一種氧化鐵黑的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種氧化鐵黑的制備方法，屬于顏料制備領(lǐng)域。包括如下步驟：（1）將可溶性亞鐵鹽與可溶性堿混合均勻，在20℃～50℃混捏完成反應(yīng)；（2）向所述步驟（1）中的反應(yīng)后的產(chǎn)物中加入一定量的水，得到漿液；（3）向所述步驟（2）中的漿液中通入含氧氣體，在溫度為20～60℃、pH值為6.5～7.5條件下，進(jìn)行氧化反應(yīng)；（4）將所述步驟（3）經(jīng)氧化反應(yīng)后的漿液升溫至60～90℃后，向漿液中加入一定量的可溶性亞鐵鹽和可溶性堿，進(jìn)行加成脫水反應(yīng)；（5）反應(yīng)完成后，過濾，濾餅經(jīng)干燥后得到氧化鐵黑成品。通過本發(fā)明所述方法制備得到的氧化鐵黑具有晶體結(jié)構(gòu)單一且粒徑小、純度高、著色能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種氧化鐵黑的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種氧化鐵黑的制備方法，屬于顏料制備領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]氧化鐵黑簡(jiǎn)稱鐵黑,分子式為Fe3O4,或Fe2O3.FeO,化學(xué)名稱為四氧化三鐵。氧化鐵黑具有飽和的藍(lán)墨光黑色，遮蓋力和著色力均很高，廣泛應(yīng)用于建材、水泥、油墨、印刷、塑料等著色領(lǐng)域。近年來，我國(guó)氧化鐵黑的需求量不斷增加，年增長(zhǎng)率高達(dá)107%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于整個(gè)氧化鐵顏料36.6%的增長(zhǎng)率，是僅次于鐵紅和鐵黃的鐵系顏料。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)公開了很多關(guān)于氧化鐵黑的制備方法。諸如，中國(guó)專利文獻(xiàn)CN1709985A就公開了一種制備氧化鐵黑的方法，具體包括如下步驟:(I)制得亞鐵鹽水溶液；(2)用燒堿作中和劑與亞鐵鹽水溶液反應(yīng)生成氫氧化亞鐵；(3)用含氧氣體作氧化劑，與上述氫氧化亞鐵氧化反應(yīng)生成鐵黑；(4)將生成的鐵黑進(jìn)行過篩、壓濾、漂洗、烘干、粉碎即得氧化鐵黑顏料。
[0004]上述技術(shù)中，在用含氧氣體氧化氫氧化亞鐵制備鐵黑的過程中，隨著鐵黑的生成量增加，溶液的粘度變稠，而溶液粘度變稠后易導(dǎo)致氧氣與氫氧化亞鐵的接觸受阻，進(jìn)而導(dǎo)致氫氧化亞鐵的氧化速率降低，從而使得氧化時(shí)間過長(zhǎng)，而氧化時(shí)間長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致氧化鐵黑粒子的粒徑大，而粒徑大則會(huì)使氧化鐵黑的著色力差；此外，通過氧化法制備鐵黑過程中，還易生成副產(chǎn)物Fe (OH)3及Fe2O3晶體，這樣會(huì)導(dǎo)致制備得到的鐵黑的純度降低，也影響氧化鐵黑的著色性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有技術(shù)中制備氧化鐵黑時(shí)存在氧化時(shí)間長(zhǎng)以及副產(chǎn)物多的問題，導(dǎo)致氧化鐵黑的著色力差，進(jìn)而提供一種以無定形羥基氧化鐵代替含氧氣體作為加成原料制備氧化鐵黑的方法。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種氧化鐵黑的制備方法，包括如下步驟:
[0007](I)將可溶性亞鐵鹽與可溶性堿混合均勻，在20°C~50°C條件下混捏完成反應(yīng)；
[0008](2)向所述步驟(1)中的反應(yīng)后的產(chǎn)物中加入水，得到漿液；
[0009](3)向所述步驟(2)中的漿液中通入含氧氣體，在溫度為20~60°C、pH值為6.5~
7.5條件下，進(jìn)行氧化反應(yīng)；
[0010](4)將所述步驟(3)經(jīng)氧化反應(yīng)后的漿液升溫至60~90°C后，向漿液中加入一定量的可溶性亞鐵鹽和可溶性堿，進(jìn)行加成脫水反應(yīng)；
[0011](5)反應(yīng)完成后，過濾，濾餅經(jīng)干燥后得到氧化鐵黑成品。
[0012]所述步驟(1)中，以質(zhì)量計(jì)，所述可溶性亞鐵鹽與所述可溶性堿添加量的比值為(1.0 ~2.5): (0.6 ~2.0)，優(yōu)選為(1.65 ~1.75):(1.0 ~1.2)。
[0013]所述步驟(3)中，每分鐘通入所述含氧氣體的量為6L~12L。
[0014]所述步驟(3)中，用濃度為15~28wt%的氨水調(diào)節(jié)反應(yīng)pH值為6.5~7.5。
[0015]以質(zhì)量計(jì)，所述步驟(1)中可溶性亞鐵鹽與所述步驟(4)中可溶性亞鐵鹽以及可溶性堿的添加量的比值為(3~7): (1.5~3.3): (1.0~3.0)，優(yōu)選為(5~5.5): (2.5~
2.8): (2.3 ~2.7)。
[0016]所述可溶性亞鐵鹽為硫酸亞鐵、硝酸亞鐵、氯化亞鐵中的一種或多種。
[0017]所述可溶性堿為氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉、碳酸氫鈉、碳酸銨、碳酸氫銨、碳酸鉀、碳酸氫鉀中的一種或多種。
[0018]所述步驟(5)中干燥溫度為60~90°C。
[0019]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0020]( I)本發(fā)明所述氧化鐵黑的制備方法，將可溶性亞鐵鹽和可溶性堿在室溫下混捏完成反應(yīng)，最終產(chǎn)物為氫氧化亞鐵和相對(duì)應(yīng)的硫酸鹽，然后將上述產(chǎn)物與水混合配制成特定濃度的漿液，在特定溫度和特定PH條件下通入含氧氣體進(jìn)行氧化反應(yīng)，生成含有無定形羥基氧化鐵的物質(zhì)，然后再將含有無定形羥基氧化鐵的物質(zhì)升溫至80°C后，再向升溫后的漿液中加入可溶性亞鐵鹽和可溶性堿，可溶性亞鐵鹽與可溶性堿首先反應(yīng)生成氫氧化亞鐵，然后無定形羥基氧化鐵再與生成的氫氧化亞鐵發(fā)生加成反應(yīng)，而無定形羥基氧化鐵與氫氧化亞鐵的加成反應(yīng)在瞬間即可完成，生成氧化鐵黑，其反應(yīng)速度大大優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)中的氧化速度，從而可以避免氧化鐵黑晶體粒子由于反應(yīng)速度慢而導(dǎo)致的粒徑過大的問題，同時(shí)也進(jìn)一步避免了氫氧化亞鐵被氧化為氫氧化鐵，進(jìn)而減少了氧化鐵黑副產(chǎn)物Fe (OH)3及Fe2O3的生成。通過本發(fā)明所述方法制備得到的氧化鐵黑具有晶體結(jié)構(gòu)單一且粒徑小、純度高、著色能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。
[0021](2)本發(fā)明所述氧化鐵黑的制備方法，進(jìn)一步地，控制所述步驟(1)中可溶性亞鐵鹽鐵和可溶性堿的添加量為(1.0~2.5):(0.6~2.0)，控制所述步驟(1)中可溶性亞鐵鹽與所述步驟(4)中可溶性亞鐵鹽以及所述可溶性堿的添加量的比值為(3~7): (1.5~
3.3): (I~3)，在本發(fā)明所述特定的配比條件下，可以保證反應(yīng)中間產(chǎn)物無定形羥基氧化鐵與中間產(chǎn)物氫氧化亞鐵的加成脫水反應(yīng)具有最優(yōu)的反應(yīng)配比，保證最終產(chǎn)物氧化鐵黑的純度高可達(dá)97.27~97.71%,和著色能力可達(dá)170~175 ;更進(jìn)一地，優(yōu)選所述步驟(1)中可溶性亞鐵鹽鐵和可溶性堿的添加量為(1.65~1.75): (I~1.2)，所述步驟(1)中可溶性亞鐵鹽與所述步驟(4)中可溶性亞鐵鹽以及所述可溶性堿的添加量的比值為(5~
5.5): (2.5~2.8): (2.3~2.7)時(shí)，最終產(chǎn)物氧化鐵黑的純度可高達(dá)98.63~98.87%,和著色能力可達(dá)180~185，性能遠(yuǎn)高于現(xiàn)有技術(shù)中采用氧化法制備得到氧化鐵黑的性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明實(shí)施例5所述的氧化鐵黑的XRD譜圖。

【具體實(shí)施方式】
[0023]以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步具體描述，但不局限于此。
[0024]實(shí)施例1
[0025](I)將1.0kg的七水硫酸亞鐵與0.6kg的氫氧化鈉混合均勻，在20°C條件下混捏完成反應(yīng)；
[0026](2)向所述步驟(1)中的反應(yīng)后的產(chǎn)物中加入一定量的水，得到濃度為90g/L的漿液；
[0027](3)向所述步驟(2)中的漿液中以每分鐘6L的速度通入空氣，用濃度為22wt%的氨水控制反應(yīng)體系pH值為6.5，在溫度為20°C條件下，進(jìn)行氧化反應(yīng)；
[0028](4)將所述步驟(3)經(jīng)氧化反應(yīng)后的漿液升溫至60°C后，向漿液中加入0.5kg的七水硫酸亞鐵和0.33kg的氫氧化鈉,進(jìn)行加成脫水反應(yīng)；
[0029](5)反應(yīng)完成后，過濾，濾餅在60°C條件下干燥后得到氧化鐵黑成品。
[0030]實(shí)施例2
[0031](I)將1.2kg的硝酸亞鐵與0.7kg的氫氧化鉀混合均勻，在25°C條件下混捏完成反應(yīng);
[0032](2)向所述步驟(1)中的反應(yīng)后的產(chǎn)物中加入一定量的水，得到濃度為120g/L的漿液；
[0033](3)向所述步驟(2)中的漿液中以每分鐘7L的速度通入空氣，用濃度為15wt%的氨水控制反應(yīng)體系pH值為7.0，在溫度為25°C條件下，進(jìn)行氧化反應(yīng)；
[0034](4)將所述步驟(3)經(jīng)氧化反應(yīng)后的漿液升溫至65°C后，向漿液中加入0.6kg的硝酸亞鐵和0.51kg的氫氧化鉀，進(jìn)行加成脫水反應(yīng)；
[0035](5)反應(yīng)完成后，過濾，濾餅在65°C條件下干燥后得到氧化鐵黑成品。
[0036]實(shí)施例3
[0037](I)將1.4kg的氯化亞鐵與0.75kg的碳酸鈉混合均勻，在30°C條件下混捏完成反應(yīng)；
[0038](2)向所述步驟(1)中的反應(yīng)后的產(chǎn)物中加入一定量的水，得到濃度為140g/L的漿液；
[0039](3)向所述步驟(2)中的漿液中以每分鐘8L的速度通入空氣，用濃度為28wt%的氨水控制反應(yīng)體系pH值為7.5，在溫度為30°C條件下，進(jìn)行氧化反應(yīng)；
[0040](4)將所述步驟(3)經(jīng)氧化反應(yīng)后的漿液升溫至70°C后，向漿液中加入0.7kg的氯化亞鐵和0.63kg的碳酸鈉，進(jìn)行加成脫水反應(yīng)；
[0041](5)反應(yīng)完成后，過濾，濾餅在75°C條件下干燥后得到氧化鐵黑成品。
[0042]實(shí)施例4
[0043](I)將1.0kg的七水硫酸亞鐵、0.65kg的氯化亞鐵與1.0kg的碳酸氫鈉混合均勻，在35°C條件下混捏完成反應(yīng)；
[0044](2)向所述步驟(1)中的反應(yīng)后的產(chǎn)物中加入一定量的水，得到濃度為160g/L的漿液；
[0045](3)向所述步驟(2)中的漿液中以每分鐘8L的速度通入空氣，用濃度為25wt%的氨水控制反應(yīng)體系PH值為7.5，在溫度為35°C條件下，進(jìn)行氧化反應(yīng)；
[0046](4)將所述步驟(3)經(jīng)氧化反應(yīng)后的漿液升溫至75°C后，向漿液中加入0.825kg的硫酸亞鐵和0.759kg的碳酸氫鈉，進(jìn)行加成脫水反應(yīng)；
[0047](5)反應(yīng)完成后，過濾，濾餅在80°C條件下干燥后得到氧化鐵黑成品。
[0048]實(shí)施例5
[0049](I)將1.75kg的七水硫酸亞鐵與1.2kg的碳酸銨混合均勻，在40°C條件下混捏完成反應(yīng)；
[0050](2)向所述步驟(1)中的反應(yīng)后的產(chǎn)物中加入一定量的水，得到濃度為180g/L的漿液；
[0051](3)向所述步驟(2)中的漿液中以每分鐘1L的速度通入空氣，用濃度為15wt%的氨水控制反應(yīng)體系pH值為6.5，在溫度為40°C條件下，進(jìn)行氧化反應(yīng)；
[0052](4)將所述步驟(3)經(jīng)氧化反應(yīng)后的漿液升溫至80°C后，向漿液中加入0.89kg的七水硫酸亞鐵和0.858kg的碳酸銨，進(jìn)行加成脫水反應(yīng)；
[0053](5)反應(yīng)完成后，過濾，濾餅在85°C條件下干燥后得到氧化鐵黑成品。
[0054]實(shí)施例6
[0055](I)將2.0kg的七水硫酸亞鐵與1.5kg的碳酸氫銨混合均勻，在45°C條件下混捏完成反應(yīng)；
[0056](2)向所述步驟(1)中的反應(yīng)后的產(chǎn)物中加入一定量的水，得到濃度為200g/L的漿液；
[0057](3)向所述步驟(2)中的漿液中以每分鐘12L的速度通入空氣，用濃度為22wt%的氨水控制反應(yīng)體系pH值為6.5，在溫度為50°C條件下，進(jìn)行氧化反應(yīng)；
[0058](4)將所述步驟 (3)經(jīng)氧化反應(yīng)后的漿液升溫至85°C后，向漿液中加入1.0kg的七水硫酸亞鐵和0.933kg的碳酸氫銨，進(jìn)行加成脫水反應(yīng)；
[0059](5)反應(yīng)完成后，過濾，濾餅在90°C條件下干燥后得到氧化鐵黑成品。
[0060]實(shí)施例7
[0061 ] (I)將2.2kg的七水硫酸亞鐵與1.7kg的碳酸鉀混合均勻，在45°C條件下混捏完成反應(yīng)；
[0062](2)向所述步驟(1)中的反應(yīng)后的產(chǎn)物中加入一定量的水，得到濃度為220g/L的漿液；
[0063](3)向所述步驟(2)中的漿液中以每分鐘12L的速度通入空氣，用濃度為20wt%的氨水控制反應(yīng)體系pH值為6.5,在溫度為55°C條件下,進(jìn)行氧化反應(yīng)；
[0064](4)將所述步驟(3)經(jīng)氧化反應(yīng)后的漿液升溫至80°C后，向漿液中加入1.083kg的七水硫酸亞鐵和0.981kg的碳酸鉀，進(jìn)行加成脫水反應(yīng)；
[0065](5)反應(yīng)完成后，過濾，濾餅在80°C條件下干燥后得到氧化鐵黑成品。
[0066]實(shí)施例8
[0067](I)將1.5kg的七水硫酸亞鐵、1.0kg的硝酸亞鐵與1.0kg的氫氧化鈉、1.0kg的碳酸鈉混合均勻，在50°C條件下混捏完成反應(yīng)；
[0068](2)向所述步驟(1)中的反應(yīng)后的產(chǎn)物中加入一定量的水，得到濃度為240g/L的漿液；
[0069](3)向所述步驟(2)中的漿液中以每分鐘12L的速度通入空氣，用濃度為18wt%的氨水控制反應(yīng)體系pH值為7.0，在溫度為60°C條件下，進(jìn)行氧化反應(yīng)；
[0070](4)將所述步驟(3)經(jīng)氧化反應(yīng)后的漿液升溫至90°C后，向漿液中加入0.678kg的七水硫酸亞鐵、0.5kg的硝酸亞鐵、0.57kg的氫氧化鈉和0.5kg的碳酸鈉，進(jìn)行加成脫水反應(yīng)；
[0071](5)反應(yīng)完成后，過濾，濾餅在90°C條件下干燥后得到氧化鐵黑成品。
[0072]實(shí)施例9
[0073](I)將3.0kg的七水硫酸亞鐵與2.0kg的碳酸銨混合均勻，在50°C條件下混捏完成反應(yīng)；
[0074](2)向所述步驟(1)中的反應(yīng)后的產(chǎn)物中加入一定量的水，得到濃度為240g/L的漿液；
[0075](3)向所述步驟(2)中的漿液中以每分鐘5L的速度通入空氣，用濃度為12wt%的氨水控制反應(yīng)體系pH值為6.5，在溫度為60°C條件下，進(jìn)行氧化反應(yīng)；
[0076](4)將所述步驟(3)經(jīng)氧化反應(yīng)后的漿液升溫至80°C后，向漿液中加入1.3kg的七水硫酸亞鐵和1.1kg的碳酸銨，進(jìn)行加成脫水反應(yīng)；
[0077](5)反應(yīng)完成后，過濾，濾餅在50°C條件下干燥后得到氧化鐵黑成品。
[0078]對(duì)比例
[0079]采用【背景技術(shù)】中所述的專利文獻(xiàn)CN1709985A中提供的氧化鐵黑的方法制備氧化鐵黑，具體包括如下步驟:
[0080](I)配制45wt%的硫酸亞鐵水溶液2kg，放入反應(yīng)容器；
[0081](2)邊攪拌邊將中和劑30wt%的液體燒堿約0.865kg加入硫酸鐵水溶液中，生成氫氧化亞鐵，體系pH值為8.5 ;
[0082](3)把制備得到的氫氧化亞鐵用泵輸送至反應(yīng)罐，用蒸汽控制溫度在95°C，pH值在8.5左右，邊攪拌邊通入流量為0.3m3/min的空氣，進(jìn)行氧化反應(yīng)生成鐵黑；
[0083](4)濕料過濾、壓濾水洗、烘干、粉碎后得到氧化鐵黑顏料。
[0084]性能評(píng)價(jià)例
[0085]對(duì)實(shí)施例1~9以及對(duì)比例中的氧化鐵黑進(jìn)行純度和著色能力的性能測(cè)試，測(cè)試方法參考HKG/T2250-91，測(cè)試結(jié)果見表1。
[0086]表1氧化鐵黑純度及著色能力性能測(cè)試結(jié)果

【權(quán)利要求】
1.一種氧化鐵黑的制備方法，包括如下步驟: (1)將固體可溶性亞鐵鹽與固體可溶性堿混合均勻，在20°c~50°C條件下混捏完成反應(yīng)； (2)向所述步驟(1)中的反應(yīng)后的產(chǎn)物中加水，得到漿液； (3)向所述步驟(2)中的漿液中通入含氧氣體，在溫度為20~60°C、pH值為6.5~7.5條件下，進(jìn)行氧化反應(yīng)； (4)將所述步驟(3)經(jīng)氧化反應(yīng)后的漿液升溫至60~90°C后，向漿液中加入一定量的可溶性亞鐵鹽和可溶性堿，進(jìn)行加成脫水反應(yīng)； (5)反應(yīng)完成后，過濾，濾餅經(jīng)干燥后得到氧化鐵黑成品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述氧化鐵黑的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中，以質(zhì)量計(jì)，所述可溶性亞鐵鹽與所述可溶性堿添加量的比值為(1.0~2.5):(0.6~2.0)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述氧化鐵黑的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中，以質(zhì)量計(jì)，所述可溶性亞鐵鹽與所述可溶性堿添加量的比值為(1.65~1.75):(1.0~1.2)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1~3任一所述氧化鐵黑的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中，每分鐘通入所述含氧氣體的量為6L~12L。
5.根據(jù)權(quán)利要求1~4任一所述氧化鐵黑的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中，用濃度為15~28wt%的氨水調(diào)節(jié)反應(yīng)pH值為6.5~7.5。
6.根據(jù)權(quán)利要求1~5任一所述氧化鐵黑的制備方法，其特征在于，以質(zhì)量計(jì)，所述步驟(1)中可溶性亞鐵鹽與所述步驟(4)中可溶性亞鐵鹽以及可溶性堿的添加量的比值為(3 ~7): (1.5 ~3.3): (1.0 ~3.0)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述氧化鐵黑的制備方法，其特征在于，以質(zhì)量計(jì)，所述步驟(1)中可溶性亞鐵鹽與所述步驟(4)中可溶性亞鐵鹽和所述可溶性堿的添加量的比值為(5~5.5): (2.5 ~2.8): (2.3 ~2.7)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1~7任一所述氧化鐵黑的制備方法，其特征在于，所述可溶性亞鐵鹽為硫酸亞鐵、硝酸亞鐵、氯化亞鐵中的一種或多種。
9.根據(jù)權(quán)利要求1~8任一所述氧化鐵黑的制備方法，其特征在于，所述可溶性堿為氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉、碳酸氫鈉、碳酸銨、碳酸氫銨、碳酸鉀、碳酸氫鉀中的一種或多種。
10.根據(jù)權(quán)利要求1~9任一所述氧化鐵黑的制備方法，其特征在于，所述步驟(5)中干燥溫度為60~90°C。
【文檔編號(hào)】C01G49/08GK104071850SQ201310097861
【公開日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2013年3月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月25日
【發(fā)明者】王立賢, 劉振義, 白洪彬, 周彤, 邱新榮, 杜娟, 樊俐 申請(qǐng)人:北京三聚環(huán)保新材料股份有限公司