CN102923789A

CN102923789A - 一种冷轧铁泥制备云母氧化铁的方法

Info

Publication number: CN102923789A
Application number: CN2012104752906A
Authority: CN
Inventors: 刘波; 张深根; 潘德安; 田建军; 李彬
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2012-07-16
Filing date: 2012-11-21
Publication date: 2013-02-13

Abstract

本发明涉及一种冷轧铁泥制备云母氧化铁的制备方法。该方法以带钢冷轧加工过程中产生的含油铁泥为原料，通过酸溶、脱油及回收、氧化、沉淀、水热反应，生产的涂料用云母氧化铁符合国家标准（HG/T3006-1997）和国际标准（ISO10601-2007）。本发明不仅解决了现有的冷轧含油铁泥脱油成本过高和环境负担重的问题，而且进行了高值化和资源化再利用。采用本发明生产涂料用云母氧化铁具有原料来源广、成本低、绿色环保和高值化循环再利用等优点。

Description

一种冷轧铁泥制备云母氧化铁的方法

技术领域

本发明属于循环经济技术领域，尤其涉及一种以带钢冷轧加工过程中产生的冷轧铁泥为原料，采用水热法制备云母氧化铁粉体的方法。

背景技术

在带钢的冷轧生产过程中，为提高生产的效率和精度、必须减少轧辊和带钢之间的摩擦，及时带走工作区内因材料变形而产生的热量。目前，普遍使用乳化液来冷却、润滑、清洗、防锈，以提高产品的质量，延长设备的使用寿命。冷轧乳化液一般是由体积分数2%~10%的轧制油和水均匀混合而成，轧制油的主要组分是矿物油、植物油以及乳化剂。轧制过程中钢板和轧辊之间由于摩擦和挤压产生大量的铁合金粉末颗粒，并不断地被分散到乳化液中。通过磁性过滤器将乳化液中的铁合金粉末富集得到含油铁泥，并进行掩埋、燃烧或回炉炼铁。

冷轧铁泥因含油量大、铁基颗粒粒度小，不当的处置和再利用过程中会造成环境污染。现有的掩埋、燃烧或回炉炼铁等处理方式既污染环境又浪费资源。因此，冷轧含油铁泥再利用前要进行除油处理。

现有的除油工艺大多使用表面活性剂后清洗、磁性净化法、真空低温蒸馏法。如日本公开的热轧含油污泥湿式脱油处理方法（昭53-100970、昭54-94170），其中昭54-94170专利技术工艺过程较长，经搅拌后需进行二次水洗作业，再进行过滤，且要求搅拌后要求静止90分钟，流程不连续；而昭54-94170专利技术洗涤剂的助洗剂全为有机溶剂，具有易燃易挥发的特点，将造成空气污染，且流程同样为不连续进行。中国专利97109093.9公开了一种利用洗涤剂去除热轧含油铁泥表面油污的方法，利用此法可以得到超级铁精矿，此发明存在除油效率不高（处理后含油率1%）、添加的洗涤剂容易造成二次污染、不具备除油后的产物连续再加工的缺点。中国专利200810119646.6公开了一种废轧制油的再生方法，此方法向废轧制油中先投加碱，再投加聚丙烯酰胺，最后离心分离，此方法回收油彻底，但也存在流程较长、油与水分离不彻底的缺点。中国专利94201662.9公开了一种轧制油铁磁性微粉的电磁净化装置。这种装置由过滤箱、磁轭、铁芯、线圈、磁极、进出管路等组成。过滤箱装在两磁极之间，箱内充以钢棒或钢球，轧制油从钢棒或钢球之间通过时，便可以使轧制油中的铁磁性微粉吸附在钢棒或钢球上达到净化目的。这种装置结构简单，效果良好，经济效益和社会效益明显，有很好的推广前景。但此发明存在脱油不彻底、处理废料单一，只能处理铁磁性废料的缺点。

云母氧化铁(MIO)是一种重要的铁系颜料，其主要化学成分为α-Fe₂O₃，密度为4.6~4.8g/cm³。其结晶体为鳞片状、扁平或板状，完整的晶面外观为正六角形。云母氧化铁化学性质稳定，无毒无味，耐高温，抗紫外线，及具有抗粉化性、防锈性、耐碱性、耐盐雾性、耐候性等优良性能，广泛应用于重防腐涂料、防锈油漆、填料等领域。云母氧化铁可分为天然云母氧化铁和人工合成云母氧化铁两种。

目前，人工合成云母氧化铁的制备方法主要有高温熔盐法、气相法和水热法。上世纪60年代起，国外就开展了人工合成云母氧化铁的研究。美国专利US4676838公开了一种有关薄片状氧化铁颜料的制备和使用的方法。该方法将含三价铁溶液或悬浮液经中和处理后加入高碱NaOH介质中经水热处理可制备得到片状氧化铁颜料。该发明方法生产出的云母氧化铁具有纯度高、结晶良好等优点。但由于完全使用纯料为原料，因此存在原料成本高的缺点。美国专利US4289746报道了一种以磁铁矿为原料，将磁铁矿与氧化剂(NaNO₃或NaClO₃)在热碱溶液中反应制备云母氧化铁的方法。该方法的原料虽然是Fe₂O₃含量不高的铁矿石，但所得产品中Fe₂O₃含量可达99%，但存在着工艺流程复杂，副产物没有充分利用的缺点。

中国专利201010136709.6公开了一种熔盐法制备云母氧化铁的方法，该方法以硫酸亚铁铵或硫酸亚铁或两者的混合物为铁源，以硫酸盐或氯化物或两者的混合物为助熔剂，经混合后熔融而得云母氧化铁，所述云母氧化铁的主要成分为α-Fe₂O₃。该发明方法生产出的云母氧化铁具有化学稳定性高、纯度高、结晶良好、耐热性高等优点。但也存在工艺能耗高、成本高的缺点。中国专利200610032440.0公开了一种水热反应结晶制备云母氧化铁的方法。该方法以钛白副产硫酸亚铁为原料，通过溶解净化、氧化、前驱物生成、水热反应结晶及后处理阶段，并调控水热反应结晶条件，得到粒径和颜色可控变化的云母氧化铁。该方法具有工艺完整、易于操作、便于工业化应用的优点。但相比其他以纯料为原料制备云母氧化铁的专利，同样存在原料成本较高的缺点。

本发明公开了一种冷轧铁泥制备云母氧化铁的制备方法。本发明以带钢冷轧加工过程中产生的含油铁泥为原料，通过酸溶、脱油及回收、氧化、沉淀、水热反应，生产的涂料用云母氧化铁符合国家标准（HG/T3006-1997）和国际标准（ISO10601-2007）。本发明不仅解决了现有冷轧含油铁泥脱油成本过高和环境负担重的问题，而且进行了高值化和资源化再利用。采用本发明生产涂料用云母氧化铁具有原料来源广、成本低、绿色环保和高值化循环再利用等优点。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种冷轧制备云母氧化铁的方法。本发明需要解决的技术问题是：冷轧铁泥中油脂成分的去除、杂质离子的分离、云母氧化铁的制备。具体方法包括以下步骤：

（1）酸溶：用H₂SO₄溶液溶解冷轧铁泥，H₂SO₄的克当量数为冷轧铁泥中Fe的克当量数1.1~3.0倍，溶解温度室温~80℃，溶解时间1h~6h；

（2）脱油及回收：向经酸溶后的混合液中加入聚合硫酸铁絮凝剂，加入量为混合液体积的1%~6%，搅拌1h后过滤，将混合液脱油、回收得到轧制油，循环用于钢板轧制；

（3）氧化：向除油后的滤液中加入H₂O₂溶液进行氧化得到Fe₂(SO₄)₃溶液，H₂O₂的克当量数位滤液中Fe²⁺的克当量数50%~100%；

（4）沉铁：用NaOH溶液调整Fe₂(SO₄)₃溶液的pH值至5~8，过滤得到Fe(OH)₃前驱体；

（5）水热合成：将过滤出的Fe(OH)₃前驱体、NaOH溶液、硼酸钠混合均匀，在水热反应釜中进行水热合成，NaOH浓度为6mo/L~14mol/L，硼酸钠用量为Fe(OH)₃前驱体的1%~8%（质量百分比），水热温度140℃~260℃，水热反应时间1h~5h。

本发明的优点在于：分离、回收冷轧铁泥中的油份，不受冷轧铁泥中油份种类、含量的影响，以脱油后的铁泥为原料制备的云母氧化铁性能优异，达到国家和国际标准，具有原料来源广泛、除油效率高、废料增值再利用、工艺简单、成本低廉的特点，经济和环保效益良好。

说明书附图

图1为本发明的工艺流程图。

图2为本发明制备的云母氧化铁的X-ray衍射分析图。

图3为本发明制备的云母氧化铁的扫描电镜形貌图。

具体实施例

实施例1：

用H₂SO₄溶液溶解冷轧铁泥，H₂SO₄的克当量数为冷轧铁泥中Fe的克当量数1.1倍，溶解温度80℃，溶解时间6h。向酸溶后的混合液中加入聚合硫酸铁絮凝剂，加入量为混合液体积的1%，搅拌1h后过滤，将混合液脱油、回收。向除油后的滤液中加入H₂O₂溶液进行氧化得到Fe₂(SO₄)₃溶液，H₂O₂的克当量数位滤液中Fe²⁺的克当量数50%。用NaOH溶液调整Fe₂(SO₄)₃溶液的pH值至8，过滤得到Fe(OH)₃前驱体。将过滤出的Fe(OH)₃前驱体与NaOH溶液、硼酸钠混合均匀，在水热反应釜中进行水热合成，NaOH浓度为6mol/L，硼酸钠用量为Fe(OH)₃前驱体的1%（质量百分比），水热温度140℃，水热反应时间5h。水热反应完成后经过滤干燥得到云母氧化铁粉体。经检测，云母氧化铁粉体平均粒度12μm，纯度98.3%，产品质量符合涂料用云母氧化铁颜料中国国家标准（HG/T3006-1997）和国际标准（ISO10601-2007）的要求。

实施例2：

用H₂SO₄溶液溶解冷轧铁泥，H₂SO₄的克当量数为冷轧铁泥中Fe的克当量数1.5倍，溶解温度80℃，溶解时间3h。向酸溶后的混合液中加入聚合硫酸铁絮凝剂，加入量为混合液体积的3%，搅拌1h后过滤，将混合液脱油、回收。向除油后的滤液中加入H₂O₂溶液进行氧化得到Fe₂(SO₄)₃溶液，H₂O₂的克当量数位滤液中Fe²⁺的克当量数70%。用NaOH溶液调整Fe₂(SO₄)₃溶液的pH值至7，过滤得到Fe(OH)₃前驱体。将过滤出的Fe(OH)₃前驱体与NaOH溶液、硼酸钠混合均匀，在水热反应釜中进行水热合成，NaOH浓度为10mol/L，硼酸钠用量为Fe(OH)3前驱体的4%（质量百分比），水热温度180℃，水热反应时间3h。水热反应完成后经过滤干燥得到云母氧化铁粉体。经检测，云母氧化铁粉体平均粒度20μm，纯度98.6%，产品质量符合涂料用云母氧化铁颜料中国国家标准（HG/T3006-1997）和国际标准（ISO10601-2007）的要求。

实施例3：

用H₂SO₄溶液溶解冷轧铁泥，H₂SO₄的克当量数为冷轧铁泥中Fe的克当量数2.0倍，溶解温度40℃，溶解时间2h。向酸溶后的混合液中加入聚合硫酸铁絮凝剂，加入量为混合液体积的4%，搅拌1h后过滤，将混合液脱油、回收。向除油后的滤液中加入H₂O₂溶液进行氧化得到Fe₂(SO₄)₃溶液，H₂O₂的克当量数位滤液中Fe²⁺的克当量数80%。用NaOH溶液调整Fe₂(SO₄)₃溶液的pH值至6，过滤得到Fe(OH)₃前驱体。将过滤出的Fe(OH)₃前驱体与NaOH溶液、硼酸钠混合均匀，在水热反应釜中进行水热合成，NaOH浓度为12mol/L，硼酸钠用量为Fe(OH)₃前驱体的6%（质量百分比），水热温度200℃，水热反应时间2h。水热反应完成后经过滤干燥得到云母氧化铁粉体。经检测，云母氧化铁粉体平均粒度50μm，纯度99.1%，产品质量符合涂料用云母氧化铁颜料中国国家标准（HG/T3006-1997）和国际标准（ISO10601-2007）的要求。

实施例4：

用H₂SO₄溶液溶解冷轧铁泥，H₂SO₄的克当量数为冷轧铁泥中Fe的克当量数2.5倍，溶解温度为室温，溶解时间1h。向酸溶后的混合液中加入聚合硫酸铁絮凝剂，加入量为混合液体积的5%，搅拌1h后过滤，将混合液脱油、回收。向除油后的滤液中加入H₂O₂溶液进行氧化得到Fe₂(SO₄)₃溶液，H₂O₂的克当量数位滤液中Fe²⁺的克当量数100%。用NaOH溶液调整Fe₂(SO₄)₃溶液的pH值至5，过滤得到Fe(OH)₃前驱体。将过滤出的Fe(OH)₃前驱体与NaOH溶液、硼酸钠混合均匀，在水热反应釜中进行水热合成，NaOH浓度为14mol/L，硼酸钠用量为Fe(OH)₃前驱体的8%（质量百分比），水热温度220℃，水热反应时间2h。水热反应完成后经过滤干燥得到云母氧化铁粉体。经检测，云母氧化铁粉体平均粒度35μm，纯度98.5%，产品质量符合涂料用云母氧化铁颜料中国国家标准（HG/T3006-1997）和国际标准（ISO10601-2007）的要求。

实施例5：

Claims

1.一种冷轧铁泥制备云母氧化铁的方法，所述云母氧化铁的主要成分为α-Fe2O3，其特征在于具体制备方法包括以下步骤：

（3）氧化：向除油后的滤液中加入H₂O₂溶液进行氧化得到Fe₂(SO4₎₃溶液，H₂O₂的克当量数位滤液中Fe²⁺的克当量数50%~100%；

（5）水热合成：将过滤出的Fe(OH)₃前驱体、NaOH溶液、硼酸钠混合均匀，在水热反应釜中进行水热合成，NaOH浓度为6mo/L~14mol/L，硼酸钠用量为Fe(OH)₃前驱体的1%~8%质量百分比，水热温度140℃~260℃，水热反应时间1h~5h。