CN107555477B - 一种制备钒酸铋黄色颜料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制备钒酸铋黄色颜料的方法，所述方法为：将乙醇、乙酸和水混合后加入五水合硝酸铋，搅拌后得到混合溶液；将偏钒酸铵溶解到碳酸氢氨溶液中后，加入混合溶液中，然后加入碱液调节pH；加热进行反应，反应完成后固液分离，将所得固相干燥后进行热处理，得到钒酸铋黄色颜料。本发明克服了固相合成法的缺点，利用水浴法得到了性能优异的钒酸铋产品。制备过程中反应物均匀混合，不但可以得到颗粒细小、组成均匀的钒酸铋，同时也避免了液相沉淀‑煅烧法中消耗大量酸和碱的问题。本发明易于操作，工艺简单，适用于工业化生产，具有良好的应用前景。

Description

一种制备钒酸铋黄色颜料的方法

技术领域

本发明涉及钒化工领域，具体涉及一种制备钒酸铋黄色颜料的方法。

背景技术

黄色是一种醒目的颜色，当今世界最普遍使用的无机黄颜料铬黄和镉黄，具有良好的性能，但是由于含有铅、铬(VI)和镉等危害人类健康和污染环境的金属元素，其应用领域受到越来越严格的限制。虽然有一系列的有机黄颜料可作为替代品，但满足不了对遮盖力、耐久性等性能的实际需求。

研究发现，钒酸铋及其衍生物都具有黄色颜料的技术性能。钒酸铋是多晶型化合物，主要有4种不同的晶型。分别是正交晶系钒铋矿型晶体、单斜晶系白钨矿型晶体、四方晶系白钨矿型晶体和四方晶系硅酸锆型晶体。其中正交晶系钒酸铋为棕色，四方晶系硅酸锆型钒酸铋为很浅的黄色，因此，一般只用单斜晶系白钨矿型钒酸铋和四方晶系白钨矿型钒酸铋做黄色颜料。

钒酸铋不溶于水，只溶于很强的酸或碱，耐溶性好，是一种有着良好前景的新型颜料，属于无毒、高性能无机颜料。该产品可以广泛的应用于食品、玩具、塑料、汽车面漆、油墨等领域，具有良好的发展前景。

钒酸铋颜料的制备方法主要有：固相煅烧法、沉淀-回流-煅烧法、湿磨法、水溶液沉淀法等。例如CN106747437A一种钼钒酸铋颜料的制备方法，所述方法为：对原料进行预处理；将预处理后的原料进行第一次焙烧获得前驱体；将前驱体第二次焙烧后得到钼钒酸铋颜料。进行两次共四步焙烧，原料经低温焙烧定型、高温煅烧及固化后，获得了品质好且耐高温的钼钒酸铋颜料。CN105948119A公开了一种制备钒酸铋的方法：以粒度小于或等于0.154mm的氧化铋为原料，加入到偏钒酸钠/钒酸钠溶液中，然后加入装有两个以上氧化锆球的容器中，在温度65-150℃反应，反应过程中，进行机械搅拌，得到钒酸铋产物及含偏钒酸钠/钒酸钠的氢氧化钠溶液。CN103601244A中公开了一种钼钒酸铋黄颜料的制备方法，该方法采用Bi₂O₃、V₂O₅和MoO₃为原料、碱金属硝酸盐为熔融盐介质，经球磨后制成粉末前驱体，然后通过熔融盐法制备钼钒酸铋黄颜料。

上述方法要么所需温度较高、反应时间较长，要么得到的钼钒酸铋产品颗粒较大、分布不均匀，难以满足更高的应用要求。因此需要开发一种工艺简单、能耗低，且产品性能优良的制备钼钒酸铋黄颜料的方法。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种制备钒酸铋黄色颜料的方法，克服了固相合成法的缺点，利用水浴法得到了颗粒细小、组成均匀的钒酸铋产品，且该方法易于操作、工艺简单，适用于工业化生产。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种制备钒酸铋黄色颜料的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)将乙醇、乙酸和水混合后加入五水合硝酸铋，，搅拌后得到混合溶液；

(2)将偏钒酸铵溶解到碳酸氢氨溶液中后，加至步骤(1)得到的混合溶液中，然后加入碱液调节pH；

(3)将步骤(2)中调节pH后的溶液加热进行反应，反应完成后固液分离，将所得固相进行干燥；

(4)将步骤(3)干燥后的物料进行热处理，得到钒酸铋黄色颜料。

根据本发明，步骤(1)中乙醇、乙酸和水的体积比为(0.1-1):(0.1-1):1，例如可以是0.1:0.1:1、0.1:0.2:1、0.3:0.5:1、0.5:0.1:1、0.6:0.8:1、0.2:0.9:1、0.9:0.5:1、0.7:0.3:1、0.6:0.4:1或1:1:1，以及其他具体的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。

根据本发明，步骤(1)所述混合溶液中五水合硝酸铋的浓度为0.1-1mol/L，例如可以是0.1mol/L、0.2mol/L、0.3mol/L、0.4mol/L、0.5mol/L、0.6mol/L、0.7mol/L、0.8mol/L、0.9mol/L或1mol/L，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。

根据本发明，步骤(2)所述偏钒酸铵溶解在碳酸氢氨溶液中后的浓度为0.1-1mol/L，例如可以是0.1mol/L、0.2mol/L、0.3mol/L、0.4mol/L、0.5mol/L、0.6mol/L、0.7mol/L、0.8mol/L、0.9mol/L或1mol/L，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。

根据本发明，步骤(2)所述碳酸氢氨溶液的浓度为2-4mol/L，例如可以是2mol/L、2.2mol/L、2.4mol/L、2.6mol/L、2.8mol/L、3mol/L、3.2mol/L、3.4mol/L、3.6mol/L、3.8mol/L或4mol/L，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。

根据本发明，步骤(1)所述五水合硝酸铋中的铋和步骤(2)所述偏钒酸铵中的钒的摩尔比为1:1。本发明按照钒酸铋结构式的摩尔比对二者进行混合。

根据本发明，步骤(2)中加入碱液调节pH为5.5-6.5，例如可以是5.5、5.6、5.7、5.8、5.9、6.0、6.1、6.2、6.3、6.4或6.5，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。

优选地，步骤(2)所述碱液为氨水和/或氢氧化钠溶液。

本发明在调节pH后对溶液进行搅拌，以使溶液混合均匀。

根据本发明，步骤(3)所述反应的温度为80-105℃，例如可以是80℃、85℃、90℃、95℃、100℃或105℃，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。

根据本发明，步骤(3)所述反应的时间为4-8h，例如可以是4h、4.5h、5h、5.5h、6h、6.5h、7h、7.5h或8h，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。

根据本发明，步骤(3)所述反应在不锈钢高压釜中进行。

本发明选用本领域公知的手段进行固液分离，例如过滤、抽滤、离心分离等，但非仅限于此。

本发明在步骤(3)中依次使用无水乙醇、去离子水对固液分离后得到的固相进行清洗。

本发明选用常规手段对固液分离得到的固相进行干燥，对于干燥温度和时间并不进行特殊限定，只要能达到干燥的目的即可。

根据本发明，步骤(4)所述热处理的温度为300-500℃，例如可以是300℃、330℃、350℃、380℃、400℃、420℃、450℃、480℃或500℃，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。

根据本发明，步骤(4)所述热处理的时间为2-6h，例如可以是2h、2.5h、3h、3.5h、4h、4.5h、5h、5.5h或6h，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明利用水浴法克服了固相合成法的缺点，制备过程中反应物均匀混合，不但可以得到颗粒细小、组成均匀的钒酸铋，同时也避免了液相沉淀-煅烧法中消耗大量酸和碱的问题。本发明易于操作，工艺简单，适用于工业化生产，具有良好的应用前景。

具体实施方式

为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

实施例1

(1)将乙醇、乙酸和水按0.2:0.2:1的体积比混合后加入0.1mol五水合硝酸铋，搅拌后得到混合溶液，其中，硝酸铋的浓度为0.1mol/L；

(2)将0.1mol偏钒酸铵溶解在1L浓度为2mol/L的碳酸氢氨溶液中，匀速滴入步骤(1)得到的混合溶液中，控制钒和铋的摩尔比为1:1，然后加入氨水调节pH为5.8，搅拌0.5h；

(3)将步骤(2)中调节pH后的溶液转移至不锈钢高压釜中，加热至90℃反应6h，反应完成后自然冷却至至室温，然后过滤分离，将所得固相依次经过无水乙醇、去离子水清洗后进行干燥；

(4)将步骤(3)干燥后的物料置于马弗炉中，在300℃下焙烧5h，即得到结构均匀的钒酸铋黄色颜料。

实施例2

(1)将乙醇、乙酸和水按0.5:0.5:1的体积比混合后加入0.25mol五水合硝酸铋，搅拌后得到混合溶液，其中，硝酸铋的浓度为0.25mol/L；

(2)将0.25mol偏钒酸铵溶解在1L浓度为2.5mol/L的碳酸氢氨溶液中，匀速滴入步骤(1)得到的混合溶液中，控制钒和铋的摩尔比为1:1，然后加入氢氧化钠溶液调节pH为6，搅拌0.5h；

(3)将步骤(2)中调节pH后的溶液转移至不锈钢高压釜中，加热至100℃反应4h，反应完成后自然冷却至至室温，然后过滤分离，将所得固相依次经过无水乙醇、去离子水清洗后置于烘箱中80℃下干燥6h；

(4)将步骤(3)干燥后的物料置于马弗炉中，在400℃下焙烧4h，即得到结构均匀的钒酸铋黄色颜料。

实施例3

(1)将乙醇、乙酸和水按0.7:0.7:1的体积比混合后加入0.6mol五水合硝酸铋，搅拌后得到混合溶液，其中，硝酸铋的浓度为0.6mol/L；

(2)将0.6mol偏钒酸铵溶解在1L浓度为3.5mol/L的碳酸氢氨溶液中，匀速滴入步骤(1)得到的混合溶液中，控制钒和铋的摩尔比为1:1，然后加入氨水调节pH为6.2，搅拌0.5h；

(3)将步骤(2)中调节pH后的溶液转移至不锈钢高压釜中，加热至105℃反应4h，反应完成后自然冷却至至室温，然后过滤分离，将所得固相依次经过无水乙醇、去离子水清洗后置于烘箱中80℃下干燥6h；

(4)将步骤(3)干燥后的物料置于马弗炉中，在500℃下焙烧3h，即得到结构均匀的钒酸铋黄色颜料。

实施例4

(1)将乙醇、乙酸和水按0.55:0.45:1的体积比混合后加入0.8mol五水合硝酸铋，搅拌后得到混合溶液，其中，硝酸铋的浓度为0.8mol/L；

(2)将0.8mol偏钒酸铵溶解在1L浓度为4mol/L的碳酸氢氨溶液中，匀速滴入步骤(1)得到的混合溶液中，控制钒和铋的摩尔比为1:1，然后加入氨水调节pH为5.6，搅拌0.5h；

(3)将步骤(2)中调节pH后的溶液转移至不锈钢高压釜中，加热至80℃反应8h，反应完成后自然冷却至至室温，然后过滤分离，将所得固相依次经过无水乙醇、去离子水清洗后置于烘箱中80℃下干燥6h；

(4)将步骤(3)干燥后的物料置于马弗炉中，在450℃下焙烧3.5h，即得到结构均匀的钒酸铋黄色颜料。

实施例5

(1)将乙醇、乙酸和水按0.8:0.5:1的体积比混合后加入0.18mol五水合硝酸铋，搅拌后得到混合溶液，其中，硝酸铋的浓度为0.18mol/L；

(2)将0.18mol偏钒酸铵溶解在1L浓度为3mol/L的碳酸氢氨溶液中，匀速滴入步骤(1)得到的混合溶液中，控制钒和铋的摩尔比为1:1，然后加入氢氧化钠溶液调节pH为6，搅拌0.5h；

(3)将步骤(2)中调节pH后的溶液转移至不锈钢高压釜中，加热至90℃反应6h，反应完成后自然冷却至至室温，然后过滤分离，将所得固相依次经过无水乙醇、去离子水清洗后置于烘箱中80℃下干燥6h；

(4)将步骤(3)干燥后的物料置于马弗炉中，在450℃下焙烧3.5h，即得到结构均匀的钒酸铋黄色颜料。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (6)

1.一种制备钒酸铋黄色颜料的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

（1）将乙醇、乙酸和水混合后加入五水合硝酸铋，乙醇、乙酸和水的体积比为(0.1-1):(0.1-1):1，搅拌后得到五水合硝酸铋的浓度为0.1-1mol/L的混合溶液；

所述五水合硝酸铋中的铋和步骤（2）所述偏钒酸铵中的钒的摩尔比为1:1；

（2）将偏钒酸铵溶解到浓度为2-4mol/L的碳酸氢铵溶液中，偏钒酸铵的浓度为0.1-1mol/L，将其加至步骤（1）得到的混合溶液中，然后加入碱液调节pH为5.5-6.5；

（3）将步骤（2）中调节pH后的溶液加热进行反应，反应完成后固液分离，将所得固相进行干燥；所述反应的温度为80-105℃，所述反应在不锈钢高压釜中进行；

（4）将步骤（3）干燥后的物料进行热处理，得到钒酸铋黄色颜料。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）所述碱液为氨水和/或氢氧化钠溶液。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）所述反应的时间为4-8h。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，依次使用无水乙醇、去离子水对步骤（3）固液分离后得到的固相进行清洗。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（4）所述热处理的温度为300-500℃。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（4）所述热处理的时间为2-6h。