摘要:以攀枝花钦精矿作为初始原料，采用湿化学法制备铁钦氧化物纳米粉体。利用X射线衍射(XRD )、场发射扫描电子显微镜(FESEM /EDS), BET氮气吸附法、紫外可见漫反射光谱CUV V ie DRS时合成的粉体进行表征，测试结果表明:合成了相组成为85. 72%质量分数Fez T i05和14. 28%质量分数T i02淦红石)复合纳米屏，粉体，平均屏，粒尺寸为3 8 rm};近似球形的粉体颗粒及其聚集体，比表而积为1 G 80 m2 /}粉体在波长250 -600 rm范围内均有较强的光吸收，由Fez T i05电子跃迁形成的起始吸收边为593 rm相应的能带宽度为2 09 eVo

关键词:钦精矿;Fez T i05;湿化学法;纳米粉体

1引言   

钦精矿即钦铁矿精矿，是钦铁矿经选矿后的产品。钦铁矿可用来制取人造金红石、高钦渣、海绵钦、钦合金、钦白粉等。虽然钦铁矿可以直接作为生产钦白粉和海绵钦的原料，但其品位低，工艺比较复杂，生产过程产生大量废副产品。目前钦铁矿综合利用过程中要么能耗过高，要么铁的综合利用程度低，为此，国内外许多学者在钦铁矿综合利用方面一直在进行新的探索。加快研发综合利用钦铁矿中铁、钦两种组分的新技术、新工艺是钦铁矿综合利用发展的必然趋势。Fe Ti复合金属氧化物在电极、气敏传感器、新型光学纤维、磁性材料以及用于催化分解二氧化碳降低温室效应等领域的应用越来越受到人们的关注，具有广阔的潜在应用前景!mi。关于钦酸铁Fez T DS的电化学性能!’]、导电性能!6]的研究早有报道。Fez T DS粉体及薄膜的制备主要采用溶胶凝胶技术，A. R.  Phan}}'']等采用微波辅助溶胶凝胶技术及溶胶凝胶旋转涂层技术分别合成了无裂纹、致密透明的钙钦矿型FezTD:单相薄膜，利用X射线粉末衍射、高分辨率扫描电子显微镜、原子力显微镜及X射线光电子能谱详细的分析了薄膜的化学和相组成以及微观形貌和粗糙度。本研究打破传统的做法在酸浸出钦精矿时尽量使得钦和铁溶出进入溶液中，对酸浸出液进行化学处理，提纯Fe, Ti采用柠檬酸络合的溶胶凝胶燃烧合成工艺制备了FezTDs /TDz复合纳米粉体，利用XRD, FESEM /EDS, BET,DRS等分析技术对粉体进行了性能表征。该项新技术充分利用了钦铁矿中的铁和钦两种主体元素，而且避免了含铁副产物的再回收利用工序，不但可以大幅降低铁钦氧化物粉末的制备成本，同时又为我国钦铁矿资源的综合利用开辟了新途径。

2实验   

攀枝花钦精矿作为初始原料，采用化学全分析法得到钦精矿的化学成分见表1。根据矿酸比--1 /20(即钦精矿重量脓盐酸体积久称量钦精矿及浓盐酸放入自制密闭容器中，加热容器并控制温度为80 ~90 0C,反应时间为2 1}酸浸出过程在密闭容器中完成，很好的控制了浓盐酸的挥发，使得盐酸得到充分利用。过滤分离得到深黄色浸出液，去离子水多次洗涤浸出渣。随后往浸出液中慢慢滴加浓氨水，控制最终pH值为及使得浸出液中的Fe, Ti离子完全沉淀。将生成的沉淀陈化24 1}然后过滤分离并用去离子水多次洗涤沉淀。用适量浓硝酸溶解沉淀，搅拌得到澄清溶液，再加入适量50%质量分数柠檬酸水溶液进行络合，控制柠檬酸用量与金属离子总量的摩尔比为Z硝酸与柠檬酸的用量摩尔比为2. 5。用浓氨水调节溶液的pH值为8搅拌得到黄色澄清溶液，采用水浴控制络合反应温度为60 ~ 70 0C,最后加热蒸发溶液得到湿凝胶。将湿凝胶放于高温电阻炉中进行焙烧:以5 0C iIn in升温到120 0C,保温30m}凝胶发泡;接着以1 0C iIn in升温到15 0 0C,凝胶膨胀炭化，放出大量气体;随后以1 0C }n in升温到250 0C,凝胶发生自燃，得到初级粉体;再以2 0C /rn in升温到600 0(保温2 1}得到蓬松的片状粉体。取出部分粉体又以2 0C iIn in升温到800 0C,热处理6 1}经过600 0C /2 h焙烧合成的粉体样品记为5600么经过600 0C /2 h焙烧后再经过800 0C /6 h焙烧合成的粉体样品记为5800 f}    R igaku D }IAX }B型X射线衍射考察粉体的物相组成及其相对含量;SUPRA55型场发射扫描电子显微镜观察粉体的微观形貌及进行能谱分析;SA BPS型BET表面积分析仪测试粉体的比表面积;TU 1901型紫外可见漫反射光谱分析粉体的光吸收性能。

3结果与讨论

3. 1  XRD物相分析   

图1是相应粉体的XRD图谱，利用软件jad e5分析样品粉末的X射线衍射数据，得到粉体的平均晶粒尺寸、物相组成及其相对含量，分析结果列于表么结合图1和表2数据进行分析可知，经过600 }C /2 h焙烧的粉体，结晶不完善，含有少量的非晶成分，多种铁钦氧化物并存，生成微量Fez T }5相，没有二氧化钦相，其中Fe}T}O,。和FeT } O、的生成，可能是由于柠檬酸中有机碳将部分三价铁还原为二价铁;此粉体再次经过800 }C /6 h焙烧，得到的粉体晶粒发育完整，主晶相是Fez T i05相和少量金红石二氧化钦，通过XRD相半定量计算软件采用K值法计算得相含量为85. 72%质量分数Fez T }5和14. 28%质量分数T}Zo由中间相铁钦氧化物生成Fez T i05相发生的主要反应可能有:                                  2FeT}05+1 /202}FezTi05+3T从                                2Fe3T'O,o }1 /202}3FezT}S }3Ti02                                        Fez03+Ti02}FezT认得到的铁钦氧化物Fe3T}O,o, FeT}05, FezT}s均系正交晶系，Fe3T}0,。的晶格常数为a--0. 9789 rnr} b-1. 0008 rrr} c--0. 3742 m}; FeT}O:的晶格常数为a--0. 3756 rnr} b--0. 9812 rrr} c--1. 0093 rnn; FezTiO:的晶格常数为a--0. 3739 rnr} b--0. 9779 rnr} c--0. 9978 rm与a--0. 9700 rrr} b--0. 3720 rrr} c--0. 9930 rffr}

3. 2  FE SEM形貌分析  

场发射扫描电镜观察粉体的形貌见图么经过600 }C /2 h焙烧合成的粉体，见图2 (a}颗粒聚集成片状，颗粒间比较疏松;经过800 }C /6 h焙烧合成的粉体，见图2(b}颗粒近似为球形，颗粒间团聚的较严重。采用BET氮气吸附法测得5600 2粉体的比表面积为56. 33耐/g 5800 f粉体的比表面积为16. 80耐/g利用FESEM /EDS能谱半定量分析粉体的化学组成见表3。根据样品5800 f粉体中铁、钦元素的原子百分比估算FezTD:的质量百分比为80. 360 o，金红石TD:的质量百分比为19. 640 o，与表2中采用K值法计算的Fez T DS和T Dz的质量百分比数值比较接近。能谱分析得到的Fe /T摩尔比接近1,说明在用浓盐酸浸出钦精矿时，钦铁矿中的钦和铁均进入浸出液中，且在后续的化学处理过程中铁、钦损失不大，达到了整体利用钦铁矿中的铁、钦两元素制备铁钦氧化物无机粉体的目的。

3. 3  UV V is漫反射光谱分析   

图3是利用紫外可见分光光度计测得的样品5800 f粉体在250 ~800 rm范围内的吸收光谱曲线，该粉体在波长250 ~600 rffn范围的紫外光区及可见光区均有较强吸收，且有明显的吸收带边，说明粉体具有半导体特性。如图3所示，由两切线的交点确定粉体的起始吸收边在593 rm附近，根据公式Eg =1240 /a计算得能带宽度约为2. 09 eV,与文献[9]报道的铁板钦矿Fez T i05相应于起始吸收边的能带宽度 2.10eV很接近。粉体的能带宽度还可以通过下面的公式得到!8} ; ahv=A (hv }g )0`z，式中的a, h, v, A, Eg分别为光吸收系数，普朗克常数，光频率，比例常数，能带宽度;公式中的n反应了半导体的两种类型光激发电子跃迁，当n=1时代表直接跃迁，n=4时代表间接跃迁。利用粉体的紫外可见吸收光谱数据计算吸收边附近不同波长下的(ahv )z和(ahv)1`z值，然后作(ahv )z -Jhv和(ahv )1'z -Jhv图，见图4(a环口(b>。从图4(a环口(b冲直线段在a=0的外推值，可以得到粉体的直接跃迁能隙为2. 09 eV和间接跃迁能隙为1. 87 eVo可知粉体的起始吸收带边是由Fez T i0、电子的直接跃迁引起的。

4结论   

以攀枝花钦精矿作为初始原料，整体利用钦精矿中的铁和钦两种元素，首先通过密闭容器中浓盐酸浸出钦精矿，然后利用化学沉淀法提纯铁、钦，最后采用柠檬酸络合的溶胶凝胶低温燃烧合成技术制备了钦酸铁F}Tios }rio2复合纳米粉体。经过800℃热处理6 h获得相组成为85. 72%质量分数FezTi05和14. 28%质量分数T }Z的复合纳米晶粉体，平均晶粒尺寸为38 rnn; FESEM照片显示为近似球形的粉体颗粒及其聚集体，比表面积为16. 80耐/}合成的FezTi05 /Ti02复合纳米粉体在250 ~600 rffn范围的紫外光区及可见光区均有较强的光吸收，根据起始吸收边值得到Fez T i0、的能带宽度为2. 09 eVo

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