專利名稱：一種利用透明氧化鐵廢水制備透明氧化鐵黃的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于氧化鐵顏料領(lǐng)域，尤其涉及一種氧化鐵黃的制備方法。
背景技術(shù)：
透明氧化鐵黃是一種被廣泛應(yīng)用的無(wú)機(jī)顏料，典型特征是其粒徑極其細(xì)小(一般小于70nm)，光線照射時(shí)在顏料表面時(shí)發(fā)生衍射現(xiàn)象產(chǎn)生透明效果。透明氧化鐵顏料不僅具有普通氧化鐵顏料的基本性能，而且顏料具 有無(wú)毒，高透明，色澤鮮艷，能強(qiáng)烈吸收紫外線等特點(diǎn)。被廣泛應(yīng)用于涂料，油墨，塑料制品，高透明裝飾材料，煙包及食品包裝，反光材料及汽車照面漆等領(lǐng)域。目前的合成方法主要有空氣氧化法，氯酸鈉氧化法，羰基鐵法等。隨著人們對(duì)生活質(zhì)量要求的提高，透明氧化鐵作為中高檔無(wú)機(jī)顏料被廣泛用于各個(gè)領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)逐年遞增，尤其是國(guó)內(nèi)涂料市場(chǎng)，在近5年間，用量成倍遞增。這與目前涂料行業(yè)的某些裝飾性能和要求有關(guān)裝飾性能方面，高透明裝飾材料，卷鋼卷鋁涂料，仿古木器涂料，戶外木器涂料等行業(yè)的興起需要一批高透明的顏料與之匹配；涂裝要求方面，國(guó)家對(duì)環(huán)保的日益重視，一些有污染有毒的著色劑被強(qiáng)制禁用，這對(duì)于環(huán)保無(wú)毒的透明氧化鐵來(lái)說(shuō)，無(wú)疑開(kāi)辟了新的市場(chǎng)。公開(kāi)號(hào)為CN 1245458C的中國(guó)專利公開(kāi)了一種使用精制的硫酸亞鐵制備納米氧化鐵黃的方法，該方法制備得到的氧化鐵黃徑向長(zhǎng)度為100 120nm，但是該方法需要先對(duì)硫酸亞鐵進(jìn)行精制。公開(kāi)號(hào)為CN 101913656A的中國(guó)專利公開(kāi)了一種使用鈦白副產(chǎn)物硫酸亞鐵制備氧化鐵黃的方法，在氧化鐵黃的晶種和尿素的存在下，控制反應(yīng)溫度60 90°C，pH值2. 5 4，制得了氧化鐵黃，但是該方法需要先對(duì)硫酸亞鐵進(jìn)行精制。透明氧化鐵由于其工藝的特殊性，反應(yīng)得率一般在55-60%之間，也就意味著有大量的鐵離子存在于廢水之中，尤其是原液廢水(簡(jiǎn)稱廢水)，鐵離子濃度一般為O. lmol/L左右。利用廢水來(lái)生產(chǎn)氧化鐵黃可以提高資源的利用率，而且可以減少環(huán)境的污染，但是由于廢水中氧化鐵含量低以及存在硫酸鈉鹽的干擾，直接利用廢水制備氧化鐵黃還比較困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種利用透明氧化鐵廢水制備透明氧化鐵黃的方法，該方法充分利用了含硫酸亞鐵的透明氧化鐵廢水資源，制備得到了高透明、易分散的透明氧化鐵黃顏料。一種利用透明氧化鐵廢水制備透明氧化鐵黃的方法，包括(I)晶種制備在攪拌條件下，向透明氧化鐵廢水中加入晶型控制劑，緩慢加入堿性溶液調(diào)節(jié)pH值為2 5，有晶種析出，得到晶種析出的反應(yīng)液；(2)晶種生長(zhǎng)在攪拌條件下，向步驟⑴所得到的反應(yīng)液中通入空氣，同時(shí)向其中緩慢加入堿性溶液，調(diào)節(jié)體系pH值為2 7進(jìn)行氧化反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束之后，分離干燥，得到所述的氧化鐵黃；所述的透明氧化鐵廢水為生產(chǎn)透明氧化鐵時(shí)產(chǎn)生的廢水，經(jīng)檢測(cè)含有鐵離子濃度為 O. 05 O. 5mol/L ；所述的晶型控制劑為多聚磷酸鹽，用量為亞鐵離子重量的O. 2 2%。本發(fā)明中，步驟(I)和步驟(2)中攪拌速率可以相同也可以不同。步驟(I)和(2)的反應(yīng)溫度為20-60°C ；步驟(I)控制晶種制備時(shí)間為O. 5-1小時(shí)；步驟(2)中反應(yīng)時(shí)間為O. 5 3小時(shí)。上述制備方法中，主要反應(yīng)原理如下FeS04+Na0H — Fe (OH) 2+Na2S04
Fe2 (SO4) 3+NaOH — Fe (OH) 3+Na2S04Fe (OH) 2+02 — Fe (OH) 3
Fe (OH) 3 — Fe00H+H20本發(fā)明中，所用的多聚磷酸鹽分子量范圍為2000-10000，具體可以是多聚磷酸鈉，多聚磷酸鉀的一種或兩種，此時(shí)，所述的多聚磷酸鹽不但有較強(qiáng)的空間位阻作用，還因?yàn)榱自睾丸F元素有較強(qiáng)的電荷效應(yīng)，能使晶型控制劑更牢固的結(jié)合在顏料粒子表面，使得顏料粒子不易團(tuán)聚，最終得到粒徑較小且分布較窄的顏料粒子。多聚磷酸鹽分子量太小，空間位阻較小，不利于顏料粒子的分散，多聚磷酸鹽分子量大，不易制備且水溶性差，所述的多聚磷酸鹽的分子量進(jìn)一步優(yōu)選為4000 7000。所述的多聚磷酸鹽用量過(guò)小的時(shí)候，起不到分散顏料粒子的作用，使用量過(guò)大，效果無(wú)明顯變化。當(dāng)廢水中鐵離子的濃度為O. 05 O. lmol/L時(shí)，多聚磷酸鹽的用量?jī)?yōu)選為鐵尚子重量的I 2%,最優(yōu)選為I. 5 2%。此時(shí)制備得到的晶種質(zhì)量最好。步驟(I)中的反應(yīng)溫度低，反應(yīng)速率低，生成的晶種細(xì)小，但容易形成雜晶，溫度高，反應(yīng)速率快，晶種粒徑粗大，溫度過(guò)高或過(guò)低都不利于下一步氧化鐵黃的制備，步驟(I)中的晶種析出的溫度優(yōu)選為25-45°C，最優(yōu)選為35°C。步驟⑴中pH值太低，反應(yīng)速率慢，制得的晶種粒徑細(xì)小，pH值太高，容易發(fā)生副反應(yīng)產(chǎn)生鐵黑，步驟(I)中的pH值優(yōu)選為2 4。當(dāng)步驟(I)中的pH值優(yōu)選為4 4. 5的時(shí)候，對(duì)該步驟的反應(yīng)溫度進(jìn)行優(yōu)選，制得的晶種的質(zhì)量好，有利于下一步氧化鐵黃的制備。步驟(2)中的反應(yīng)溫度低，反應(yīng)速率低，產(chǎn)物得率低，溫度高，反應(yīng)速率快，粒子粒徑粗大，透明度差，步驟(2)中的反應(yīng)溫度優(yōu)選為25-45°C，最優(yōu)選為30°C，此時(shí)顏料晶體粒
徑細(xì)小且一致。步驟⑵中pH值降低時(shí)，反應(yīng)速率低，產(chǎn)物得率低。pH值升高時(shí)，產(chǎn)物粒徑大，透明度不好，也可能產(chǎn)生副產(chǎn)物鐵黑，步驟(2)中的pH值優(yōu)選為2-6，此時(shí)整個(gè)反應(yīng)在弱酸性環(huán)境下進(jìn)行，氧化鐵顏料晶體結(jié)構(gòu)一致。當(dāng)步驟⑵中的pH值優(yōu)選為2-6的時(shí)候，對(duì)該步驟的反應(yīng)溫度進(jìn)行優(yōu)選，制得的氧化鐵黃的效果更好。步驟(2)中，攪拌的時(shí)候通入空氣，攪拌速率增大時(shí)，得到的鐵黃質(zhì)量更好，但是攪拌速率增大到一定的程度，再增加攪拌速率對(duì)反應(yīng)的影響較小，能耗則會(huì)大大增加，攪拌速率優(yōu)選為100 150r/min，更優(yōu)選為110 130r/min，最優(yōu)選為120r/min ；步驟(2)的空氣通入量增大有利于氧化反應(yīng)的進(jìn)行，但是太大會(huì)增加能耗，以IL氧化鐵廢水作為反應(yīng)液，本發(fā)明中空氣的通入速率優(yōu)選為3 6m3/min，通氣時(shí)間優(yōu)選為I 2小時(shí)，更優(yōu)選為I小時(shí)。同現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在(I)該原料取之簡(jiǎn)便，能使資源得以重復(fù)利用，又從源頭解決可能存在的環(huán)境污染問(wèn)題。(2)所制備的易分散透明氧化鐵粒徑在70nm以下，分散性明顯好于市場(chǎng)上的透明氧化鐵顏料，可被廣泛應(yīng)用于木器涂裝，汽車修補(bǔ)漆，塑料，透明裝飾材料，煙包及食品包裝等行業(yè)，本發(fā)明的產(chǎn)品無(wú)毒無(wú)味，已通過(guò)SGS報(bào)告。


圖I為本發(fā)明利用透明氧化鐵廢水制備透明氧化鐵黃的工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例II、晶種制備(I)投料將制備透明氧化鐵產(chǎn)生的廢水原液IL加入到反應(yīng)釜中，開(kāi)啟攪拌，檢測(cè)該原液的亞鐵離子濃度，亞鐵離子濃度為O. IlmoVL0按亞鐵離子質(zhì)量的2%添加多聚磷酸鈉(分子量為4000-5000)，升溫至35 °C。(2)加堿攪拌的同時(shí)慢慢加入30%氫氧化鈉溶液，調(diào)節(jié)pH值至4。2、晶種生長(zhǎng)以5m3/min的速率向反應(yīng)釜中通入空氣，氧化，使得氫氧化亞鐵沉淀轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵沉淀，然后再轉(zhuǎn)化成堿式氧化鐵沉淀(即透明氧化鐵沉淀)。30°C保溫反應(yīng)，使得顏料晶體粒徑細(xì)小且一致。慢慢加堿，控制pH穩(wěn)定在4-4. 5之間，使得整個(gè)反應(yīng)在弱酸性環(huán)境下進(jìn)行，保證顏料晶體結(jié)構(gòu)一致。持續(xù)氧化一個(gè)小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束過(guò)濾，漂洗，干燥，粉碎，得到透明的氧化鐵黃，產(chǎn)率71%。實(shí)施例2利用透明氧化鐵廢水制備易分散透明氧化鐵黃的制備方法，其步驟與實(shí)施例I相同，區(qū)別在于加堿時(shí)，控制溫度在25°C。實(shí)施例3利用透明氧化鐵廢水制備易分散透明氧化鐵黃的制備方法，其步驟與實(shí)施例I相同，區(qū)別在于加堿時(shí)，控制溫度在45°C。實(shí)施例4利用透明氧化鐵廢水制備易分散透明氧化鐵黃的制備方法，其步驟與實(shí)施例I相同，區(qū)別在于加堿時(shí)，控制溫度在55°C。實(shí)施例5利用透明氧化鐵廢水制備易分散透明氧化鐵黃的制備方法，其步驟與實(shí)施例I相冋，區(qū)別在于保溫反應(yīng)時(shí)控制pH在3. 5。實(shí)施例6利用透明氧化鐵廢水制備易分散透明氧化鐵黃的制備方法，其步驟與實(shí)施例I相同，區(qū)別在于保溫反應(yīng)時(shí)控制pH在5. 5。
實(shí)施例7利用透明氧化鐵廢水制備易分散透明氧化鐵黃的制備方法，其步驟與實(shí)施例I相冋，區(qū)別在于保溫反應(yīng)時(shí)控制pH在6. 5。實(shí)施例8利用透明氧化鐵廢水制備易分散透明氧化鐵黃的制備方法，其步驟與實(shí)施例I相同，區(qū)別在于所選的多聚磷酸鈉分子量為2000-3000。實(shí)施例9利用透明氧化鐵廢水制備易分散透明氧化鐵黃的制備方法，其步驟與實(shí)施例I相 同，區(qū)別在于所選的多聚磷酸鈉分子量為3000-4000。實(shí)施例10利用透明氧化鐵廢水制備易分散透明氧化鐵黃的制備方法，其步驟與實(shí)施例I相同，區(qū)別在于所選的多聚磷酸鈉分子量為5000-6000。表I實(shí)施例1、2、3和4的產(chǎn)品指標(biāo)分析數(shù)據(jù)
權(quán)利要求
1.ー種利用透明氧化鐵廢水制備透明氧化鐵黃的方法，其特征在于，包括 (1)晶種制備在攪拌條件下，向透明氧化鐵廢水中加入晶型控制劑，緩慢加入堿性溶液調(diào)節(jié)PH值為2 5，有晶種析出，得到晶種析出的反應(yīng)液； (2)晶種生長(zhǎng)在攪拌條件下，向步驟(I)所得到的反應(yīng)液中通入空氣，同時(shí)向其中緩慢加入堿性溶液，調(diào)節(jié)體系pH值為2 7進(jìn)行氧化反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束之后，分離干燥，得到所述的透明氧化鐵黃； 所述的透明氧化鐵廢水中亞鐵離子的濃度為O. 05 O. 5mol/L ； 所述的晶型控制劑為多聚磷酸鹽，用量為亞鐵離子重量的O. 2 2%。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用透明氧化鐵廢水制備透明氧化鐵黃的方法，其特征在于，所述的亞鐵離子的濃度為O. 05 O. lmol/L時(shí)，所述的多聚磷酸鹽的用量為鐵離子重量的1 2%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用透明氧化鐵廢水制備透明氧化鐵黃的方法，其特征在于，步驟⑴中晶種析出的溫度為25 45°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用透明氧化鐵廢水制備透明氧化鐵黃的方法，其特征在于，步驟(2)中的反應(yīng)溫度為25 45°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用透明氧化鐵廢水制備透明氧化鐵黃的方法，其特征在于，步驟⑴中pH值為2 4。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用透明氧化鐵廢水制備透明氧化鐵黃的方法，其特征在于，步驟(2)中pH值為2-6。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用透明氧化鐵廢水制備透明氧化鐵黃的方法，其特征在于，步驟(2)中的攪拌速率為100 150r/min。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的利用透明氧化鐵廢水制備透明氧化鐵黃的方法，其特征在于，所述的攪拌速率為110 130r/min。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用透明氧化鐵廢水制備透明氧化鐵黃的方法，其特征在于，當(dāng)透明氧化鐵廢水的體積為IL時(shí)，步驟⑵中空氣通入的速率為3 6m3/min，通入時(shí)間為I 2小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種利用廢水制備透明氧化鐵黃的方法，包括(1)晶種制備在攪拌條件下，向透明氧化鐵廢水中加入晶型控制劑，緩慢加入堿性溶液調(diào)節(jié)pH值為2～5，有晶種析出，得到晶種析出的反應(yīng)液；(2)晶種生長(zhǎng)在攪拌條件下，向步驟(1)所得到的反應(yīng)液中通入空氣，同時(shí)向其中緩慢加入堿性溶液，調(diào)節(jié)體系pH值為2～7進(jìn)行氧化反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束之后，分離干燥，得到所述的透明氧化鐵黃。本發(fā)明使用了透明氧化鐵時(shí)產(chǎn)生的廢水作為原料制備透明氧化鐵黃顏料，提高了資源的利用率，降低了環(huán)境污染，同時(shí)制備得到的氧化鐵黃顏料分散性好，透明度高，可被應(yīng)用于木器涂裝，汽車修補(bǔ)漆，塑料，透明裝飾材料，煙包及食品包裝等行業(yè)。
文檔編號(hào)C01G49/02GK102838170SQ20121033732
公開(kāi)日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2012年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月13日
發(fā)明者梁峰, 陳翔龍, 陳瑩 申請(qǐng)人:浙江正奇化工有限公司