鐵氧體（Ferrite）是指一類具有一定晶體結構的複合氧化物，它具有高的導磁率和高的電阻率（其電阻比銅大10～10倍），是一種重要的磁性介質。其製造過程和機械性能頗類似陶瓷品，因而也叫磁性瓷。跟陶瓷質一樣，鐵氧體不溶於酸、鹼、鹽溶液，也不溶於水。鐵氧體的磁性強弱及其他特性，與其化學組成和晶體結構有關。
基本介紹
- 中文名：鐵氧體沉澱法
- 外文名：Ferrite
- 領域：化學
- 分類：中和法和氧化法
類型,工藝分類,中和法,氧化法,工藝流程,工藝優缺點,工藝套用,
類型
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。因為尖晶石型鐵氧體的製備原料易得，方法成熟，進入晶體晶格中的重金屬離子種類多，形成的共沉澱物的化學性質穩定，表面活性大，吸附性能好，粒度均勻，磁性強，所以用鐵氧體工藝處理含重金屬污水時，多以生成尖晶石結構的鐵氧化為主。
尖晶石型鐵氧體的化學組成一般可用通式BO·A2O3表示。其中B代表二價金屬，如Fe、Mg、Zn、Mn、Co、Ni、Ca、Cu、Hg、Bi、Sn等，A代表三價金屬，如Fe、Al、Cr、Mn、V、Co、Bi及Ga、As等。許多鐵氧體中的A或B可能更複雜一些，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。
工藝分類
按產物生成過程不同，鐵氧體沉澱法工藝可分為中和法和氧化法兩種。
中和法
中和法是先將Fe和鐵鹽溶液混合，在一定條件下用鹼中和直接形成尖晶石型鐵氧體。
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，就是採用氧化鐵氧體法。在含鉻廢水中加入過量的硫酸亞鐵溶液，使其中的正6價鉻和亞鐵離子發生氧化還原反應，Cr被還原為Cr，而亞鐵離子則被氧化為Fe，調節溶液pH值，使Cr、Fe和Fe轉化為氫氧化物沉澱，然後加入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澱出來。
工藝流程
鐵氧體法處理重金屬廢水工藝是指向廢水中投加鐵鹽，通過工藝條件的控制，使廢水中的各種金屬離子形成不溶性的鐵氧體晶粒，再採用固液分離手段，達到去除重金屬離子目的的方法叫鐵氧體沉澱法。在鐵氧體工藝過程澡也往往伴隨著氧化還原反應，其工藝過程包括投加亞鐵鹽、調整pH值、充氧加熱、固液分離、沉渣處理等五個環節。
①配料反應
為了形成鐵氧體，通常要有足量的Fe和Fe。重金屬廢水中，一般或多或少地含有鐵離子，但大多數滿足不了生成鐵氧體的要求，通常要額外補加鐵離子，如投加硫酸亞鐵和氯化亞鐵等。投加二價鐵離子的作用有三：a.補充Fe；b.通過氧化，補充Fe；c.如廢水中有六價鉻，則Fe能將其還原為Cr。作為形成鐵氧體的原料之一；同時，Fe被六價鉻氧化成Fe，可作為三價金屬離子的一部分加以利用。通常，可根據廢水中重金屬離子的種類及數量，確定硫酸亞鐵的投加量。如在含鉻廢水形成的鉻鐵氧體中，Fe與“Fe+Cr”之摩爾比為1：2；而在還原六價鉻時Fe的耗量為3mol/mol（Cr）。因此，1mol的Cr所需的FeSO4為5mol（理論量）。亞鐵鹽的實際投量稍大於理論量，約為理論量的1.15倍。
② 加鹼共沉澱
根據金屬離子的種類不同，用氫氧化鈉調整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的膠體形成同時沉澱出來，如Cr(OH)3、Fe(OH)3、Fe(OH)2和Zn(OH)2等。必須注意，調整pH值時不可採用石灰，原因是它的溶解度小和雜質多，未溶解的顆粒及雜質混入沉澱中，會影響鐵氧體的質量。
③ 充氧加熱，轉化沉澱
為了調整二價金屬離子和三價金屬離子的比例，通常要向廢水中通入空氣，使部分Fe(II)轉化為Fe(III)。此處，加熱可促使反應進行、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大致相同，二價金屬離子占據部分Fe(II)的位置，三價金屬離子占據部分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離子存在時形成鉻鐵氧體FeO(Fe1+xCr1-x)O3。
加熱溫度要注意控制，溫度過高，氧化反應過快，會使Fe(II)不足而Fe(III)過量。一般認為加熱至60～80℃，時間為20min，比較合適。加熱充氧的方式有二：一種是對全部廢水加熱充氧，另一種是先充氧，然後將組成調整好了的氫氧化物沉澱分離出來，再對沉澱物加熱。
④ 固液分離
分離鐵氧體沉渣的方法有四種：沉澱過濾、浮上分離、離心分離和磁力分離。由於鐵氧體的相對密度比較大（4.4～5.3），採用沉降過濾和離心分離都能獲得較好的分離效果。
⑤ 沉渣處理
根據沉渣的組成、性能及用途不同，處理方式也各異：a.若廢水的成分單純、濃度穩定，則其沉渣可作為鐵淦氧磁體的原料，此時，沉渣應進行水洗，除去硫酸鈉等雜質；b.供制耐蝕瓷器；c.暫時堆置貯存。
工藝優缺點
鐵氧體沉澱法具有如下優點：
①能一次脫除廢水中的多種金屬離子，出水水質好，能達到排放標準；
②設備簡單、操作方便；
③硫酸亞鐵的投量範圍大，對水質的適應性強；
④沉渣易分離、易處置，對其綜合利用不僅具有社會效益還有經濟效益。鐵氧體工藝沉渣可用於製造電視機偏轉磁芯材料、硫流體、CO中溫變化催化劑、導磁體、磁性標誌物、電磁波吸收材料等。
該法存在的缺點是：
①不能單獨回收有用金屬；
②需消耗相當多的硫酸亞鐵、一定數量的苛性鈉及熱能，且處理時間較長，使處理成本較高；
③出水中的硫酸鹽含量高。
工藝套用
自鐵氧體法處理重金屬污水工藝問世後，國內外用該法對多種實際水體進行了處理研究，處理的重金屬種類幾乎覆蓋全部重金屬，去除程度因實際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後可達到各國污水排放標準，而多種重金屬離子共存水體，所確定的工藝參數對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，個別離子可能達不到污水排放標準。
實際污水處理，考慮到各種物質的干擾，或其他物質的排放控制，需對污水進行前後處理，如有機物的氧化加熱分解，泥沙柴草的去除等，對鐵氧體工藝處理後的排放水進行鐵氧體的固液分離方式有過濾、磁分離、離心、自然沉澱等。
鐵氧體工藝傾向於與其他污水處理工藝相結合，互相取長補短，構成新的工藝，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展，經歷了由單級向多級工藝複合發展；由複雜向簡單化、連續化、集成化發展的過程。它的發展趨勢除本身的完善外，與其他工藝的聯合是必經之路。
