CN101560336B - 一种球形氧化铁黑及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种球形氧化铁黑产品，所述产品中球形氧化铁黑颗粒占95％～100％，70％～80％的颗粒粒径在300nm～400nm。本发明的制备工艺是以脱硅泥饼为辅原料及成型助剂制备的脱硅泥饼黄母体为主原料，以合成沉淀为主、氧化沉淀为辅的综合沉淀法，合成阶段的pH值控制在3～7.5，采用同时补加亚铁和液碱的加料方式。与现有技术生产的以立方型为主的铁黑产品相比，本发明产品因微观形貌单一、粒径分布较窄，因此具有更好的分散性及更佳的颜色性能；因所述制备工艺可有效综合利用钢厂产生的废料，所以是一个变废为宝的工艺，解决了现有制备工艺存在的对原材料要求较高及制备成本较高的问题。

Description

一种球形氧化铁黑及其制备工艺

技术领域

本发明涉及一种氧化铁黑新品种及其制备工艺，具体说，是涉及一种球形氧化铁黑及其制备工艺，属于无机颜料技术领域。

背景技术

现有氧化铁黑产品的原级粒子形状以立方为主，粒径分布较宽，粒径在20～600nm，易团聚，因而其分散性及颜色性能还有待进一步改善。另外，现有生产氧化铁黑Fe₃O₄的方法多采用硫酸亚铁溶液与纯碱或液碱反应，沉淀出氧化铁黑的溶液沉淀法。该方法又分为合成法和氧化法，其中合成法是用三价铁氧化物和二价铁氧化物进行加成，三价铁采用氧化羟铁或三氧化二铁，即铁黄或铁红，二价铁采用硫酸亚铁，用湿法将二种物质混合后再升温加纯碱或液碱，pH控制在8～10直接进行加成反应，再脱水生成氧化铁黑；氧化法是将硫酸亚铁溶液和氢氧化钠溶液投入反应釜，升温通空气生成氢氧化亚铁溶胶，控制pH8～10进行反应，在色光接近终点时，投入硝酸铵，制得氧化铁黑。现有的氧化铁黑制备工艺存在对原材料的要求较高及制备成本较高的问题。

发明内容

针对现有技术所存在的缺陷和市场需求，本发明要解决的技术问题是提供一种球形氧化铁黑及其制备工艺，为现有氧化铁黑增添一个新品种，并降低氧化铁黑的制备成本。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明的球形氧化铁黑，其特征在于：球形氧化铁黑颗粒占95％～100％，70％～80％的颗粒粒径在300nm～400nm。

本发明的球形氧化铁黑的制备工艺包括如下步骤：

1)脱硅泥饼预处理：将黄绿色、泥块型、含铁总量为55～65％的脱硅泥饼进行分选，去除红色部分，然后加水加温打浆，经过120目过筛去除杂质和大颗粒，将过筛物再打浆，制成脱硅泥浆料；

2)脱硅泥饼黄母体制备：将浓度为25％～35％的硫酸亚铁溶液泵入反应釜，然后加入浓度为25％～35％的液碱，通入空气，控制pH值在4.5～5.5、温度在20～30℃，反应10～18小时；再加入经过步骤1)预处理后的脱硅泥饼浆料、含硫酸亚铁与残余硫酸的酸洗废液和薄铁料，通入空气和蒸气，控制温度在70～90℃，pH值在2～4，反应40～50小时；其中的化学反应式为：FeSO₄+2NaOH＝Fe(OH)₂+Na₂SO₄；4Fe(OH)₂+O₂＝4FeOOH+2H₂O；

3)一段合成：将步骤2)制得的脱硅泥饼黄母体加入反应釜中，加入水配成浓度为4～18g/100ml的溶液，加热到80～100℃，加入硫酸亚铁溶液使硫酸亚铁FeSO₄·7H₂O折干计值∶脱硅泥饼黄母体Fe₂O₃·H₂O折干计值＝(0.6～1.6)∶1，然后加入浓度为2～35％的液碱，控制pH值在3～7.5反应2～5小时；其中的化学反应式为：FeSO₄+2FeOOH+2NaOH＝Fe₃O₄+2H₂O+Na₂SO₄；

4)二段合成：保温在80～100℃，同时补加硫酸亚铁溶液及浓度为2～35％的液碱，使加入的硫酸亚铁FeSO₄·7H2O总量折干计值∶脱硅泥铁黄浆料Fe₂O₃·H₂O折干计值＝(1.8～2.2)∶1，控制pH值在3～7.5反应1～3小时；

5)后处理：反应结束，将制备好的氧化铁黑浆料经过180目过筛后压滤漂洗，再在70～80℃下烘干，然后打粉包装即可。

工艺中所述液碱优选为离子膜液碱或隔膜液碱。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1)本发明的球形氧化铁黑因微观形貌单一(球形氧化铁黑颗粒占95％～100％)、粒径分布较均一(70％～80％的颗粒粒径在300nm～400nm)，因此具有更好的分散性及更佳的颜色性能；

2)本发明的制备工艺是以钢厂酸洗废液及脱硅泥饼为原料，可有效综合利用钢厂产生的废料，是一个变废为宝的工艺，因此解决了现有制备工艺存在的对原材料要求较高及制备成本较高的问题；

3)本发明的制备工艺不仅得到了性能优良的氧化铁黑产品，还使单反应釜的产能提高5～15％。

附图说明

图1是表征本发明球形氧化铁黑产品微观形貌的SEM照片。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细、完整的说明：

实施例1

本实施例的球形氧化铁黑的制备工艺包括如下步骤：

1)脱硅泥饼预处理：将黄绿色、泥块型、含铁总量为60％的脱硅泥饼进行分选得1000kg，去除红色部分；然后投加到泥饼打浆釜中，一边加投一边加水分散，打浆釜搅拌转速45转/min，打浆釜容量达到50％时开始通入蒸汽，保证液体温度达到80℃，搅拌2小时使泥饼充分分散成浆料；再120目过筛去除杂质和大颗粒，将过筛物放入另一个打浆釜再打浆，制成脱硅泥浆料；

2)脱硅泥饼黄母体制备：将浓度为28％的硫酸亚铁溶液泵入反应釜，然后加入浓度为30％的隔膜液碱，通入空气，控制pH值在4.5～5.5、温度在30℃，反应18小时；再加入经过步骤1)预处理后的脱硅泥饼浆料、含硫酸亚铁与残余硫酸的酸洗废液1000kg和薄铁料2000kg，通入空气和蒸气，控制温度在75℃，pH值在2.5～3.5，反应45小时；其中的化学反应式为：

FeSO₄+2NaOH＝Fe(OH)₂+Na₂SO₄；4Fe(OH)₂+O₂＝4FeOOH+2H₂O；

3)一段合成：将步骤2)制得的脱硅泥饼黄母体加入反应釜中，加入水配成浓度为7g/100ml的溶液，加热到90℃，加入硫酸亚铁溶液使硫酸亚铁FeSO₄·7H₂O折干计值∶脱硅泥饼黄母体Fe₂O₃·H₂O折干计值＝1.6∶1，然后加入浓度为34％的离子膜液碱，控制pH值在4～5反应4小时；其中的化学反应式为：FeSO₄+2FeOOH+2NaOH＝Fe₃O₄+2H₂O+Na₂SO₄；

4)二段合成：保温在90℃，同时补加硫酸亚铁溶液及浓度为34％的离子膜液碱，使加入的硫酸亚铁FeSO₄·7H2O总量折干计值∶脱硅泥铁黄浆料Fe₂O₃·H₂O折干计值＝2.2∶1，控制pH值在6.5～7.5反应1小时；

5)后处理：反应结束，将制备好的氧化铁黑浆料经过180目过筛后压滤漂洗8小时，再在80℃下烘干，然后打粉包装即可。

实施例2

本实施例的球形氧化铁黑的制备工艺包括如下步骤：

1)脱硅泥饼预处理：将黄绿色、泥块型、含铁总量为55％的脱硅泥饼进行分选得800kg，去除红色部分；然后投加到泥饼打浆釜中，一边加投一边加水分散，打浆釜搅拌转速45转/min，打浆釜容量达到50％时开始通入蒸汽，保证液体温度达到80℃，搅拌2小时使泥饼充分分散成浆料；再120目过筛去除杂质和大颗粒，将过筛物放入另一个打浆釜再打浆，制成脱硅泥浆料；

2)脱硅泥饼黄母体制备：将浓度为35％的硫酸亚铁溶液泵入反应釜，然后加入浓度为35％的隔膜液碱，通入空气，控制pH值在4.5～5.5、温度在25℃，反应13小时；再加入经过步骤1)预处理后的脱硅泥饼浆料、含硫酸亚铁与残余硫酸的酸洗废液1000kg和薄铁料2000kg，通入空气和蒸气，控制温度在90℃，pH值在2.5～3.5，反应40小时；其中的化学反应式为：

FeSO₄+2NaOH＝Fe(OH)₂+Na₂SO₄；4Fe(OH)₂+O₂＝4FeOOH+2H₂O；

3)一段合成：将步骤2)制得的脱硅泥饼黄母体加入反应釜中，加入水配成浓度为4g/100ml的溶液，加热到100℃，加入硫酸亚铁溶液使硫酸亚铁FeSO₄·7H₂O折干计值∶脱硅泥饼黄母体Fe₂O₃·H₂O折干计值＝1.0∶1，然后加入浓度为18％的离子膜液碱，控制pH值在5～6反应5小时；其中的化学反应式为：FeSO₄+2FeOOH+2NaOH＝Fe₃O₄+2H₂O+Na₂SO₄；

4)二段合成：保温在100℃，同时补加硫酸亚铁溶液及浓度为18％的离子膜液碱，使加入的硫酸亚铁FeSO₄·7H2O总量折干计值∶脱硅泥铁黄浆料Fe₂O₃·H₂O折干计值＝2.0∶1，控制pH值在4.5～5.5反应2小时；

5)后处理：反应结束，将制备好的氧化铁黑浆料经过180目过筛后压滤漂洗8小时，再在70℃下烘干，然后打粉包装即可。

实施例3

本实施例的球形氧化铁黑的制备工艺包括如下步骤：

1)脱硅泥饼预处理：将黄绿色、泥块型、含铁总量为65％的脱硅泥饼进行分选得400kg，去除红色部分；然后投加到泥饼打浆釜中，一边加投一边加水分散，打浆釜搅拌转速45转/min，打浆釜容量达到50％时开始通入蒸汽，保证液体温度达到80℃，搅拌2小时使泥饼充分分散成浆料；再120目过筛去除杂质和大颗粒，将过筛物放入另一个打浆釜再打浆，制成脱硅泥浆料；

2)脱硅泥饼黄母体制备：将浓度为25％的硫酸亚铁溶液泵入反应釜，然后加入浓度为25％的隔膜液碱，通入空气，控制pH值在4.5～5.5、温度在20℃，反应10小时；再加入经过步骤1)预处理后的脱硅泥饼浆料、含硫酸亚铁与残余硫酸的酸洗废液1000kg和薄铁料2000kg，通入空气和蒸气，控制温度在80℃，pH值在2.5～3.5，反应50小时；其中的化学反应式为：

FeSO₄+2NaOH＝Fe(OH)₂+Na₂SO₄；4Fe(OH)₂+O₂＝4FeOOH+2H₂O；

3)一段合成：将步骤2)制得的脱硅泥饼黄母体加入反应釜中，加入水配成浓度为18g/100ml的溶液，加热到80℃，加入硫酸亚铁溶液使硫酸亚铁FeSO₄·7H₂O折干计值∶脱硅泥饼黄母体Fe₂O₃·H₂O折干计值＝0.6∶1，然后加入浓度为3％的隔膜液碱，控制pH值在3～4反应2小时；其中的化学反应式为：FeSO₄+2FeOOH+2NaOH＝Fe₃O₄+2H₂O+Na₂SO₄；

4)二段合成：保温在80℃，同时补加硫酸亚铁溶液及浓度为3％的隔膜液碱，使加入的硫酸亚铁FeSO₄·7H2O总量折干计值∶脱硅泥铁黄浆料Fe₂O₃·H₂O折干计值＝1.8∶1，控制pH值在6.5～7.5反应3小时；

5)后处理：反应结束，将制备好的氧化铁黑浆料经过180目过筛后压滤漂洗8小时，再在75℃下烘干，然后打粉包装即可。

实施例4

将上述实施例所制备的氧化铁黑产品经扫描电镜(SEM)表征，可见本发明的氧化铁黑产品的球形氧化铁黑颗粒占95％～100％，70％～80％的颗粒粒径在300nm～400nm，团聚不明显(见图1所示)。

将上述实施例所制备的氧化铁黑产品烘干初打粉后，检测得颗粒粒径集中在7.5μm(传统产品的粒径集中在22.5μm)；将1g料加入1ml蓖麻油，在10kg压力的平磨仪上，本发明产品只需100转就能研磨均匀用于着色，且与400转在着色力与色相上基本一致(传统产品需要400转，其100转与400转浆料着色力至少相差5％)；可见本发明的氧化铁黑产品分散性好。

将上述实施例所制备的氧化铁黑产品与本行业指定标样相比：本发明的氧化铁黑产品的着色力可高达200％；本色外观力份可提高100％，与市场上最黑的颜料(铁黑产品BA33)的黑度提高10～20％。

Claims (2)

1.一种球形氧化铁黑的制备方法，其特征在于，球形氧化铁黑颗粒占95％～100％，70％～80％的颗粒粒径在300nm～400nm；

其制备方法包括如下步骤：

1)脱硅泥饼预处理：将黄绿色、泥块型、含铁总量为55～65％的脱硅泥饼进行分选，去除红色部分，然后加水加温打浆，经过120目过筛去除杂质和大颗粒，将过筛物再打浆，制成脱硅泥浆料；

2)脱硅泥饼黄母体制备：将浓度为25％～35％的硫酸亚铁溶液泵入反应釜，然后加入浓度为25％～35％的液碱，通入空气，控制pH值在4.5～5.5、温度在20～30℃，反应10～18小时；再加入经过步骤1)预处理后的脱硅泥饼浆料、含硫酸亚铁与残余硫酸的酸洗废液和薄铁料，通入空气和蒸气，控制温度在70～90℃，pH值在2～4，反应40～50小时；其中的化学反应式为：

FeSO₄+2NaOH＝Fe(OH)₂+Na₂SO₄；4Fe(OH)₂+O₂＝4FeOOH+2H₂O；

3)一段合成：将步骤2)制得的脱硅泥饼黄母体加入反应釜中，加入水配成浓度为4～18g/100ml的溶液，加热到80～100℃，加入硫酸亚铁溶液使硫酸亚铁FeSO₄·7H₂O折干计值：脱硅泥饼黄母体Fe₂O₃·H₂O折干计值＝(0.6～1.6)∶1，然后加入浓度为2～35％的液碱，控制pH值在3～7.5反应2～5小时；其中的化学反应式为：FeSO₄+2FeOOH+2NaOH＝Fe₃O₄+2H₂O+Na₂SO₄；

4)二段合成：保温在80～100℃，同时补加硫酸亚铁溶液及浓度为2～35％的液碱，使加入的硫酸亚铁FeSO₄·7H₂O总量折干计值：脱硅泥铁黄浆料Fe₂O₃·H₂O折干计值＝(1.8～2.2)∶1，控制pH值在3～7.5反应1～3小时；

5)后处理：反应结束，将制备好的氧化铁黑浆料经过180目过筛后压滤漂洗，再在70～80℃下烘干，然后打粉包装即可。

2.根据权利要求1所述的球形氧化铁黑的制备方法，其特征在于，所述液碱为离子膜液碱或隔膜液碱。

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