烧结机除尘灰制备纳米氧化铁及其气体传感特性

烧结机机头除尘灰是炼铁过程中产生的高铁含量小颗粒粉末固体废弃物,如何处理机头除尘灰一直是冶金领域的难点问题。鉴于其较高的铁含量,开发了一种以烧结机除尘灰为原料,通过控制还原剂与铁元素的比例,制备高附加值的类球状α-Fe_(2)O_(3)、Fe_(3)O_(4)纳米颗粒以及Fe_(3)O_(4)/Fe_(2)O_(3)纳米复合物的方法。利用多晶X射线衍射仪(XRD)、X射线荧光光谱仪(XRF)、紫外分光光度计、场发射分析扫描电镜(SEM)等对材料进行表征分析。分析结果表明,可通过控制还原剂的用量调整产品为纯α-Fe_(2)O_(3)、Fe_(3)O_(4)纳米颗粒,或不同Fe_(3)O_(4)/Fe_(2)O_(3)比例的纳米复合物;所得产品为尺度均匀的纳米颗粒,纯度较好(α-Fe_(2)O_(3)、Fe_(3)O_(4)纳米颗粒的纯度分别为92.74%和94.44%),重复性好且操作简单。同时,利用气敏元件测试仪检测制备的铁氧化物纳米颗粒的气体传感性能,发现其具有良好的气体传感性能,尤其对正丁醇气体具有高灵敏度和独特的选择性。此外,Fe_(3)O_(4)/Fe_(2)O_(3)复合物的最佳工作温度(100℃)比纯α-Fe_(2)O_(3)和Fe_(3)O_(4)纳米颗粒的最佳工作温度分别降低了160和100℃。比例为56/44的Fe_(3)O_(4)/Fe_(2)O_(3)复合物显示了较其他比例复合物更佳的响应值,为6.33。利用烧结机除尘灰制备高附加值的功能性纳米氧化铁颗粒实现了烧结机头灰资源化合理利用,具有重要的理论与实际意义,同时对处理钢铁流程中高铁含量固体废弃物(除尘灰)具有重要的借鉴意义。