CN104261486A - 控制氧化铁黑铁含量的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种控制氧化铁黑铁含量的方法，包括如下步骤：(1)将重量浓度为30～50％的硫酸亚铁溶液加入反应釜，通入空气，(2)然后加入重量浓度为28～32％的氢氧化钠溶液至反应体系的PH为6.5～7.0，加热反应；总的反应时间为28～36小时，在反应4～8小时期间，反应温度为92～94℃，PH为7～8，在反应8小时至反应结束，反应温度大于94℃，PH为7～8。由于本发明对反应釜的结构和工艺条件进行了全面的优化，反应过程的选择性得到了很大的提高，获得的产品，Fe3O4的质量含量可达到96％以上，能够满足食品领域应用的需要，且降低了能耗。

Description

控制氧化铁黑铁含量的方法
技术领域
本发明涉及氧化铁黑的制备方法。
背景技术
氧化铁黑是一种重要的无机颜料，在众多的领域均有十分广泛的应用。
目前，常规方法制备的氧化铁黑，按干燥品计算，Fe3O4的质量含量为94％左右，该含量不能满足食品领域Fe3O4不得少于96.0％的需要。
为了达到上述的要求，许多专利公开了各自的技术，如CN1069246A报道了一种制备氧化铁黑的方法，但是，该方法存在无法同时控制氧化铁黑颜料“色光、强度和铁含量”的缺陷，产品达不到食品领域的要求。
目前，氧化铁黑均以硫酸亚铁为原料，通入空气，在水溶液中进行反应而获得的，采用的设备均为一般的搅拌反应釜，但是，以硫酸亚铁为原料，通入空气，在水溶液中进行反应的过程，为一种气液固的三相反应，尽管对工艺条件进行优化，常规的搅拌反应釜也难以获得高含量的Fe3O4。
本发明的目的是提供一种控制氧化铁黑铁含量的方法，以克服现有技术存在的缺陷，满足相关领域的需要。
本发明的方法，包括如下步骤：
(1)将重量浓度为30～50％的硫酸亚铁溶液加入反应釜，通入空气，(2)然后加入重量浓度为28～32％的氢氧化钠溶液至反应体系的PH为6.5～7.0，加热反应；
重量浓度为30～50％的硫酸亚铁溶液∶重量浓度为28～32％的氢氧化钠溶液＝1∶2；
总的反应时间为28～36小时；
在反应4～8小时期间，反应温度为92～94℃，PH为7～8；
在反应8小时至反应结束，反应温度大于94℃，PH为7～8；
反应期间，可依反应的进行程度，补加重量浓度为30～50％的硫酸亚铁溶液和重量浓度为28～32％的氢氧化钠溶液；
术语“进行程度”指的是反应过程的氧化程度、脱水程度等；
优选的，当温度升到92℃开始计保温时间，反应8小时后，补加重量浓度为30～50％的硫酸亚铁溶液和重量浓度为28～32％的氢氧化钠溶液，将PH值调到7；
之后每保温4小时，按第二次补加量进行补加；
可进行多次补加，补加的次数为5～6次；
重量浓度为30～50％的硫酸亚铁溶液∶重量浓度为28～32％的氢氧化钠溶液＝1∶2；
补加的重量浓度为30～50％的硫酸亚铁溶液的重量，为步骤(1)的10～50％，以此类推；
所述反应是一种具有双层搅拌桨叶的反应釜，参见图1，所述的反应釜为一种具有双层搅拌桨叶的三相反应釜，包括：
设有物料入口的圆形容器20和轴向安装在所述圆形容器中的搅拌装置30，所述搅拌装置30包括：
搅拌轴40；
位于所述圆形容器中部且固定在所述搅拌轴40上的上层宽叶搅拌桨1；
所述上层宽叶搅拌桨1为通过轮毂倾斜安装在所述搅拌轴40上的平板，平板外缘与所述圆形容器之间的间距δ为5～10mm，平板的长度L1与宽度L2之比为：L1∶L2＝10∶0.1～0.5，优选10∶0.3～0.4；平板与搅拌轴40之间的夹角α为20～30°，平板的数量为4～6片，均匀分布；
位于所述圆形容器下部且固定在所述搅拌轴40上的下层窄叶搅拌桨2，所述下层窄叶搅拌桨2为通过轮毂倾斜安装在所述搅拌轴40上的平板，平板外缘与所述圆形容器之间的间距δ为5～10mm，平板的长度与宽度之比为10∶0.05～0.08，平板与搅拌轴40之间的夹角α为20～30°，平板的数量为4～6片，均匀分布；
位于下层窄叶搅拌桨2的上方的空气入口装置；
所述空气入口装置，所述空气入口装置包括与空气入口201相连通的总管5和具有向下开口的1～2mm小孔的气体分布器6，气体分布器成弧形围绕在下层搅拌桨上方；
搅拌装置的转速为50～70转/分钟；
显然，上层宽叶搅拌桨1的宽度L1大于下层窄叶搅拌桨2，上层宽叶搅拌桨1由于采用了宽叶桨，分散性能强，而下层窄叶搅拌桨2采用了窄叶桨，循环性能好，有利于将底部的物料的悬浮。
上述结构的搅拌装置，采用长桨叶、低转速的方法，以确保分散性能，同时也能够确保反应体系不至于激烈的湍动而导致反应过分激烈而使反应速度加快，是反应的选择性降低，导致Fe3O4的质量含量降低，无法达标。
氧化铁黑是一种二价铁和三价铁混合价态氧化物，氧化数要根据分子的微观结构进行判断，二价铁和三价铁的比例直接影响了产物的总铁含量，Fe2O3部分含量多，则总铁含量低；FeO部分含量多，则总铁含量高。
发明人发现，为了获得总铁含量高的产品，需要采用特定结构的反应釜和特定的工艺条件，以控制Fe2O3部分的生成。
由于本发明对反应釜的结构和工艺条件进行了全面的优化，反应过程的选择性得到了很大的提高，获得的产品，Fe3O4的质量含量可达到96％以上，能够满足食品领域应用的需要，且降低了能耗。
附图说明
图1为反应釜结构示意图。
图2为上、下层宽叶搅拌桨结构示意图。
图3为图2的左视图。
具体实施方式
实施例1
采用图1～3的反应器。结构参数如下：
上层宽叶搅拌桨外缘与所述圆形容器之间的间距δ为5mm，平板的长度L1与宽度L2之比为：L1∶L2＝10∶0.3；平板与搅拌轴40之间的夹角α为20°，平板的数量为4片，均匀分布；
下层窄叶搅拌桨外缘与所述圆形容器之间的间距δ为5mm，平板的长度与宽度之比为10∶0.05，平板与搅拌轴40之间的夹角α为20°，平板的数量为4片，均匀分布；向下开口的小孔的直径为1mm；
在50吨反应釜中，加入重量浓度40％的硫酸亚铁溶液10000千克，30％液碱约3000千克，调节PH至7。
搅拌桨60转每分钟，空气流量200升每分钟。温度升到92℃开始计保温时间，反应8小时后，补加硫亚5000千克，液碱1500千克，将PH值调到7，并控制温度为94.5℃；
4小时后，进行第二次补加，补加硫亚2500千克，液碱750千克，将PH值调到7。
之后每保温4小时，按第二次补加量进行补加，补加6次后，保温4小时，结束反应。
采用《中华人民共和国药典》(2010年版)标准进行含量检测，Fe3O4的质量含量为96.3％；颜色强度测定，绝对值为：L*56.17个CIELAB单位、a*-1.01个CIELAB单位、b*-4.12个CIELAB单位，其中L值代表明暗度；a值代表红蓝相；b值代表黄绿相；着色强度为99.36％，能够满足食品领域应用的需要。
实施例2
采用图1～3的反应器。结构参数如下：
上层宽叶搅拌桨外缘与所述圆形容器之间的间距δ为10mm，平板的长度L1与宽度L2之比为：L1∶L2＝10∶0.4；平板与搅拌轴40之间的夹角α为30°，平板的数量为6片，均匀分布；
下层窄叶搅拌桨外缘与所述圆形容器之间的间距δ为10mm，平板的长度与宽度之比为10∶0.08，平板与搅拌轴40之间的夹角α为30°，平板的数量为6片，均匀分布；
位于下层窄叶搅拌桨2的上方的空气入口装置；
所述空气入口装置，所述空气入口装置包括与空气入口201相连通的总管5和具有向下开口的小孔的直径为2mm；
在50吨反应釜中，加入重量浓度40％的硫酸亚铁溶液10000千克，30％液碱约3000千克，调节PH至7。搅拌桨70转每分钟，空气流量100升每分钟。
温度升到94℃开始计保温时间，反应8小时后，补加硫亚5000千克，液碱1500千克，将PH值调到7，并控制温度为96℃；
4小时后，进行第二次补加，补加硫亚2500千克，液碱750千克，将PH值调到7。
之后每保温4小时，按第二次补加量进行补加，补加5次后，保温4小时，结束反应。
采用《中华人民共和国药典》(2010年版)标准进行含量检测，Fe3O4的质量含量为96.8％；颜色强度测定，绝对值为：L*56.17个CIELAB单位、a*-0.91个CIELAB单位、b*-4.46个CIELAB单位，其中L值代表明暗度；a值代表红蓝相；b值代表黄绿相；着色强度为100.47％，能够满足食品领域应用的需要。

Claims (10)

1.控制氧化铁黑铁含量的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将重量浓度为30～50％的硫酸亚铁溶液加入反应釜，通入空气，(2)然后加入重量浓度为28～32％的氢氧化钠溶液至反应体系的PH为6.5～7.0，加热反应；
总的反应时间为28～36小时，在反应4～8小时期间，反应温度为92～94℃，PH为7～8，在反应8小时至反应结束，反应温度大于94℃，PH为7～8。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，重量浓度为30～50％的硫酸亚铁溶液∶重量浓度为28～32％的氢氧化钠溶液＝1∶2。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，反应期间，补加重量浓度为30～50％的硫酸亚铁溶液和重量浓度为28～32％的氢氧化钠溶液。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，当温度升到92℃开始计保温时间，反应8小时后，补加重量浓度为30～50％的硫酸亚铁溶液和重量浓度为28～32％的氢氧化钠溶液，将PH值调到7，之后每保温4小时，按第二次补加量进行补加。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，补加的次数为5～6次。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，补加时，重量浓度为30～50％的硫酸亚铁溶液∶重量浓度为28～32％的氢氧化钠溶液＝1∶2。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，补加的重量浓度为30～50％的硫酸亚铁溶液的重量为步骤(1)的10～50％。
8.根据权利要求1～7任一项所述的方法，其特征在于，所述的反应釜包括：
设有物料入口的圆形容器和轴向安装在所述圆形容器中的搅拌装置，所述搅拌装置包括：
搅拌轴；
位于所述圆形容器中部且固定在所述搅拌轴上的上层宽叶搅拌桨；
所述上层宽叶搅拌桨为通过轮毂倾斜安装在所述搅拌轴上的平板，平板外缘与所述圆形容器之间的间距δ为5～10mm，平板的长度L1与宽度L2之比为：L1∶L2＝10∶0.1～0.5，平板与搅拌轴之间的夹角α为20～30°，平板的数量为4～6片，均匀分布；
位于所述圆形容器下部且固定在所述搅拌轴上的下层窄叶搅拌桨，所述下层窄叶搅拌桨为通过轮毂倾斜安装在所述搅拌轴上的平板，平板外缘与所述圆形容器之间的间距δ为5～10mm，平板的长度与宽度之比为10∶0.05～0.08，平板与搅拌轴40之间的夹角α为20～30°，平板的数量为4～6片，均匀分布；
位于下层窄叶搅拌桨的上方的空气入口装置；
所述空气入口装置，所述空气入口装置包括与空气入口相连通的总管和具有向下开口的1～2mm小孔的气体分布器，气体分布器成弧形围绕在下层搅拌桨上方。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，搅拌装置的转速为50～70转/分钟。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，上层宽叶搅拌桨的宽度L1大于下层窄叶搅拌桨。
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