CN111154292B

CN111154292B - 一种用钢厂转炉铁渣制备低成本铁黑色素颜料的方法

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Publication number: CN111154292B
Application number: CN202010072985.4A
Authority: CN
Inventors: 谭硕望; 郭聃; 杨琦云; 邹凡球; 唐忠; 王维; 周见闻; 周毅; 杨鑫; 连捷元; 谭安国
Original assignee: Xiangtan Iron & Steel Ruixing Co
Current assignee: Xiangtan Iron & Steel Ruixing Co
Priority date: 2020-01-22
Filing date: 2020-01-22
Publication date: 2021-08-03
Anticipated expiration: 2040-01-22
Also published as: CN111154292A

Abstract

本发明公开一种用钢厂转炉铁渣制备低成本铁黑色素颜料的方法。首先按以下重量份数称取原料配成生料：钢厂转炉铁渣40～60，CuO 10～15，Cr₂O₃ 30～40，软锰矿粉4～15；然后进行混料、分段焙烧等工序得到铁黑色素颜料。本发明能够使得钢厂转炉铁渣得以全部回收利用，不仅无工业三废排放，而且使得转炉铁渣得到最大程度的资源化利用；本发明的方法，还适用于其他行业铁渣的回收利用，如接触法生产硫酸造气工序排出的铁渣，染料化工还原工序排出的铁渣等；明显降低了成本，经济效益显著；还能产生积极的环保效益，本发明能够实现回收利用，避免了露天堆放的钢厂转炉铁渣形成的铁锈水对生态环境造成的污染。

Description

一种用钢厂转炉铁渣制备低成本铁黑色素颜料的方法

技术领域

本发明涉及化工技术领域，具体是涉及一种用钢厂转炉铁渣制备低成本铁黑色素颜料的方法。

背景技术

铁黑色素颜料是一种无机颜料，具有蓝墨光黑色，遮盖力高、着色力高，有良好的耐候、耐光性，且带有强磁性，目前国内主要生产方法有三种，分别是硫酸亚铁氧化晶种法、氧化亚铁与氧化铁红复合化学合成法、氧化铁红焙烧法，由于生产方法不同，得到的铁黑色素颜料的性能和用途差异大，前二种方法(称湿法)所生产的铁黑色素颜料只能用于油漆涂料、油墨、塑料、橡胶的着色，耐温性差，不能用于搪瓷、日用陶瓷、建筑陶瓷的高温着色，因为高温下这种铁黑色素颜料会分解褪色，转变为褐色或暗红色。而第三种氧化铁红焙烧法(称干法)，主要原料氧化铁红Fe₂O₃与辅助原料Cu、Cr、M_n等化合物在高温下，在Fe₂O₃骨架晶格位置上发生元素迁移迭加反应形成多元固熔体尖晶石型的铁黑色素颜料，这种Fe₃O₄·[(Cu·Mn·Cr₂)O₆]结构的固熔体耐高温，不仅兼有湿法生产的铁黑色素颜料性能用途，而且耐温性好，能用于搪瓷、日用陶瓷、建筑陶瓷的高温着色。

钢厂转炉铁渣Fe含量50～56％，含有m(Fe₂O₃·Fe₃O₄)·n(Ca Fe₃O₅·Fe₂ZnSiO₆)组份，Fe折合以Fe₂O₃计为70％～80％，其余CaO 12％～16％，ZnO 2％～6.5％，MgO 0.8％～1.2％，Al₂O₃ 0.1％～0.8％，Na₂O·K₂O 0.04％～0.8％，SiO₂ 0.4％～0.6％，不影响高温晶格反应生成固熔体，不影响发色。钢厂转炉铁渣200～300元/吨，替代主原料氧化铁红(3000～5000元/吨)，所生产的低成本铁黑色素颜料在市场上有很大的价格竞争优势。

中国发明CN105038326A提供了一种掺杂煤粉灰的氧化铁铁黑颜料及其制备方法，中国发明CN10316765A提供了一种低粒度氧化铁黑颜料的制备方法，中国发明CN109133450A提供了一种用钢铁酸洗废水制备铁黑颜料的方法，中国发明CN104386761A提供了一种提高着色力氧化铁黑颜料的制备方法，中国发明CN105017810A提供了一种抛光用氧化铁黑颜料及其制备方法，中国发明CN10517811A提供了一种耐老化氧化铁黑颜料及其制备方法，中国发明CN105566952A提供了一种提高颗粒氧化铁黑颜料色相的方法，这些方法均为湿法技术，鲜见用钢厂转炉铁渣为主要原料制备铁黑颜料的报导。中国发明CN101314678A提供了一种耐高温氧化铁黑颜料及其制备方法，所述主要原料是FeSO₄、NaOH、空气、MnSO₄，化学法制备Fe₃O₄和Mn(OH)₂，然后将固体Fe₃O₄湿浆料与固体Mn(OH)₂湿浆料均匀混合，经干燥粉碎后的物料高温焙烧，发生反应，Fe₃O₄+MnO₂＝Mn Fe₃O₄+O₂，得到MnFe₃O₄锰铁黑。该方法只用MnO₂与Fe₃O₄反应，锰铁黑的黑度受到影响，呈灰黑色，另外在用FeSO₄制备Fe(OH)₂和用MnSO₄制备Mn(OH)₂的分步化学反应过程中，过滤沉淀物的滤液和漂洗水有大量的Na₂SO₄废水需处理处置，该发明并未涉及，液相Na₂SO₄来源于复分解反应FeSO₄+2NaOH＝Fe(OH)₂+Na₂SO₄，MnSO₄+2NaOH＝Mn(OH)₂+Na₂SO₄，含Na₂SO₄废水外排，对生态环境会造成污染。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用钢厂转炉铁渣制备低成本铁黑色素颜料的方法，用钢厂转炉铁渣替代主原料氧化铁红生产铁黑色素颜料，显著降低生产成本，且使目前国内各钢铁公司生产企业回收废钢材所得转炉铁渣得到最大程度资源化利用。

钢厂转炉铁渣含Fe 50％～56％，Zn 2％～5％，因为Zn>1％，转炉铁渣不能返回用于炼铁原料，本发明在钢厂转炉铁渣里添加含Cu、Cr、Mn等元素活性氧化物发色剂、引发剂配成生料，于高温条件下发生以Fe₂O₃分子为骨架的晶格元素嵌布迭加重排反应，形成复合多元相铁氧体固熔体，是制备结构稳定的尖晶石型铁系黑色颜料的一种创新技术，使钢厂转炉铁渣最大程度资源化利用，同时扩大铁黑色素颜料的用途范围。

本发明的技术方案如下：

一种用钢厂转炉铁渣制备低成本铁黑色素颜料的方法，包括以下步骤：

(1)按以下重量份数称取原料配成生料：钢厂转炉铁渣40～60，CuO 10～15，Cr₂O₃30～40，软锰矿粉4～15，生料入混合机混合均匀，测定均匀度中控，得混合生料；

(2)步骤(1)所得混合生料入球磨机，加水湿磨，控制物料细度≤200目(筛余物≤0.5％)，料浆经压滤机液固分离，湿滤饼干燥粉碎，粉碎后滤饼装匣缽堆放在窑车上，滤液入池循环使用；

(3)步骤(2)窑车进焙烧窑，点然液化气或天然气或煤气燃料，程序升温，室温升至1030～1050℃后，恒温3～3.5h，然后继续升温至1080～1100℃，恒温1～1.5h，熄火窑内自然降温100～150℃出窑，自然冷却得熟料；

(4)步骤(3)冷却好的熟料入球磨机，加水湿磨，中控细度≤325目(筛余物≤0.5％)，出料入漂洗桶，加水漂洗，出料压滤，滤饼经干燥粉碎得铁黑色素颜料产品，漂洗液和压滤液分别入池循环使用。

进一步地，程序升温的升温速率为4～6℃/min。

进一步地，焙烧窑焙烧过程的出窑炉200～300℃热风气流余热用于干燥工序。

进一步地，所述的钢厂转炉铁渣Fe含量50～56％，含有m(Fe₂O₃·Fe₃O₄)·n(CaFe₃O₅·Fe₂ZnSiO₆)组份，Fe含量折合以Fe₂O₃计为70％～80％。

进一步地，所述的钢厂转炉铁渣还可为接触法生产硫酸造气工序排出的铁渣或染料化工还原工序排出的铁渣。

本发明的有益效益在于：

(1)本发明能够使得钢厂转炉铁渣得以全部回收利用，不仅无工业三废排放，而且使得转炉铁渣得到最大程度的资源化利用；

(2)本发明的方法，还适用于其他行业铁渣的回收利用，如接触法生产硫酸造气工序排出的铁渣，染料化工还原工序排出的铁渣等；

(3)钢厂转炉铁渣200～300元/吨，而氧化铁红价格3000～5000元/吨，转炉铁渣替代主原料氧化铁红制备铁黑色素颜料，生产成本低，在市场上价格竞争优势很明显，本发明明显降低了成本，经济效益显著；

(4)本发明还能产生积极的环保效益，露天堆放的钢厂转炉铁渣会受到雨水的淋洗，形成的铁锈水对生态环境地表水造成污染，本发明实现回收利用，能够有效保护生态环境。

附图说明

图1为本发明实施例1所得混合生料样品的图片。

图2为本发明实施例1所得铁黑色素颜料样品的图片。

图3为本发明实施例1所得铁黑色素颜料用于搪瓷着色所得样品的图片。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明并不限于此，特别说明的是，下述的钢厂干转炉铁渣的含铁量是折合为Fe₂O₃的含量。

实施例1

称取钢厂干转炉铁渣(含Fe₂O₃75.7％)450g、CuO(含量98.1％)150g、Cr₂O₃(含量97.2％)350g、软锰矿粉(MnO₂含量54％)100g配成生料分次入快速球磨机，加适量水，球磨10min，倒出入恒温烘箱于105℃干燥2h，取出冷却，冷却料用高速小型粉碎机粉碎，生料粉末倒入匣钵，在硅碳棒高温炉焙烧，按升温曲线进行程序升温，控制升温速率为4℃/min，室温升至1030℃，然后恒温3h，继续升温至1080℃，恒温1.5h，关闭硅碳棒高温炉，炉内自然降温至150℃，取出熟料室温冷却，冷熟料分次倒入快速球磨机加适量水球磨10min/次,取出的料浆倒入3个5000ml烧杯内，冷水各漂洗一次，用真空泵抽滤，滤饼于105℃干燥2h，得铁黑色素颜料，产品收率99.6％。

实施例2

称取钢厂干转炉铁渣(含Fe₂O₃77.1％)500g、CuO(含量98.1％)120g、Cr₂O₃(含量97.2％)320g、软锰矿粉(MnO₂含量54％)120g配成生料分次入快速球磨机，加适量水，球磨10min，倒出入恒温烘箱于105℃干燥2h，取出冷却，冷却料用高速小型粉碎机粉碎，生料粉末倒入匣钵，在硅碳棒高温炉焙烧，按升温曲线进行程序升温，控制升温速率为5℃/min，室温升至1050℃，然后恒温3h，继续升温至1080℃，恒温1.2h，关闭硅碳棒高温炉，炉内自然降温至120℃，取出熟料室温冷却，冷熟料分次倒入快速球磨机加适量水球磨10min/次，取出的料浆倒入3个5000ml烧杯内，冷水各漂洗一次，用真空泵抽滤，滤饼于100℃干燥2.5h，得铁黑色素颜料，产品收率98.5％。

实施例3

称取钢厂干转炉铁渣(含Fe₂O₃80％)420g、CuO(含量98.1％)100g、Cr₂O₃(含量97.2％)360g、软锰矿粉(MnO₂含量54％)120g配成生料分次入快速球磨机，加适量水，球磨10min，倒出入恒温烘箱于105℃干燥2h，取出冷却，冷却料用高速小型粉碎机粉碎，生料粉末倒入匣钵，在硅碳棒高温炉焙烧，按升温曲线进行程序升温，控制升温速率为5℃/min，室温升至1040℃，然后恒温3h，继续升温至1080℃，恒温1.4h，关闭硅碳棒高温炉，炉内自然降温至120℃，取出熟料室温冷却，冷熟料分次倒入快速球磨机加适量水球磨10min/次，取出的料浆倒入3个5000ml烧杯内，冷水各漂洗一次，用真空泵抽滤，滤饼于95℃干燥3h，得铁黑色素颜料，产品收率99.2％。

实施例4

称取钢厂干转炉铁渣(含Fe₂O₃72.9％)480g、CuO(含量98.1％)110g、Cr₂O₃(含量97.2％)400g、软锰矿粉(MnO₂含量54％)60g配成生料分次入快速球磨机，加适量水，球磨10min，倒出入恒温烘箱于105℃干燥2h，取出冷却，冷却料用高速小型粉碎机粉碎，生料粉末倒入匣钵，在硅碳棒高温炉焙烧，按升温曲线进行程序升温，控制升温速率为5℃/min，室温升至1030℃，然后恒温3.2h，继续升温至1080℃，恒温1.3h，关闭硅碳棒高温炉，炉内自然降温至120℃，取出熟料室温冷却，冷熟料分次倒入快速球磨机加适量水球磨10min/次，取出的料浆倒入3个5000ml烧杯内，冷水各漂洗一次，用真空泵抽滤，滤饼于95℃干燥3h，得铁黑色素颜料，产品收率98.7％。

实施例5

称取钢厂干转炉铁渣(含Fe₂O₃75.7％)600g、CuO(含量98.1％)130g、Cr₂O₃(含量97.2％)300g、软锰矿粉(MnO₂含量54％)80g配成生料分次入快速球磨机，加适量水，球磨10min，倒出入恒温烘箱于105℃干燥2h，取出冷却，冷却料用高速小型粉碎机粉碎，生料粉末倒入匣钵，在硅碳棒高温炉焙烧，按升温曲线进行程序升温，控制升温速率为6℃/min，室温升至1030℃，然后恒温3h，继续升温至1080℃，恒温1.5h，关闭硅碳棒高温炉，炉内自然降温至120℃，取出熟料室温冷却，冷熟料分次倒入快速球磨机加适量水球磨10min/次，取出的料浆倒入3个5000ml烧杯内，冷水各漂洗一次，用真空泵抽滤，滤饼于98℃干燥3h，得铁黑色素颜料，产品收率98.2％。

取上述实施例所得铁黑色素颜料样分析测定，结果显示达到铁黑色素颜料合格品要求，具体如下：

Claims

1.一种用钢厂转炉铁渣制备低成本铁黑色素颜料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）按以下重量份数称取原料配成生料：钢厂转炉铁渣40～60，CuO 10～15，Cr₂O₃ 30～40，软锰矿粉4～15，生料入混合机混合均匀，测定均匀度中控，得混合生料；

（2）步骤（1）所得混合生料入球磨机，加水湿磨，控制物料细度≤200目，料浆经压滤机液固分离，湿滤饼干燥粉碎，粉碎后滤饼装匣- 钵堆放在窑车上，滤液入池循环使用；

（3）步骤（2）窑车进焙烧窑，点然液化气或天然气或煤气燃料，程序升温，室温升至1030~1050℃后，恒温3～3.5h，然后继续升温至1080~1100℃，恒温1~1.5h，熄火窑内自然降温100～150℃出窑，自然冷却得熟料；

（4）步骤（3）冷却好的熟料入球磨机，加水湿磨，中控细度≤325目，出料入漂洗桶，加水漂洗，出料压滤，滤饼经干燥粉碎得铁黑色素颜料产品，漂洗液和压滤液分别入池循环使用；

所述的钢厂转炉铁渣Fe含量50~56%，含有m （Fe₂O₃· Fe₃O₄）·n（Ca Fe₃O₅·Fe₂ZnSiO₆）组份，Fe含量折合以Fe₂O₃计为70%～80%。

2.根据权利要求1所述的用钢厂转炉铁渣制备低成本铁黑色素颜料的方法，其特征在于，程序升温的升温速率为4~6℃/min。

3.根据权利要求1所述的用钢厂转炉铁渣制备低成本铁黑色素颜料的方法，其特征在于，所述的钢厂转炉铁渣还可为接触法生产硫酸造气工序排出的铁渣或染料化工还原工序排出的铁渣。