鐵氧體簡(jiǎn)介

　　鐵氧體(Ferrite)是指一類具有一定晶體結(jié)構(gòu)的復(fù)合氧化物，它具有高的導(dǎo)磁率和高的電阻率(其電阻比銅大10～10倍)，是一種重要的磁性介質(zhì)。其制造過(guò)程和機(jī)械性能頗類似陶瓷品，因而也叫磁性瓷。跟陶瓷質(zhì)一樣，鐵氧體不溶于酸、堿、鹽溶液，也不溶于水。鐵氧體的磁性強(qiáng)弱及其他特性，與其化學(xué)組成和晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)。

　　鐵氧體的晶格類型有七種，其中尖晶石型鐵氧體最為人們所熟悉。因?yàn)榧饩�石型鐵氧體的制備原料易得，方法成熟，進(jìn)入晶體晶格中的重金屬離子種類多，形成的共沉淀物的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，表面活性大，吸附性能好，粒度均勻，磁性強(qiáng)，所以用鐵氧體工藝處理含重金屬污水時(shí)，多以生成尖晶石結(jié)構(gòu)的鐵氧化為主。

　　尖晶石型鐵氧體的化學(xué)組成一般可用通式BO·A2O3表示。其中B代表二價(jià)金屬，如Fe、Mg、Zn、Mn、Co、Ni、Ca、 Cu、Hg、Bi、Sn等，A代表三價(jià)金屬，如Fe、Al、Cr、Mn、V、Co、Bi及Ga、As等。許多鐵氧體中的A或B可能更復(fù)雜一些，如分別由兩種金屬組成，其通式為(BxB1-x)O·(AyA1-y)2O3。鐵氧體有天然礦物和人造產(chǎn)品兩大類，磁鐵礦(其主要成本為Fe3O4或 FeO·Fe2O3)就是一種天然的尖晶石型鐵氧體。

　　鐵氧體沉淀法工藝分類

　　按產(chǎn)物生成過(guò)程不同，鐵氧體沉淀法工藝可分為中和法和氧化法兩種。

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　　中和法是先將Fe和鐵鹽溶液混合，在一定條件下用堿中和直接形成尖晶石型鐵氧體。

　　②氧化法

　　氧化法是將亞鐵離子和其他可溶性重金屬離子溶液混合，在一定條件下用空氣(或其他方法)部分氧化Fe，從而形成尖晶石型鐵氧體。

　　例如用鐵氧體法處理含鉻廢水時(shí)，就是采用氧化鐵氧體法。在含鉻廢水中加入過(guò)量的硫酸亞鐵溶液，使其中的正6價(jià)鉻和亞鐵離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)，Cr被還原為Cr，而亞鐵離子則被氧化為Fe，調(diào)節(jié)溶液pH值，使Cr、Fe和Fe轉(zhuǎn)化為氫氧化物沉淀，然后加入H2O2，再使部分Fe氧化為Fe，組成類似Fe3O4·xH2O的磁性氧化物，這種氧化物即為鐵氧體，其組成也可寫成Fe Fe[FeO4]·xH2O，其中部分Fe可被Cr代替，因此可使鉻成為鐵氧體的組分而沉淀出來(lái)。

　　工藝流程

　　鐵氧體法處理重金屬?gòu)U水工藝是指向廢水中投加鐵鹽，通過(guò)工藝條件的控制，使廢水中的各種金屬離子形成不溶性的鐵氧體晶粒，再采用固液分離手段，達(dá)到去除重金屬離子目的的方法叫鐵氧體沉淀法。在鐵氧體工藝過(guò)程澡也往往伴隨著氧化還原反應(yīng)，其工藝過(guò)程包括投加亞鐵鹽、調(diào)整pH值、充氧加熱、固液分離、沉渣處理等五個(gè)環(huán)節(jié)。

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　　為了形成鐵氧體，通常要有足量的Fe和Fe。重金屬?gòu)U水中，一般或多或少地含有鐵離子，但大多數(shù)滿足不了生成鐵氧體的要求，通常要額外補(bǔ)加鐵離子，如投加硫酸亞鐵和氯化亞鐵等。投加二價(jià)鐵離子的作用有三：a.補(bǔ)充Fe;b.通過(guò)氧化，補(bǔ)充Fe;c.如廢水中有六價(jià)鉻，則Fe能將其還原為Cr。作為形成鐵氧體的原料之一;同時(shí)，F(xiàn)e被六價(jià)鉻氧化成 Fe，可作為三價(jià)金屬離子的一部分加以利用。通常，可根據(jù)廢水中重金屬離子的種類及數(shù)量，確定硫酸亞鐵的投加量。如在含鉻廢水形成的鉻鐵氧體中，F(xiàn)e與 “Fe+Cr”之摩爾比為1：2;而在還原六價(jià)鉻時(shí)Fe的耗量為3mol/mol(Cr)。因此，1mol的Cr所需的FeSO4為5mol(理論量)。亞鐵鹽的實(shí)際投量稍大于理論量，約為理論量的1.15倍。

　�、� 加堿共沉淀

　　根據(jù)金屬離子的種類不同，用氫氧化鈉調(diào)整pH值至8~9。在常溫及缺氧條件下，金屬離子以M(OH)2及M(OH)3的膠體形成同時(shí)沉淀出來(lái)，如Cr(OH)3、Fe(OH)3、Fe(OH)2和Zn(OH)2等。必須注意，調(diào)整pH值時(shí)不可采用石灰，原因是它的溶解度小和雜質(zhì)多，未溶解的顆粒及雜質(zhì)混入沉淀中，會(huì)影響鐵氧體的質(zhì)量。

　　③ 充氧加熱，轉(zhuǎn)化沉淀

　　為了調(diào)整二價(jià)金屬離子和三價(jià)金屬離子的比例，通常要向廢水中通入空氣，使部分Fe(II)轉(zhuǎn)化為Fe(III)。此處，加熱可促使反應(yīng)進(jìn)行、氫氧化物膠體破壞和脫水分解，廢水中其他金屬氫氧化物的反應(yīng)大致相同，二價(jià)金屬離子占據(jù)部分Fe(II)的位置，三價(jià)金屬離子占據(jù)部分Fe(III)的位置，從而使其他金屬離子均勻地混雜到鐵氧化晶格中去，形成特性各異的鐵氧體。例如，Cr離子存在時(shí)形成鉻鐵氧體FeO(Fe1+xCr1-x)O3。

　　加熱溫度要注意控制，溫度過(guò)高，氧化反應(yīng)過(guò)快，會(huì)使Fe(II)不足而Fe(III)過(guò)量。一般認(rèn)為加熱至60～80℃，時(shí)間為 20min，比較合適。加熱充氧的方式有二：一種是對(duì)全部廢水加熱充氧，另一種是先充氧，然后將組成調(diào)整好了的氫氧化物沉淀分離出來(lái)，再對(duì)沉淀物加熱。

　　④ 固液分離

　　分離鐵氧體沉渣的方法有四種：沉淀過(guò)濾、浮上分離、離心分離和磁力分離。由于鐵氧體的相對(duì)密度比較大(4.4～5.3)，采用沉降過(guò)濾和離心分離都能獲得較好的分離效果。

　�、� 沉渣處理

　　根據(jù)沉渣的組成、性能及用途不同，處理方式也各異：a.若廢水的成分單純、濃度穩(wěn)定，則其沉渣可作為鐵淦氧磁體的原料，此時(shí)，沉渣應(yīng)進(jìn)行水洗，除去硫酸鈉等雜質(zhì);b.供制耐蝕瓷器;c.暫時(shí)堆置貯存。

　　工藝優(yōu)缺點(diǎn)

　　鐵氧體沉淀法具有如下優(yōu)點(diǎn)：

　�、倌芤淮蚊摮龔U水中的多種金屬離子，出水水質(zhì)好，能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn);

　�、谠O(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便;

　　③硫酸亞鐵的投量范圍大，對(duì)水質(zhì)的適應(yīng)性強(qiáng);

　�、艹猎�易分離、易處置，對(duì)其綜合利用不僅具有社會(huì)效益還有經(jīng)濟(jì)效益。鐵氧體工藝沉渣可用于制造電視機(jī)偏轉(zhuǎn)磁芯材料、硫流體、CO中溫變化催化劑、導(dǎo)磁體、磁性標(biāo)志物、電磁波吸收材料等。

　　該法存在的缺點(diǎn)是：

　�、俨荒軉为�(dú)回收有用金屬;

　�、谛柘�耗相當(dāng)多的硫酸亞鐵、一定數(shù)量的苛性鈉及熱能，且處理時(shí)間較長(zhǎng)，使處理成本較高;

　　③出水中的硫酸鹽含量高。

　　鐵氧體工藝的應(yīng)用

　　自鐵氧體法處理重金屬污水工藝問(wèn)世后，國(guó)內(nèi)外用該法對(duì)多種實(shí)際水體進(jìn)行了處理研究，處理的重金屬種類幾乎覆蓋全部重金屬，去除程度因?qū)嶋H水體及工藝操作情況不同變化較大，含單一重金屬污水處理后可達(dá)到各國(guó)污水排放標(biāo)準(zhǔn)，而多種重金屬離子共存水體，所確定的工藝參數(shù)對(duì)各種重金屬鐵氧體的生成條件下具普遍性，使處理程度有別，個(gè)別離子可能達(dá)不到污水排放標(biāo)準(zhǔn)。

　　實(shí)際污水處理，考慮到各種物質(zhì)的干擾，或其他物質(zhì)的排放控制，需對(duì)污水進(jìn)行前后處理，如有機(jī)物的氧化加熱分解，泥沙柴草的去除等，對(duì)鐵氧體工藝處理后的排放水進(jìn)行鐵氧體的固液分離方式有過(guò)濾、磁分離、離心、自然沉淀等。

　　目前鐵氧體工藝傾向于與其他污水處理工藝相結(jié)合，互相取長(zhǎng)補(bǔ)短，構(gòu)成新的工藝，使重金屬污水處理更趨完善，如GT(Galvanic Treatment)-鐵氧體法、電解-鐵氧體法、鐵氧體-HGMS(High gradient magnatic separation)法、離子交換-鐵氧體法、活性炭吸附-鐵氧體法等。鐵氧體處理重金屬污水工藝的發(fā)展，經(jīng)歷了由單級(jí)向多級(jí)工藝復(fù)合發(fā)展;由復(fù)雜向簡(jiǎn)單化、連續(xù)化、集成化發(fā)展的過(guò)程。它的發(fā)展趨勢(shì)除本身的完善外，與其他工藝的聯(lián)合是必經(jīng)之路。