，Ca2Fe2O5和Ca2Fe2O5/CaO在不同温度还原产物的物相组成基本相同，但衍射峰强度有差异，说明两者具有一致的还原特性。
氢还原温度为850℃时，Ca2Fe2O5/CaO还原产物中CaO衍射峰的强度明显高于Ca2Fe2O5还原产物，这是由于Ca2Fe2O5/CaO前驱体中含有更多的CaO，结构遗传作用所导致的。
图4为不同铁酸钙前驱体完全还原清洗后产物的XRD谱图。
由图可知，经过清洗，还原产物中的CaO已被完全去除，清洗后试样的XRD谱图中只有Fe的衍射峰，并无其它杂质峰。
随着前驱体中CaO比例的增加，Fe衍射峰的强度也随之增强，这是由于还原温度随前驱体中CaO含量的增加而提高，使铁粉发育更完全，结晶度更好。
图5为不同前驱体还原铁粉的SEM图像。
由图可知，当前驱体为CaFe2O4相时，还原铁粉呈不规则块状，颗粒之间有明显的烧结现象。
烧结颈的出现表明还原温度高于铁原子的再结晶温度，铁粉在高温下通过扩散和流动产生烧结颈从而不断长大。
当以Ca2Fe2O5为前驱体时，还原铁粉形貌大多呈柱状，并分散有一些大小不等的小颗粒，烧结团聚现象减弱。
虽然Ca2Fe2O5前驱体能制备出初始粒度为亚微米级的铁粉，但在高温下，铁粉的形貌和粒度并不易控制。
当采用Ca2Fe2O5/CaO混合体作为前驱体时，还原铁粉呈规则的球形或颗粒状，平均粒径约为34 nm，且粒度分布均匀，分散性较好。
这是由于前驱体中较高比例的CaO对铁粉具有包裹和阻隔作用，虽然还原温度较高，但铁粉没有直接相互接触，避免了烧结颈的出现。
以上结果说明，随着前驱体中CaO含量的增加，铁粉的粒径逐渐减小、结晶度变好、形貌由不规则块状转变为颗粒状或球状。
图6为Ca2Fe2O5/CaO前驱体不同温度还原铁粉的SEM和TEM图。
由图可知，当还原温度为850 ℃时，铁粉呈细小均匀的颗粒状，粒度均匀但结晶状态较差，平均粒径为21 nm。
当还原温度为900 ℃时，铁粉颗粒呈不规则近球状，平均粒径增大至28 nm。
当还原温度升高至950 ℃时，所得铁粉形貌为规则的球形颗粒，分散性和结晶状态较好，平均粒径达到34 nm。
以上结果表明，随还原温度升高，所得纳米铁粉粒径增大，形貌由不规则颗粒状转变为球形，分散性和结晶状态得到明显改善。
通过对前驱体的晶体结构进行分析，探讨不同铁酸钙前驱体对还原铁粉形貌和粒径的影响。
铁酸钙前驱体的晶体结构如图7所示，晶格参数列于表1。
由图7可知，两种铁酸钙前驱体都为正交晶系。
在C轴方向上，CaFe2O4前驱体为[CaO6]+[FeO6]联合堆垛方式；Ca2Fe2O5前驱体为[FeO6]或[FeO4]与[CaO6]交叉堆垛方式。
且CaFe2O4前驱体的致密度更大，晶胞内铁原子排列更加紧密。
由于CaFe2O4晶粒中[FeO6]八面体在C轴方向呈现出层状堆积，使得铁原子在还原过程中更容易在C轴方向迅速长大，并通过铁原子的扩散在其他维度长大，最终使铁粉的形貌呈现出不规则的方状。
对于Ca2Fe2O5晶粒内的交叉堆垛方式，可以通过中间CaO层阻隔铁被还原时的直接接触，在铁粉还原长大的过程中可以避免铁原子在被还原时立即相互接触，可以有效避免铁粉的不规则长大。
而在Ca2Fe2O5/CaO前驱体中，一是继承了Ca2Fe2O5前驱体中铁原子的排列方式；二是在还原过程中，Ca2Fe2O5结构在不断转变，CaO覆盖在被还原的铁粉周围，使铁颗粒相对分散，并在高温下不断发育，阻止铁颗粒的相互接触产生烧结颈。
铁酸钙的还原过程其实是Fe-O与部分O—O化学键离解的过程，而化学键的离解能受到键角、键长等因素影响，由于CaFe2O4与Ca2Fe2O5晶粒中[FeO6]、[FeO4]中Fe—O键与O—O键的化学离解能不同，致使还原温度有差异。
不同前驱体的还原过程如图8所示。
当前驱体为CaFe2O4时，由于前驱体中CaO含量较低，导致还原过程中，铁原子快速扩散迁移并长大。
而当前驱体中CaO含量不断升高，CaO对铁原子扩散的阻隔作用不断加强，致使铁粉在还原长大过程中需要额外的驱动力以扩散并长大。
当前驱体中CaO的含量继续升高时，可以在铁酸钙前驱体的颗粒之间形成CaO层，阻止铁粉通过晶界迁移长大；并且CaO弥散分布在铁粉周围，进一步增大铁粉的扩散阻力，细化铁粉的粒径。
还原过程中水分的蒸发引起强烈的分散作用也是细化铁粉的重要因素。
因此在高温还原条件下，即可细化铁粉，又使铁粉充分发育，改善晶粒完整性。
由于铁酸钙的还原过程是通过物相转变不断完成的，因此铁原子的还原过程是连续的，有利于使在还原过程中不断发育，改善晶粒完整性，并且可以使铁粉保持各向同性且均匀长大。
1) 铁酸钙前驱体的还原温度随CaO含量增加而升高，CaFe2O4和Ca2Fe2O5相的最低氢还原温度分别为650 ℃和850 ℃；随着前驱体中CaO含量的增加，还原铁粉的粒径不断减小，形貌由不规则块状逐渐变为球形，铁粉的结晶状态改善。
2) 以Ca2Fe2O5/CaO为前驱体，随还原温度升高，所得纳米铁粉粒径增大，形貌由不规则颗粒状转变为球形，分散性和结晶状态得到明显改善；Ca2Fe2O5/CaO前驱体的最佳还原温度为950 ℃，所得铁粉的平均粒径为34 nm。
3) 铁酸钙前驱体的还原分两个阶段进行，但还原过程不是铁酸钙先分解再还原，而是通过一系列Ca-Fe-O三元相的转变连续完成的，CaO在纳米铁粉的制备中起到了分散并促进铁粉形核的作用。
【相关文献】[1] HUBER D L. Synthesis, properties, and applications of iron nanoparticles[J]. Small. 2005, 1(5): 482−501.[2] OHTSUKA Y. Selective conversion of fuel-bound nitrogen to N2 with iron nanoparticles[J]. Journal of the Japan Petroleum Institute, 1998, 3(41): 182−192.[3] GHAUCH A, TUQAN A, ASSI H A. Antibiotic removal from water: elimination of amoxicillin and ampicillin by microscale and nanoscale iron particles[J]. Environmental Pollution, 2009, 157(5): 1626−1635.[4] TIAN H, LI J, MU Z, et al. Effect of pH on DDT degradation in aqueous solution using bimetallic Ni/Fe nanoparticles[J]. Separation and Purification Technology, 2009,66(1): 84−89.[5] 吴旻, 张秋禹, 罗正平, 等. 软质磁性材料的制备及在磁流变液中的应用[J]. 物理化学学报, 2001, 14(5): 597−600. WU Min, ZHANG Qiuyu, LUO Zhengpin, et al. The preparation of light magnetic materials and it’s application on magnetorheological fluids[J]. Chinese Journal of Chemical Physics, 2001, 14 (5): 597−600.[6] MIURA K, MASUDA M, ITOH M, et al. micro-wave absorption properties of the nano-composite powders recovered from Nd-Fe-B bonded magnet scraps[J]. Journal of Alloys and Compound, 2006, 408: 1391−1395.[7] 彭伟才, 陈康华, 李晶儡,等.随机分布Fe纳米线复合材料的吸波性能[J]. 中国有色金属学报, 2005(2): 288−294.PENG Weicai, CHEN Kanghua, LI Jinglei, et al.Microwave absorbing properties of iron nanowire composites distributed randomly[J].The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2005(2): 288−294.[8] PANKHURST Q A, CONNOLLY S K, JONES J, et al. Applications of magnetic nanoparticles in biomedicine[J]. Journal of Physics D: Applied Physics, 2003, 36(13):167−181.[9] ROSENSWEIG R E. Heating magnetic fluid with alternating magnetic field[J]. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2002, 252: 370−374.[10] 曹茂盛. 气相还原法制备α-Fe超细粉末[J]. 材料科学与工艺, 1995, 3(3) : 67−69.CAO Maosheng. The α-Fe ultra-fine-powder preparation by vapor phase deoxidation[J]. Material Science and Technology, 1995, 3(3): 67−69.[11] 欧阳鸿武, 孟小杰, 黄誓成, 等. 纳米铁及氧化铁制备技术的进展[J]. 粉末冶金材料科学与工程, 2008, 13(6): 315−322.OUYANG Hongwu, MENG Xiaojie, HUANG Shicheng, et al. Technological progresses of fabricating nano-iron and nano-iron oxidepowders[J].Materials Science and Engineering of Powder Metallurgy, 2008, 13(6): 315−322.[12] 程起林, 赵斌, 古宏晨. 液相还原法制备Fe-Cr纳米粉[J]. 东华理工大学学报, 1999, 25(5): 499−502.CHENG Qilin, ZHAO Bin, GU Hong-chen.Preparation of Fe-Cr nanopowders by chemical reduction in a liquid phase[J]. Journal of East China University of Science and Technology, 1999, 25(5): 499−502.[13] 彭梅. 超细铁粉的制备及应用[J]. 重型机械科技, 2003(3): 50−53. PENG Mei. The preparation and the application of the super fine iron powder[J]. Heavy Machinery Science and Technology, 2003, 3: 50−53.[14] SUSLICK K S. FANG M, HYEON T. Sonochemical synthesis of iron colloids[J]. Journal of the American Chemistry Society, 1996,118(47): 11960−11961.[15] VARANDA L C, JAFELICCI J M, TARTAJ P, et al. Structural and magnetic transformation of monodispersed iron oxide particles in a reducing atmosphere[J]. Journal of Applied Physics, 2002, 92(4): 2079−2085.[16] 郭兴敏. 烧结过程铁酸钙生成及其矿物学[M]. 北京: 冶金工业出版社, 1999, 56−77. GUO Xingmin. Formation of Calcium Ferrite During Sintering Process and Its Mineralogy[M]. Beijing: Metallurgy Industry Press, 1999: 56−77.[17] SALEH H I. Synthesis and formation mechanisms of calcium ferrite compounds[J]. Journal of Material Science and Technology, 2004, 20(5): 530−534.[18] AZZONI C B, MOZZATI M C, MASSAROTTI V, et al New insights into the magnetic properties of the Ca2Fe2O5 ferrite[J]. Solid State Science, 2007, 9: 515−520.。
纳米球形磷酸铁的制备方法以及由该方法制备的纳米磷酸铁、磷酸铁锂和锂电池[发明专利]
![纳米球形磷酸铁的制备方法以及由该方法制备的纳米磷酸铁、磷酸铁锂和锂电池[发明专利]](https://360docs-1393072327.cos.ap-beijing.myqcloud.com/9d2f098e970590c69ec3d5bbfd0a79563c1ed467.webp)
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201710685149.1(22)申请日 2017.08.11(71)申请人 高延敏地址 212000 江苏省镇江市京口区梦溪路6号15幢403室申请人 江苏叶能电池有限公司(72)发明人 高延敏 (74)专利代理机构 无锡市汇诚永信专利代理事务所(普通合伙) 32260代理人 张欢勇(51)Int.Cl.C01B 25/37(2006.01)C01B 25/45(2006.01)H01M 4/58(2010.01)H01M 10/052(2010.01)B82Y 40/00(2011.01)(54)发明名称纳米球形磷酸铁的制备方法以及由该方法制备的纳米磷酸铁、磷酸铁锂和锂电池(57)摘要本发明公开了一种纳米球形磷酸铁的制备方法以及由该方法制备的纳米磷酸铁、磷酸铁锂和锂电池，该方法包括以下步骤：混合：向可溶性的二价铁化合物溶液中滴加由磷源化合物溶液和氧化剂溶液组成的混合溶液，同时加入纳米球形控制剂并进行搅拌混合；反应：在回流条件下，于50-100℃搅拌、反应5-10h；过滤：采用高磁性过滤器对反应后的混合溶液进行磁性过滤，并对过滤后的溶液进行压滤处理从而得到磷酸铁粗产品；锻烧：将粗产品置于惰性气体保护条件下于650-850℃煅烧24h，冷却后得到最终的磷酸铁产品。
该方法能够控制所产生的磷酸铁产品的形貌和提升磷酸铁锂材料性能。
权利要求书2页 说明书10页 附图7页CN 107522188 A 2017.12.29C N 107522188A1.一种纳米球形磷酸铁的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：混合：向可溶性的二价铁化合物溶液中滴加由磷源化合物溶液和氧化剂溶液组成的混合溶液，同时加入纳米球形控制剂并进行搅拌混合；所述二价铁化合物为硫酸亚铁、亚硫酸亚铁、氯化亚铁、硝酸盐铁或磷酸二氢酸亚铁；所述磷源化合物为磷酸、磷酸一氢铵、磷酸二氢铵或磷酸铵；所述氧化剂为双氧水或过硫酸铵；所述纳米球形控制剂为含有氮、羟基、羟基或羧基的芳香族有机化合物；反应：在回流条件下，于50-100℃搅拌、反应5-10h；过滤：采用高磁性过滤器对反应后的混合溶液进行磁性过滤，并对过滤后的溶液进行压滤处理从而得到磷酸铁粗产品；煅烧：将粗产品置于惰性气体保护条件下于650-850℃煅烧24h，冷却后得到最终的磷酸铁产品。
一种还原铁粉的制备方法[发明专利]
![一种还原铁粉的制备方法[发明专利]](https://360docs-1393072327.cos.ap-beijing.myqcloud.com/9aee8d14a4e9856a561252d380eb6294dc882254.webp)
(10)申请公布号(43)申请公布日 (21)申请号 201510920340.0(22)申请日 2015.12.11B22F 9/04(2006.01)C22B 1/244(2006.01)C22B 1/248(2006.01)C21B 13/00(2006.01)(71)申请人北京科技大学地址100083 北京市海淀区学院路30号(72)发明人倪文 范敦城 王健月 汤畅(74)专利代理机构北京金智普华知识产权代理有限公司 11401代理人皋吉甫(54)发明名称一种还原铁粉的制备方法(57)摘要本发明公开一种还原铁粉的制备方法，属于资源综合利用领域。
所述制备方法以拜耳法赤泥、钢渣以及铁尾矿预富集铁精矿为原料，用所述拜耳法赤泥和所述钢渣协同还原所述铁尾矿预富集精矿，回收所述铁尾矿预富集铁精矿、所述拜耳法赤泥以及所述钢渣中的铁，制备获得还原铁粉；所述制备方法包括拜耳法赤泥和钢渣预处理、生球团的制备、高温还原以及湿法磨矿和湿法磁选步骤。
本发明利用提炼氧化铝厂排出的拜耳法赤泥和炼钢厂排出的钢渣协同强化还原铁尾矿预富集得到的预富集铁精矿，同时实现了三种固体废弃物铁资源的综合利用，并且还原过程中不需要添加其他任何工业级或化学纯添加剂，可明显降低还原成本。
(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书2页 说明书7页 附图2页CN 105522160 A 2016.04.27C N 105522160A1.一种还原铁粉的制备方法，其特征在于，所述制备方法以拜耳法赤泥、钢渣以及铁尾矿预富集铁精矿为原料，采用所述拜耳法赤泥和所述钢渣协同还原所述铁尾矿预富集精矿，以回收所述铁尾矿预富集铁精矿、所述拜耳法赤泥以及所述钢渣中的铁，制备获得还原铁粉。
2.根据权利要求1所述一种还原铁粉的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括拜耳法赤泥和钢渣预处理、生球团的制备、高温还原以及湿法磨矿和湿法磁选步骤。
氢气还原针铁矿制备的纳米铁去除硝酸盐的研究
气流速保持在 150 mL /m in, 分别 在 350、450、550、 650 下煅烧反应 6 h, 反应结束后继续通氢气, 待
管式炉冷却到室温时取出密封保存。
试验用地下水样由硝酸钾溶液配制而成。向锥
形瓶中加入 250 mL 含不同浓度硝酸盐的模拟水样,
调节不同的初始 pH 值, 称取不同量的纳米铁 ( 或普
酸盐的质量比为 40 1的条件下, 控制水样的初始 pH 值分别为 1、2、4、6、8, 考察 pH 值对硝酸盐去除
效果的影响。结果表明, 随着初始 pH 值的增大, 纳
米铁对硝酸盐的去除率逐渐降低。这说明纳米铁对
硝酸盐的还原是酸性驱动反应, 地下水的 pH 值越 低则越有利于单质铁与硝酸盐的反应。但在接近中
关键词: 针铁矿; 纳米铁; 硝酸盐; 地下水 中图分类号: TU991 文献标识码: C 文章编号: 1000- 4602( 2011) 03- 0074- 04
Study on N itrate R em oval w ith Nanoscale Z ero valent Iron P repared by H ydrogen Reducing Goethite
实验三纳米铁粉的制备
实验三纳米铁粉的制备一、文献综述纳米粉末的表面原子数、表面能及表面力随粒径减小而急剧增加，小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应及宏观量子隧道效应等导致纳米微粒的热、磁、光敏感特性和表面稳定性等不同于常规粒子。
因此，纳米铁粉在高效催化、光吸收材料、气敏元件、高密度磁记录材料等领域得到日益广阔的应用，纳米微粒物性的研究和制备技术的发展也得到高度的重视。
高树梅等在《改进液相还原法制备纳米零价铁颗粒》中指出，通过添加高分子分散剂聚乙烯吡咯烷酮( PVP) 和乙醇对纳米铁颗粒进行表面物理改性, 从而达到改善其在水溶液中分散性的目的。
普京辉等在文章《纳米αFe金属磁粉制备及其磁性能研究》中指出在乳化剂PG 参与下, 从铁盐溶液中沉淀析出FeC2O 4·2H2O 作前驱体, 经热分解、氢气还原和表面钝化处理, 制备出轴比1～3( 长短径比) 、长径约50 nm 的椭球或短棒状α- Fe 金属磁粉.为配合当前中学化学课程改革和教育部新课标的理念，使中学生直接感受到纳米材料的奇异特性。
本实验选择制备工艺简单，设备要求低，生产成本低的固相还原法,此实验可操作性强，在中学化学实验室条件和教师指导下，具备一定化学知识的高中学生便可完成。
纳米铁粉的“自燃现象”甚至可替代“白磷的自燃”实验，安全、无毒。
二、实验目的1.进一步巩固铁的物理性质和化学性质的认识,养学生对原有知识的进一步探究学习的能力。
2.认识铁粉具有可燃性，并重温燃烧条件的知识。
3.丰富学生的实验容，提供学生尝试新实验的机会，增强其实验技能，培养其学习化学的兴趣。
三、实验原理纳米铁粉制备方法主要分为物理法和化学法。
物理法分为冷冻干燥法、深度塑性变形法、物理气相沉积法等。
化学方法主要有热解羰基铁法，水热合成法，水解还原法，化学还原法，电沉积法，溶胶一凝胶法，改进共沉淀法，共沉淀法，微乳液法等，其中化学还原法分为固相还原法和液相还原法。
由于我们做的是学生实验，所以选择制备工艺简单，设备要求低，生产成本低的固相还原法，又叫溶液沉淀法，这种方法的前驱体（二水草酸亚铁）处理较麻烦。
纳米还原超细铁粉
纳米还原超细铁粉
纳米还原超细铁粉是一种高精度金属粉末材料，尺寸在纳米级别。
它是通过化学还原和粉碎等技术制备而成，具有高度纯度和均匀性，表面光滑，粒度均匀，颗粒分布较窄。
这种材料具有较高的比表面积和活性，可用于催化剂、储氢材料、磁性液体、生物医疗等领域。
在汽车、航空、电子等工业领域也有广泛应用。
纳米还原超细铁粉的主要制备方法包括化学还原法、热反应法、溶胶-凝胶法等。
其中最常用的是化学还原法，这种方法通过还原剂
将铁离子还原为金属铁，再通过机械粉碎等工艺制备粉末材料。
此外，还可以通过控制反应条件和添加表面活性剂等手段来调节粉末的粒
径和形貌。
纳米还原超细铁粉的应用范围非常广泛，其中最重要的应用是在催化领域。
金属纳米材料具有较高的比表面积和活性，可用于催化反应，如有机合成、氧化还原反应等。
此外，纳米铁粉还可以制备成磁性液体，用于磁性分离、纳米催化等领域。
纳米铁粉还可以用作储氢材料、生物医学材料等。
随着纳米技术的不断发展，纳米还原超细铁粉的应用前景越来越广阔。
- 1 -。
铁酸洗废液合成球形磁粉四氧化三铁
应用化学专业实验含铁酸洗废液合成球形磁粉四氧化三铁学生姓名陈凌志学号030212010006指导教师张栋梅专业应用化学年级10级同组者蔡芳雅中国海洋大学化学化工学院含铁酸洗废液合成球形磁粉四氧化三铁一、实验目的：1、了解含铁酸洗废液的性质及资源化处理技术。
2、掌握球形四氧化三铁的形成条件及提取方法。
3、掌握实验中涉及的基本操作。
二、实验原理：钢铁加工过程中产生大量的含铁废酸液，其酸度一般为1％，含铁150-200g/L。
其资源化处理一直是世界性难题，由于处理成本与产品价值不匹配，处理技术没有重大突破，产生废酸的厂家不愿意进行处理，导致含铁废酸液没有理想的去向。
由此，这些酸洗废液对周围环境及水资源造成了严重的污染。
铁离子是生产打印机、复印机墨粉用高档球形磁粉（磁性四氧化三铁，Fe3O4）的原料，也可以生产铁系颜料、透明铁红、纳米铁系产品、锂电池原料LiFePO4、LiFeO2等中、高档铁系产品。
1. 实验流程图2. 反应原理：三．实验仪器与试剂1、仪器：搅拌器、温度计、烘箱、电子天平、三口烧瓶（250ml）、量筒（10ml和100ml）、吸量管（10ml和20ml）、布氏漏斗、真空泵、马弗炉、离心机、比重计。
2、试剂：氢氧化钠、聚丙烯酰胺、硫酸铝、硅酸钠、钛酸丁酯、硫酸镍、羧甲基纤维素、磷酸二氢钾、氯化银、pH试纸、铁粉。
四、实验步骤1、含铁废液预处理含铁废液来自铁塔制造企业，含有杂质，需要预处理。
取80ml滤液B于200ml烧杯中，加入聚丙烯酰胺溶液3滴（絮凝剂），搅拌，过滤。
滤液待用。
有现成的15%的氢氧化钠溶液备用。
2、合成（1）取50ml处理酸液于500ml烧杯中，加自来水225ml。
搅拌下用电热套加热至80℃后，滴加15％的氢氧化钠溶液至pH为6。
（2）向反应液中通氧气，通气速度为有不间断的气泡冒出；通气15min后缓慢加入配置好的NaNO2溶液（取0.05g亚硝酸钠用5ml水溶解）。
（3）继续通氧气15min后反应液中一次缓慢加入助剂B 0.05ml、C 2.0ml、D 0.05ml、E 0.05ml，每种助剂间隔10min。
氢气还原铁干重整工艺流程
氢气还原铁干重整工艺流程1 氢气还原铁干重整介绍氢气还原铁干重整是一种挤出工艺，所用原料为铁、氢气、石墨等，是一种能够制造高强度和高纯度的材料的过程。
它的出现使得铁干能够满足各种不同材料的需求，并且能够保证大规模的生产。
本文将会介绍氢气还原铁干重整的流程、特点和应用情况。
2 流程介绍氢气还原铁干重整的工艺流程主要包括以下步骤：1.将所需的材料混合在一起，并将其放入在一个加热炉中进行预热，其中铁是主要原料之一。
2.在炉子中加入氢气，使其与铁粉充分接触，开始化学反应。
这个过程产生了高温，同时还渗透了一定量的氢气。
3.原来的铁转化成了一种叫作基体的物质，它和氢气反应，产生了高纯度的铁干，同时也可以产生一些副产物，如碳和氨。
3 特点介绍与传统的粉末冶金或者其他的加工过程相比，氢气还原铁干重整具有许多优越的特点。
其中最重要的优点之一就是可以制造出高强度、高纯度、细粒度和高密度的铁干。
此外，它的生产效率、制品的工作寿命都比较高，此外还能降低生产成本。
4 应用情况介绍氢气还原铁干重整是一种非常受欢迎的材料制备工艺，在汽车、制造业、军事等领域中应用广泛。
它为各种行业提供了强度高、结构轻、功能多样的制品。
特别的，它的应用于电池制造中特别重要，能够促进电池的寿命和效率。
5 结论总的来说，氢气还原铁干重整是一种非常有前途的加工工艺。
这种铁干制备工艺的优点就是高效、环保和成本低。
在使用过程中，它可以提供更多的机会，使我们可以开发出更好的产品和制品。
因此，我们可以毫无保留地认为它对于各种不同行业的发展都会有着非常积极的影响。
氢还原法制粉
轧钢铁鳞
干燥
过筛 （网眼 3.125mm）
磁选
球磨
过筛 （100 目）
预热炉 （870~980℃）
还原炉 （980℃）
碾磨
过筛
合批
铁粉
1、 铁鳞及其预处理 用铁鳞作原料时，困难在于二氧化硅的含量不同和来源于不同铁鳞的还原性不同。该公司规 定铁鳞的二氧化硅含量不得高于 0.5%。必要时，需将不同的铁鳞混合后使用。进厂的铁鳞 需检验，含铁量平均不应低于 70%。
新氧化，再被还原时便沉积在粗粒的钨粉上，结果使细钨粉不断减少，粗钨粉不断长大。
b、氢气流量的影响：增大氢气流量有利于反应向还原方向进行，有利于排除还原产物水蒸
气使三氧化钨在低温充分还原，从而可得细钨粉。但氢气流量也不能过大，否则将带出物料，
-沉积引起的。钨的氧化物具有挥发性， WO2 在 700℃开始挥发，一般 750~800℃晶粒开始
长大。在还原过程中随着温度的升高，三氧化钨的挥发性增大。三氧化钨的蒸气以气相被还
原后沉积在以还原的低价氧化钨或金属钨粉的颗粒表面上使颗粒长大。由于 WO2 的挥发性
比WO3 小，如采用分段还原法，第一阶段还原（WO3 ⎯⎯→WO2 ）时，颗粒长大严重，应
3Fe2O3 + H2 = 2Fe3O4 + H2O − − − ∆H298 = −5210卡 − − −（a′）
Fe3O4 + H2 = 3FeO + H2O − − − −∆H298 = 15190卡 − − −（b′）
FeO + H2 = Fe + H2O − − − − − −∆H 298 = 6620卡 − − −（c′）
b、三氧化钨中含水量的影响：如果 H2WO4 煅烧不充分，尚有少量的结晶水，或者空气湿
化学还原法制备Fe3O4纳米颗粒及其性能研究
尖 晶石 型铁氧体 。当 Ｆ ｅ 。 Ｏ 颗 粒尺 寸降至 纳米 尺度 时 ， 结构和 性能会发 生一些改 变 ， 如单 磁 畴结构 、 超顺 磁性 、
磁相变 温 度 等 ， Ｆ ｅ 。 Ｏ 纳米 颗 粒 是 一 种 多 功 能 磁 性 材
（ 兰州 理工 大学 石 油化 工学 院 ，甘肃 兰州 ７ ３ ０ ０ ５ ０ ） 摘 要 ： 采 用化 学还 原 法制 备 得 到 了 Ｆ ｅ 。 Ｏ 纳 米颗
粒， 并 用 ＸＲ Ｄ 对制 备 条 件 ： 分散 剂 种 类 、 分散 剂 用量 、
一
般地， 微 乳液 法合 成 Ｆ ｅ 。 Ｏ 纳 米颗 粒 对 相 应合
用 Ｐ ＥＧ（ ６ ０ ０ ０ ） 做 分散 剂 ， Ｐ ＥＧ 用 量 为 ５ ０ ｇ ／ Ｌ， 煅 烧 温
度为 ７ ０ ０ ℃， 煅 烧 时间为 １ ２ ０ ｍｉ ｎ 时， 制 备 得 到 的
工艺 相对 简单 ， 并且 得到 产物饱 和磁 化强 度 相对 较 高 。 本 文采 用化学 还 原法 ， 在 高 温 隔绝 Ｏ 的条 件 下 ， 将 样 品中有 机分散 剂碳 化 ， 使 ｃ颗 粒 与 Ｆ ｅ Ｏ。 颗 粒 发生 还 原反应 ， 以期 得 到 粒 径 较 小 磁性 能 高 的 Ｆ ｅ 。 Ｏ 颗
疗 仪器 厂 ； Ｄ Ｒ Ｚ 一 ３ Ｂ型 电阻炉 温 度 控制 器 ， 长 沙 市 华光 电机 厂 ； Ｓ Ｋ － ２ ５ １ ４ ５型管 形 高 温 定 碳 炉 ， 长 沙 市华 光 电
机厂 。
２ ． ２ 实 验 步 骤
小为 ２ ～８ ｎ ｍ。Ｉ ． Ｎｅ ｄ ｋ ｏ ｖ等 利 用 简 单 而 有 应 用 前
非等温条件下氢气还原Fe2O3-NiO制备镍铁合金的反应动力学
非等温条件下氢气还原Fe2O3-NiO制备镍铁合金的反应动力学张海培;李博;丁志广;魏永刚;周世伟【期刊名称】《中国有色金属学报》【年(卷),期】2017(027)001【摘要】主要研究不同质量比的Fe2O3-NiO在氢气气氛下还原过程的非等温动力学.根据热分析动力学研究方法,结合样品的质量损失曲线,获得了样品在非等温还原过程中的动力学曲线,并确定Fe2O3-NiO体系在氢气气氛下还原过程的最佳机理函数(G(α)=[-ln(1-α)]4),过程受随机成核和随后生长机理控制.结果表明:当样品中Fe2O3-NiO质量比从1∶2变化到2∶1时,还原反应过程的活化能从249.821 kJ/mol增加至390.074 kJ/mol;随着体系中NiO含量增加,还原反应开始的温度逐渐降低,还原产物物相由铁纹石相(Fe,Ni)和镍纹石相(Fe,Ni)逐渐转变为镍铁合金相(FeNi3),产物微观颗粒尺寸变得不均匀.通过建立数学模型,验证了反应过程中反应分数的模型计算值与实验测量值具有良好的相关性.【总页数】7页(P171-177)【作者】张海培;李博;丁志广;魏永刚;周世伟【作者单位】昆明理工大学省部共建复杂有色金属资源清洁利用国家重点实验室,昆明650093;昆明理工大学冶金与能源工程学院,昆明650093;昆明理工大学省部共建复杂有色金属资源清洁利用国家重点实验室,昆明650093;昆明理工大学冶金与能源工程学院,昆明650093;昆明理工大学省部共建复杂有色金属资源清洁利用国家重点实验室,昆明650093;昆明理工大学冶金与能源工程学院,昆明650093;昆明理工大学省部共建复杂有色金属资源清洁利用国家重点实验室,昆明650093;昆明理工大学冶金与能源工程学院,昆明650093;昆明理工大学省部共建复杂有色金属资源清洁利用国家重点实验室,昆明650093;昆明理工大学冶金与能源工程学院,昆明650093【正文语种】中文【中图分类】TF815【相关文献】1.CO 还原Fe2O3-NiO复合物形成Fe-Ni合金的非等温还原动力学 [J], 李博;魏永刚;王华2.富氧条件下钯催化剂上氢气还原氧化氮微观反应动力学研究 [J], 杨剑斌;付桂芝;王树东;吴迪镛3.无氧条件下钯催化剂上氢气还原氧化氮的微观反应动力学研究 [J], 杨剑斌;付桂芝;王树东;吴迪镛4.氧化铁石墨固相还原非等温反应动力学 [J], 姚梅琴;余剑;郭凤;许光文5.FCC脱硫助剂还原分解非等温反应动力学研究 [J], 秦绍清;朱仁发;李承烈因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。