·72 工程科学学报，第37卷，第1期 1.2.4实验分析方法 合等离子体原子发射光谱法测试分析，得到铁鳞的主 采用美国Varian电感耦合等离子体原子发射光 要化学成分如表1所示.从表中可以看出：铁元素的 谱法测定样品和浸出溶液中各元素的含量：采用日本 质量分数是71.83%，Fe0的质量分数是54.56%，其 理学Rigaku X射线衍射仪对试样进行物相分析：采用 余铁的化合物主要以三价铁的形式存在.在剩余元素 SSX-550型扫描电子显微镜对样品的微观形貌进行表 中，Mn和S元素含量较高，其余含量元素含量很低. 征：采用上海UV-3100紫外可见分光光度计对罗丹明 为了进一步确定铁鳞的物相组成，对其进行了X B溶液进行紫外可见光吸收光谱分析 射线衍射分析，其结果如图2所示.从图中可知，铁鳞 的主要物相由Fe0、Fe,0,和Fe,0,组成，其中Fe0含 2 结果分析与讨论 量最高，其次是Fe,03,Fe,0,可看成是Fe0和Fe,0,的 2.1铁鳞的化学成分与物相分析 混合物.铁鳞中Mn、Si和Al等元素含量很少，X射线 铁鳞取自河北某钢铁厂，经钢铁研究总院电感耦 衍射谱中没有检测到. 表1铁鳞的化学成分（质量分数） Table 1 Chemical composition of the mill scales 号 FeO TFe Mn Si Al Cr Ca Mg Mo K 54.56 71.530.56 0.28 0.12 0.022 0.11 0.10 0.10 0.0300.01 0.01 的进行；但当盐酸浓度达到一定时(3mol·L),铁鳞 1-Feams0 2-F2g0, 在盐酸溶液中的浸出反应完全且基本达到平衡，使得 3-Fe,01 4-F20 铁鳞的浸出率基本变化不大. 98A 96 94 92 20 0 60 克90 88 图2铁鳞的X射线衍射谱 86 Fig.2 XRD pattern of the mill scales 84 3 4 5 2.2铁鳞在盐酸溶液中浸出规律的研究 盐酸浓度moL- 铁鳞在盐酸溶液中的主要化学反应方程式如下： 图3铁鳞在不同浓度盐酸溶液中的浸出率（其他反应条件：液 Fe,03+6H=2Fe3++3H20,△，Ge=24.3kJ小mol-l: 固比150：8mL.·g1,100℃回流4h) (1) Fig.3 Leaching efficiency of the mill scales in hydrochlorie acid Fe0+2H*=fe2++H,0,△，G=12.1 kJ-mol with different concentrations (other reaction conditions:liquido-sol- (2) id ratio of 150:8 mLg;refluxing at 100 C for 4h) 上述反应的标准反应吉布斯自由能变（△，G)均 2.2.2反应时间对铁鳞浸出率的影响 为正值，铁鳞在常温下无法与盐酸反应，因此采用回流 图4是铁鳞在盐酸溶液中不同反应时间的浸出率 装置，在100℃下使其进行反应.从反应方程式(1)和 曲线.由图可以看出，随着反应时间从1h延长到2h, (2)可知，铁鳞的反应时间、液固比和盐酸浓度均将对 铁鳞的浸出率从82.9%迅速增加至92.5%.继续延 铁鳞浸出率产生影响. 长反应时间至3~5h时，铁鳞的浸出率增长幅度较 2.2.1盐酸浓度对铁鳞浸出率的影响 小，分别为93.2%、93.7%和95.0%.上述实验结果表 图3是铁鳞在不同浓度的盐酸溶液中的浸出率曲 明：在一定范围内反应时间的延长可增大铁鳞的浸出 线.由图可以看出，当盐酸浓度由2mol·L'增大到 率：但当反应时间超过2h时，铁鳞与盐酸反应充分且 3mlL时，铁鳞的浸出率由85.3%迅速增长到 已基本达到平衡，使得浸出率变化幅度减小 94.5%.继续增大盐酸的浓度至4~6molL,铁鳞的 2.2.3液固比对铁鳞浸出率的影响 浸出率仅仅从96.1%增大到97.2%，增长幅度不大 图5是铁鳞与不同体积的盐酸反应的浸出率曲 上述实验结果表明：H浓度的增大可以加快浸出反应 线.由图5可以看出，随着盐酸与铁鳞的液固比从工程科学学报，第 37 卷，第 1 期 1. 2. 4 实验分析方法 采用美国 Varian 电感耦合等离子体原子发射光 谱法测定样品和浸出溶液中各元素的含量; 采用日本 理学 Ｒigaku X 射线衍射仪对试样进行物相分析; 采用 SSX--550 型扫描电子显微镜对样品的微观形貌进行表 征; 采用上海 UV--3100 紫外可见分光光度计对罗丹明 B 溶液进行紫外可见光吸收光谱分析． 2 结果分析与讨论 2. 1 铁鳞的化学成分与物相分析 铁鳞取自河北某钢铁厂，经钢铁研究总院电感耦 合等离子体原子发射光谱法测试分析，得到铁鳞的主 要化学成分如表 1 所示． 从表中可以看出: 铁元素的 质量分数是 71. 83% ，FeO 的质量分数是 54. 56% ，其 余铁的化合物主要以三价铁的形式存在． 在剩余元素 中，Mn 和 S 元素含量较高，其余含量元素含量很低． 为了进一步确定铁鳞的物相组成，对其进行了 X 射线衍射分析，其结果如图 2 所示． 从图中可知，铁鳞 的主要物相由 FeO、Fe2O3 和 Fe3O4 组成，其中 FeO 含 量最高，其次是 Fe2O3，Fe3O4可看成是 FeO 和 Fe2O3 的 混合物． 铁鳞中 Mn、Si 和 Al 等元素含量很少，X 射线 衍射谱中没有检测到． 表 1 铁鳞的化学成分( 质量分数) Table 1 Chemical composition of the mill scales % FeO TFe Mn S Si Al Cr Ca Mg P Mo K 54. 56 71. 53 0. 56 0. 28 0. 12 0. 022 0. 11 0. 10 0. 10 0. 030 0. 01 0. 01 图 2 铁鳞的 X 射线衍射谱 Fig． 2 XＲD pattern of the mill scales 2. 2 铁鳞在盐酸溶液中浸出规律的研究 铁鳞在盐酸溶液中的主要化学反应方程式如下: Fe2O3 + 6H  + 2Fe3 + + 3H2O，ΔrG = 24. 3 kJ·mol － 1 ; ( 1) FeO + 2H  + Fe2 + + H2O，ΔrG = 12. 1 kJ·mol － 1 ． ( 2) 上述反应的标准反应吉布斯自由能变( ΔrG ) 均 为正值，铁鳞在常温下无法与盐酸反应，因此采用回流 装置，在 100 ℃下使其进行反应． 从反应方程式( 1) 和 ( 2) 可知，铁鳞的反应时间、液固比和盐酸浓度均将对 铁鳞浸出率产生影响． 2. 2. 1 盐酸浓度对铁鳞浸出率的影响 图 3 是铁鳞在不同浓度的盐酸溶液中的浸出率曲 线． 由图可以看出，当盐酸浓度由 2 mol·L － 1 增大到 3 mol·L － 1时，铁 鳞 的 浸 出 率 由 85. 3% 迅 速 增 长 到 94. 5% ． 继续增大盐酸的浓度至 4 ～ 6 mol·L － 1，铁鳞的 浸出率仅仅从 96. 1% 增大到 97. 2% ，增长幅度不大． 上述实验结果表明: H + 浓度的增大可以加快浸出反应 的进行; 但当盐酸浓度达到一定时( 3 mol·L － 1 ) ，铁鳞 在盐酸溶液中的浸出反应完全且基本达到平衡，使得 铁鳞的浸出率基本变化不大． 图 3 铁鳞在不同浓度盐酸溶液中的浸出率( 其他反应条件: 液 固比 150∶ 8 mL·g － 1，100 ℃回流 4 h) Fig． 3 Leaching efficiency of the mill scales in hydrochloric acid with different concentrations ( other reaction conditions: liquid-to-sol￾id ratio of 150∶ 8 mL·g － 1 ; refluxing at 100 ℃ for 4 h) 2. 2. 2 反应时间对铁鳞浸出率的影响 图 4 是铁鳞在盐酸溶液中不同反应时间的浸出率 曲线． 由图可以看出，随着反应时间从 1 h 延长到 2 h， 铁鳞的浸出率从 82. 9% 迅速增加至 92. 5% ． 继续延 长反应时间至 3 ～ 5 h 时，铁鳞的浸出率增长幅度较 小，分别为 93. 2% 、93. 7% 和 95. 0% ． 上述实验结果表 明: 在一定范围内反应时间的延长可增大铁鳞的浸出 率; 但当反应时间超过 2 h 时，铁鳞与盐酸反应充分且 已基本达到平衡，使得浸出率变化幅度减小． 2. 2. 3 液固比对铁鳞浸出率的影响 图 5 是铁鳞与不同体积的盐酸反应的浸出率曲 线． 由图 5 可以看出，随着盐酸与铁鳞的液固比从 · 27 ·