CN86103643B - 以炼钢炉烟道灰为原料生产氧化铁黑的方法 - Google Patents
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Abstract
以炼钢炉烟道灰为原料生产氧化铁黑的方法是对现有技术中生产氧化铁黑的方法的改进，其目的主要是消除烟道灰对环境的污染，同时改善氧化铁黑产品的耐酸碱腐蚀和耐高温的性能，本发明直接以炼钢炉烟道灰为原料，并且包括化学处理、加成反应等８个工艺过程，本发明工艺简单、成本低，没有二次污染，所生产的氧化铁黑具有耐酸碱腐蚀和耐高温的优点，本发明可用于对炼钢炉烟道灰的综合利用。
Description
本发明是对利用氧化铁红与硫酸亚铁和氢氧化钠的加成反应生产氧化铁黑无机铁系颜料的工艺方法的改进。
现有技术中广泛采用氧化铁红与硫酸亚铁和氢氧化钠的加成反应来生产氧化铁黑无机铁系颜料，其工艺方法主要分为两步，即首先制备氧化铁红（Fe2O3），然后再利用氧化铁红与硫酸亚铁（FeSo4）和氢氧化钠（NaOH）的加成反应生成氧化铁黑（Fe3O4）。其工艺步骤至少包括制备氧化铁红、加成反应、过滤漂洗、沉淀浓缩、干燥和粉碎，图1是其工艺流程示意图。就制备氧化铁红而言，现有技术中主要有湿法、干法和苯胺法三种，所谓干法是以铁盐为原料的高温分解法;而苯胺法则是利用金属铁还原硝基苯生成苯胺和氧化铁红的联合生产方法。湿法制备氧化铁红是现有技术中应用较普遍、具有代表性的工艺方法，它是以金属铁、硫酸和氢氧化钠为原料的液相沉淀法。金属铁与硫酸反应生成硫酸亚铁并进入液相，液相中的亚铁盐经空气中的氧（O2）氧化、水解、脱水后变成三氧化二铁（Fe2O3）沉淀于晶核表面;与此同时，水解反应所产生的酸与金属铁作用又生成亚铁盐。如此循环反复的反应过程使晶核逐渐长大，色相也逐步发展，最终得到所期望的氧化铁红颜料。图2是湿法制备氧化铁红的工艺流程示意图，其主要化学反应过程如下：
Fe+H2SO4 
FeSO4+H2↑
FeSO4+2NaOH
Fe（OH）2+Na2SO4
2Fe（OH）2+1/2O2+y·H2O
Fe2O3·xH2O（晶种）
4FeSO4+O2+10H2O4H2SO4+4Fe（OH）3↓
Fe（OH）3 
Fe2O3·nH2O+xH2O（n＜1）
由此可见，湿法生产氧化铁红实质上是以金属铁为原料的两步氧化法，金属铁是氧化铁（Fe2O3）中铁的来源，硫酸和氢氧化钠是必不可少的原料，而FeSo4和Fe（OH）3则是必经的中间产物。显然，用两步氧化法制备氧化铁红并进而生产氧化铁黑，其工艺相当复杂，因而生产周期长、产品能耗多，生产成本高，而且还要消耗大量的金属铁。如果能直接以氧化铁为原料来生产氧化铁黑，则显然可以大大简化生产工艺，缩短生产周期，减少能源消耗，降低生产成本。
经测试，炼钢炉烟道灰中含有一定数量的氧化铁，其主要化学成份是三氧化二铁、一氧化铁、四氧化三铁和含结晶水的三氧化二铁，总含铁量达59.4%，并且具有很好的物理化学性能，有可能成为生产无机铁系颜料的原料。但是，炼钢炉烟道灰中除氧化铁外，还含有氧化锰、氧化钙、氧化铬等非铁金属氧化物，这些非铁金属氧化物对于生产无机铁系颜料是没有用处的，必须加以剔除。本发明的目的是获得一种以炼钢炉烟道灰为原料生产氧化铁红并进而生产氧化铁黑的工艺方法。
为了实现上述目的，本发明利用Fe2O3对稀酸的稳定性，采用适当浓度的稀酸对含有氧化铁和其他非铁金属氧化物的炼钢炉烟道灰进行酸浸，炼钢炉烟道灰中的非铁金属氧化物和一部分氧化亚铁与稀酸反应生成可溶性盐进入液相，然后用水进行漂洗以剔除这些可溶性盐，最后经过滤，干燥、粉碎，即得到氧化铁红成品，再经加成反应得到氧化铁黑产品。以下结合具体实施例对本发明的技术特征作进一步的详细说明。图3是本发明制备氧化铁红的工艺流程示意图。
本发明以炼钢炉烟道灰为原料制备氧化铁红的工艺流程主要包括化学处理（酸浸）、漂洗（水洗）、过滤、干燥和粉碎等工艺过程，其具体工艺步骤是，首先用重量浓度为3～15%的稀盐酸或者用重量浓度为4～5%的稀盐酸与重量浓度为1～2%的硝酸的混合酸（王水）在90～100℃的温度条件下对炼钢炉烟道灰进行酸浸，在酸浸过程中应充分搅拌炼钢炉烟道灰;然后用水对经过酸浸的炼钢炉烟道灰进行漂洗以除去其中的金属离子。重复酸浸和漂洗两个工艺步骤，直至洗液内无氯根为止。最后进行过滤、干燥、粉碎即得氧化铁红颜料成品。
本发明中氧化铁红的加成反应是在反应釜中进行的，即将经过酸浸、漂洗和过滤后的炼钢炉烟道灰（即氧化铁红）和水以及硫酸亚铁（FeSO4）加入反应釜中，升温至95～100℃;加入反应釜中的硫酸亚铁总量与干物料（氧化铁红）的重量比为1～1.5，硫酸亚铁应分若干次加入，并用液碱（NaOH）将反应釜中的PH值控制在6.5～7.5之间。
根据对氧化铁黑产品的不同要求，用适当目数的罗对经过加成反应后的物料进行过滤，并用水对过滤后的物料进行漂洗，以除去其中的硫酸根离子（用BaCL2检验）;然后经静置沉淀和干燥后即得到氧化铁黑成品。
采用本发明所制备的氧化铁红颜料的氧化铁红（Fe2O3）含量可达到86%以上，各项技术指标均达到了湿法氧化铁红颜料的水平。经加成反应所得到的氧化铁黑颜料的氧化铁黑（Fe3O4）含量达到92.56%，超过国家规定的二级品标准。本发明直接采用含有三氧化二铁的炼钢炉烟道灰为原料制备氧化铁红并进而生产氧化铁黑，其生产工艺比现有技术中的湿法生产氧化铁红工艺大为简化，生产周期可由原来的15天缩短为3天，生产1吨氧化铁黑产品的煤耗由原来的2.5～3吨降低到1～1.2吨，电耗由原来的1500～2000千瓦时降为500千瓦时，生产成本降低60%以上。由钢铁厂排出的烟道灰，由于数量多，颗粒细，遇风雨天气极易污染环境，已经成为污染环境的公害之一。采用本发明不仅可以节约大量的金属铁，而且还为利用炼钢炉烟道灰、消除炼钢炉烟道灰对环境的污染开辟了新的途径。总之，实施本发明可以取得良好的经济效益和社会效益。
Claims (3)
1、一种利用炼钢炉烟道灰中的氧化铁红（Fe2O3）的加成反应生产氧化铁黑的工艺方法，它至少包括制备氧化铁红、加成反应、过滤漂洗、沉淀浓缩、干燥等工艺步骤，本发明的特征在于所述制备氧化铁红的工艺是，首先用稀酸对含有氧化铁和其他非铁金属氧化物的炼钢炉烟道灰进行酸浸，酸浸温度为90～100℃，在酸浸过程中不断搅拌炼钢炉烟道灰，然后用水漂洗之以除去其中的金属离子;重复酸浸和漂洗两个工艺步骤直至洗液内无氯根为止;最后进行过滤、干燥和粉碎，直至得到氧化铁红成品。
2、根据权利要求1所述的生产氧化铁黑的工艺方法，其特征是所述酸浸炼钢炉烟道灰的稀酸是重量浓度为3～15%的稀盐酸（HCL）或者是重量浓度为4～5%的盐酸与重量浓度为1～2%的硝酸（HNO3）的混合酸（王水）。
3、根据权利要求1所述的生产氧化铁黑的工艺方法，其特征是所述的加成反应是将经过酸浸、漂洗和过滤后的物料和水以及硫酸亚铁（FeSO4）加入反应釜中进行的，反应温度为95～100℃，硫酸亚铁总量与干物料的重量比为1～1.5，硫酸亚铁分若干次加入，并用液碱（NaOH）将反应釜中的PH值控制在6.5～7.5之间。
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