KR100445601B1 - Functional Pigment Using Low Purity Of Iron Salt And Method Of Making The Same - Google Patents

Functional Pigment Using Low Purity Of Iron Salt And Method Of Making The Same Download PDF

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KR100445601B1 KR10-2004-0006404A KR20040006404A KR100445601B1 KR 100445601 B1 KR100445601 B1 KR 100445601B1 KR 20040006404 A KR20040006404 A KR 20040006404A KR 100445601 B1 KR100445601 B1 KR 100445601B1
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Abstract

본 발명은 저순도 철염을 이용한 기능성 안료 및 기능성 안료 제조방법에 관한 것으로 제1철염(Ⅱ)용액과 제2철염(Ⅲ)용액으로 제조한 혼합용액에 알칼리를 투입하여 산화철을 제조하는 종자물질 합성단계; 종자물질 표면에 상기 저순도 제1철염(Ⅱ)용액으로 별도 제조하여 비산화 분위기에서 보관되어 있는 철수산화물(Ⅱ)을 흡착시킨 후, 산소함유 가스로 산화시키는 방법을 1회 이상 반복하여 종자물질을 연속성장 시키는 단계; 종자물질 성장이 끝난 마그네타이트중에 묻어있는 불순물을 씻어내는 수세단계; 연속식 열처리장치에서 건조와 연속 분위기제어 열처리 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a functional pigment using a low-purity iron salt and a method for producing a functional pigment. Synthesis of seed material for preparing iron oxide by adding alkali to a mixed solution prepared with ferrous salt (II) solution and ferric salt (III) solution step; The seed material was repeatedly adsorbed on the surface of the seed material by adsorbing iron hydroxide (II), which was prepared separately from the low-purity ferrous salt (II) solution and stored in a non-oxidizing atmosphere, and then oxidized with an oxygen-containing gas. Continuously growing; A washing step of washing away impurities contained in the magnetite after the seed material growth is completed; It characterized in that it comprises a drying and continuous atmosphere controlled heat treatment step in the continuous heat treatment apparatus.

본 발명에 의하면 정제하지 않은 황산철 용액을 출발원료로 하여 종자물질의 합성 단계, 종자물질의 반복적인 성장단계, 성장 완료된 마그네타이트 입자의 수세단계, 연속식 열처리장치에서 건조와 동시에 분위기가스로 열처리하는 단계의 과정으로 제조함으로써 기존의 고순도 원료를 사용하여 제조한 마그네타이트에 비하여 경제적이며, 자기특성과 산화온도, 환원도가 우수하여 고품위 토너용 기능성 안료와 환원촉매로 유용하게 사용할 수 있을 뿐만 아니라 용도에 따라 갈색, 적색, 흑색 등의 다양한 안료를 제조할 수 있다.According to the present invention, using a crude iron sulfate solution as a starting material, the step of synthesizing the seed material, the repetitive growth step of the seed material, the washing step of the grown magnetite particles, the heat treatment with an atmosphere gas at the same time drying in a continuous heat treatment apparatus It is economical than the magnetite manufactured by using the high purity raw material by the step process, and its excellent magnetic properties, oxidation temperature, and reducing ability makes it useful as a functional pigment and reducing catalyst for high quality toner, Accordingly, various pigments such as brown, red, and black may be prepared.

Description

저순도 철염을 이용한 기능성 안료 및 기능성 안료 제조방법{Functional Pigment Using Low Purity Of Iron Salt And Method Of Making The Same}Functional Pigment Using Low Purity Of Iron Salt And Method Of Making The Same}

본 발명은 저순도 철염을 이용한 기능성 안료 및 기능성 안료 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a functional pigment and a method for producing a functional pigment using a low purity iron salt.

본 발명은 사용목적에 따라 저렴한 저순도 철염을 이용하여 마그네타이트(α-Fe3O4)의 광물상을 갖는 토너용 자성산화철, 마게마이트(γ- Fe2O3)의 광물상을 갖는 자성산화철은 물론 갈색계통의 안료, 헤마타이트(α- Fe2O3)의 광물상을 갖는 적색계통의 안료도 용이하게 제조할 수 있도록 한 것이다.According to the present invention, magnetic iron oxide having a mineral phase of magnetite (γ-Fe 2 O 3 ), and magnetic iron oxide for toner having a mineral phase of magnetite (α-Fe 3 O 4 ) using an inexpensive low-purity iron salt, as well as a magnetic iron oxide having a mineral phase of A pigment of brown color and a pigment of red color having a mineral phase of hematite (α-Fe 2 O 3 ) can also be easily produced.

일반적으로 규모가 큰 철강산업과 이산화티타늄 제조공정에서 부산물로서 철염을 풍부하고 저렴하게 얻을 수 있어 현재는 주로 Soft ferrite와 Hard ferrite용 산화철이나 적색안료로서 많이 이용되고 있다. 그러나 이 풍부한 철염을 이용한 흑색 자성안료는 기술과 경제성 부족 등의 이유로 인하여 이들의 활용이 이루어지지 못하고 있는 실정이다. 경제성의 부족은 특히 고 순도화를 위한 정제공정이 필요함에 기인하며 이에 따라 제조비용이 많이 들게 된다. 국내에서 생산되는 철염은 황산철염과 염화철염이 주종을 이룬다.In general, iron salts can be obtained as a by-product in the large steel industry and titanium dioxide manufacturing process in abundant and inexpensive manner, and are currently mainly used as iron oxide or red pigment for soft ferrite and hard ferrite. However, black magnetic pigments using this rich iron salt are not used because of lack of technology and economic feasibility. The lack of economics is due in particular to the need for a purification process for high purity, resulting in high manufacturing costs. Iron salts produced in Korea are mainly made up of iron sulfate and iron chloride.

철염을 이용한 제품의 제조법은 크게 건식법과 습식법, 분무배소법 등으로 구분된다. 분무배소법은 산소를 포함하거나 포함하지 않는 분위기에서 500℃ 내지 1000℃의 온도범위를 유지하는 배소로 내로 염화제1철 단독 수용액이나 염화제2철과의 혼합 수용액을 분무하여 배소시키는 방법이다. 이것은 제조공정이 단순하고 짧으며, 제조비용이 낮아 대량생산에 많이 이용되고 있는 방법이다. 여기에서 얻어지는 헤마타이트의 광물상을 갖는 산화철은 Ferrite분야에는 적용이 상업적으로 활발하게 이루어 지고 있지만 비산소 분위기에서 얻어지는 마그네타이트의 광물상을 갖는 산화철은 헤마타이트의 광물상이 혼재하기 쉬워 자기특성을 열화시킬 뿐만 아니라 입자의 크기와 자기특성이 불균일하여 고품위 토너용 기능성 안료로 사용되기에는 문제가 많다. 건식법으로의 헤마타이트 제조방법은 1단계 습식법으로 마그네타이트를 합성한 다음 2단계 산화분위기에서 열처리하는 방법인데 저순도의 헤마타이트로 이용되기에는 경제성이 낮고, 고순도의 제품을 얻기 위해서는 1단계 습식법 합성전에 정제공정을 거쳐야 한다. 상기 정제공정에서의 높은 공정비는 제조비용에 큰 부담을 주게 된다. 습식법은 황산철 또는 염화철을 물에 용해시킨 수용액을 알칼리(Alkali)가 용해된 수용액에 첨가하여 교반시킨 다음, 산화가스를 주입하면서 가열한다. 이때 합성조건에 따라서 다양한 색상과 입자모양을 갖는 여러가지 산화철이나 함수 산화철의 생산이 가능하지만 정제공정을 거치지 않고 부산물 그대로를 사용하게 되면 불순물의 영향으로 색도나 자기적인 특성이 저하되는 문제점을 안고 있다. 또한 마그네타이트의 경우 표면산화가 발생하기 쉬워 이를 억제하고 분산특성 등을 향상시키기 위한 여러가지의 표면 코팅물들을 사용하게 된다.The manufacturing method of iron salt products is largely divided into dry method, wet method and spray roasting method. The spray roasting method is a method of roasting by spraying an aqueous solution of ferric chloride alone or a mixed solution of ferric chloride into a roasting furnace that maintains a temperature range of 500 ° C to 1000 ° C in an atmosphere containing or without oxygen. This is a method that is simple and short manufacturing process, low production cost is widely used for mass production. The iron oxide having the mineral phase of hematite obtained here is commercially active in the field of Ferrite, but the iron oxide having the mineral phase of magnetite obtained in the non-oxygen atmosphere is not only easy to mix the mineral phase of hematite, but also deteriorates the magnetic properties. Due to the uneven particle size and magnetic properties, there are many problems to be used as a functional pigment for high quality toner. The method of manufacturing hematite by dry method is a method of synthesizing magnetite by one-step wet method and then heat-treating in two-step oxidizing atmosphere. It is economical to be used as low-purity hematite and before synthesis of one-step wet method Purification process must be performed. The high process cost in the refining process is a big burden on the manufacturing cost. In the wet method, an aqueous solution in which iron sulfate or iron chloride is dissolved in water is added to an aqueous solution in which Alkali is dissolved, followed by stirring, followed by heating while injecting an oxidizing gas. At this time, it is possible to produce various iron oxides or hydrous iron oxides having various colors and particle shapes depending on the synthesis conditions, but if the by-products are used without undergoing a purification process, color or magnetic properties are deteriorated due to the influence of impurities. In addition, in the case of magnetite, surface oxidation is likely to occur, and various surface coatings are used to suppress it and improve dispersion characteristics.

여기서 상기 알칼리로서는 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화리튬, 규산나트륨, 규산칼륨,규산리튬, 탄산나트륨, 탄산칼륨, 탄산리튬, 폴리인산나트륨, 폴리인산칼륨, 폴리인산리튬 등이 사용된다. 표면 코팅물로는 유기금속화합물, 오일계, 분말계, 레진계 등의 소수화제나 Al, Ti, Mg, Si, Co, Zr, Mn, Zn, Cu 등의 무기원소가 사용된다. 이러한 표면코팅 방법들은 100~400nm의 아주 미세한 입자표면에 균일하게 코팅 되기가 어려우며 코팅물들 끼리 서로 뭉쳐 코팅물의 불균일한 분포를 야기시키게 된다. 이는 특히 자기특성을 이용하는 안료로 사용할 경우에는 포화자화치와 잔류자화치를 저하시키는 요인으로 작용한다.As the alkali, sodium hydroxide, potassium hydroxide, lithium hydroxide, sodium silicate, potassium silicate, lithium silicate, sodium carbonate, potassium carbonate, lithium carbonate, sodium polyphosphate, potassium polyphosphate, lithium polyphosphate and the like are used. As the surface coating, hydrophobing agents such as organometallic compounds, oils, powders, and resins, and inorganic elements such as Al, Ti, Mg, Si, Co, Zr, Mn, Zn, and Cu are used. These surface coating methods are difficult to uniformly coat very fine particle surface of 100 ~ 400nm, and the coatings are agglomerated with each other, causing uneven distribution of coatings. This acts as a factor of lowering the saturation magnetization value and the residual magnetization value, especially when used as a pigment using magnetic properties.

본 발명에서는 상기와 같은 종래 여러 가지 산화철의 제조방법 상의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 정제공정 없이 부산물 그대로를 원료로 사용하여 저렴하며, 정제원료로 제조한 제품에 비하여 자기특성과 촉매특성, 안료특성 등이 우수한 기능성 흑색 산화철과 갈색 및 적색안료를 제조하는 방법을 제공하는 데 목적이 있다.In the present invention is to solve the problems in the conventional manufacturing method of various iron oxides, such as by-product as a raw material without refining process is inexpensive, magnetic properties, catalyst properties, pigment properties, etc. as compared to a product manufactured from a raw material It is an object of the present invention to provide a method for producing this excellent functional black iron oxide and brown and red pigment.

도 1은 습식합성 단계를 거쳐서 제조한 마그네타이트를 분위기 가스 조정에 의해 건조와 결정상 제어를 연속적으로 실시하기 위한 열처리 장치의 개략적인 구성도1 is a schematic configuration diagram of a heat treatment apparatus for continuously performing drying and crystal phase control of a magnetite prepared through a wet synthesis step by adjusting an atmosphere gas;

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

1 : 원료 공급장치 2 : 원료 이송 장치1: raw material feeder 2: raw material feeder

3 : 열처리 장치 4 : 공기 공급구3: heat treatment apparatus 4: air supply port

5 : 질소가스 공급구 6 : 수소가스 공급구5: nitrogen gas supply port 6: hydrogen gas supply port

7, 8, 9 : 가스 배출구7, 8, 9: gas outlet

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 국내에서 저렴하고 풍부하게 얻을 수 있는 저순도 철염을 이용한 경제적이며 고품위인 기능성 안료의 제조방법에 관한 것으로, 저순도 제1철염(Ⅱ)용액과 제2철염(Ⅲ)용액을 일정비율로 혼합하여 마그네타이트 종자물질을 합성하는 단계: 이 종자물질을 철수산화물(Ⅱ) 또는 제1철염(Ⅱ)용액과 알카리 수용액에 의해 반복적으로 마그네타이트를 성장시키는 단계: 물로 세척하는 단계: 500℃이하의 열처리 장치에서 분위기 가스를 조정하여 건조와 광물상 변화를 위한 연속적인 열처리 단계로 이루어짐을 특징으로 한다. 분위기 가스라 함은 산화와 환원 분위기를 제어하기 위한 공기, 산소가스, 수소가스, 암모니아 가스, 일산화탄소 가스, 질소가스 등과 이들의 혼합가스를 일컫는다.The present invention for achieving the above object relates to a method for producing an economical and high-quality functional pigment using low-purity iron salt that can be obtained inexpensively and abundantly in Korea, and a low-purity ferrous salt (II) solution and a second Synthesizing the magnetite seed material by mixing the iron salt (III) solution in a predetermined ratio: Repeating the growth of the magnetite by iron hydroxide (II) or ferrous salt (II) solution and alkaline aqueous solution: with water The washing step: characterized by consisting of a continuous heat treatment step for drying and mineral phase by adjusting the atmosphere gas in the heat treatment apparatus below 500 ℃. Atmospheric gas refers to air, oxygen gas, hydrogen gas, ammonia gas, carbon monoxide gas, nitrogen gas, and mixed gas thereof for controlling oxidation and reducing atmospheres.

이와 같은 단계의 공정을 거쳐서 얻고자 하는 물질의 목적에 따라 마그네타이트(α- Fe3O4)의 광물상을 갖는 토너용 자성산화철, 마게마이트(γ- Fe2O3)의 광물상을 갖는 자성산화철 및 갈색계통의 안료, 헤마타이트(α- Fe2O3)의 광물상을 갖는 적색안료 등 용도와 목적에 따라 여러종류의 산화철을 제조할 수 있다. 특히 흑색 자성산화철은 Fe3O4-x로 표기되는 화학식에서 환원도(x)를 제어함으로써 자기적 특성과 흑색도가 우수하여 토너용으로 적합하게 사용될 수 있을 뿐만 아니라 경제적인환원촉매로서 유용하게 사용될 수 있다. 또한 상기 열처리 장치는 도 1에 도시한 바와 같은 구조를 가질 수 있으며, 이 도면에 나타난 열처리 장치를 이용하여 본 발명에 따른 기능성 안료를 제조하는 방법을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 제조방법을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되어 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흐트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.Magnetic iron oxide having a mineral phase of magnetite (γ-Fe 2 O 3 ) for toner having a mineral phase of magnetite (α-Fe 3 O 4 ), and magnetite (γ-Fe 2 O 3 ) according to the purpose of the material to be obtained through such a step process, and Various kinds of iron oxides can be produced according to the use and purpose, such as a brown pigment and a red pigment having a mineral phase of hematite (α-Fe 2 O 3 ). In particular, the black magnetic iron oxide is excellent in magnetic properties and blackness by controlling the reduction degree (x) in the chemical formula represented by Fe 3 O 4-x , which is not only suitable for toners but also as an economical reduction catalyst. Can be used. In addition, the heat treatment apparatus may have a structure as shown in FIG. 1, and the method of manufacturing the functional pigment according to the present invention using the heat treatment apparatus shown in this drawing will be described in more detail as follows. It should be noted that in the following description, only parts necessary for understanding the manufacturing method according to the present invention will be described, and descriptions of other parts will be omitted so as not to obscure the subject matter of the present invention.

종자물질 합성단계에서는 제1철염(Ⅱ)용액과 제2철염(Ⅲ)용액을 이용하여 Fe+2/Fe+3=0.4~1.0으로 투입비율을 조정하고, 알칼리를 (OH-)/(Fe+2+ Fe+3)= 1.6~5.0 만큼 투입한다. 이때 용액의 온도는 50℃ 이상을 유지하도록 한다. 다음 종자물질의 성장단계에서는 미리 비산화 분위기에서 보관되어 있는 철수산화물(Ⅱ) 또는 제1철염(Ⅱ)용액과 알카리 수용액으로 적어도 1회 이상의 반복적인 방법으로 연속 성장시킨다. 반복적인 성장단계에서는 공기나 산소 및 이들과 불활성가스의 혼합가스를 사용한다. 반복적이라 함은 종자물질 성장을 위한 철수산화물(Ⅱ)을 서서히 연속적으로 투입하여 종자물질의 표층에 피착시키고, 일정시간 투입을 중지하여 산화시킨 다음, 다시 철수산화물(Ⅱ) 투입을 재개하는 방식을 의미한다. 이 과정에서 자기적인 특성, 내 산화성, 촉매특성의 향상과 입자의 치밀화를 위해 총 Fe에 대하여 0.02 중량% 이하의 B, Nb, P, ,Pt, W, Sr, V, Y, Mo, Pd, Ba 중에서 선택되는 원소를 1종이상 함유하게 첨가한다. 이러한 방식은 결과적으로 여러 겹의 보호층을 형성하는 것이 되어 특히 내 산화성에 효과를 준다. 뿐만 아니라 균일한 입자를 원하는 크기로 얻을 수 있는 장점이 있다. 수세단계에서는 불순물 작용을 하는 Na,K, S, Cl 등을 물로 깨끗이 씻어낸다. 효율적인 수세를 위해 성장된 입자의 PH에 따라서 암모니아수나 가성소다, 염산과 황산 등을 사용한다.Seed material synthesis step, the ferrous salt (Ⅱ) solution of ferric salt (Ⅲ) using a solution by adjusting the charge ratio to Fe +2 / Fe +3 = 0.4 ~ 1.0 , and an alkali (OH -) / (Fe +2 + Fe +3 ) = 1.6 ~ 5.0 At this time, the temperature of the solution is to maintain more than 50 ℃. In the next growth step of the seed material, the iron hydroxide (II) or ferrous salt (II) solution previously stored in a non-oxidizing atmosphere and an aqueous alkali solution are continuously grown by at least one or more repetitive methods. In the repetitive growth stage, air or oxygen and a mixture of these and inert gases are used. Repetitive is a method in which iron hydroxide (II) for seed material growth is gradually added continuously and deposited on the surface layer of seed material, oxidized by stopping the input for a certain time, and then restarting iron hydroxide (II) again. it means. In this process, 0.02% by weight or less of B, Nb, P,, Pt, W, Sr, V, Y, Mo, Pd, in order to improve magnetic properties, oxidation resistance, catalytic properties and densification of particles One or more elements selected from Ba are added. This method results in the formation of several layers of protective layers, which in particular have an effect on the oxidation resistance. In addition, there is an advantage in that uniform particles can be obtained in a desired size. In the washing step, Na, K, S, Cl, etc., which act as impurities, are washed off with water. Aqueous ammonia, caustic soda, hydrochloric acid and sulfuric acid are used depending on the pH of the grown particles for efficient flushing.

열처리 단계는 크게 2개 구간으로 나눌 수 있다. 가열장치가 부착된 열처리 장치의 앞 구간에서는 성장된 마그네타이트 입자에 함유된 수분을 제거하는 건조과정이 행해지며 뒷 구간에서는 500℃ 이하의 분위기 가스를 조정하여 광물상을 변화시킬 뿐만 아니라 입자의 표면특성을 제어하기 위한 연속적인 열처리 단계로 이루어짐을 특징으로 한다. 특히 건조공정에서의 잠열을 그대로 이용하여 연속적인 약환원 열처리를 하게 됨으로써 경제적인 환원 열처리가 가능하다.The heat treatment step can be largely divided into two sections. In the front section of the heat treatment device with a heating device, a drying process to remove moisture contained in the grown magnetite particles is carried out. In the rear section, the atmospheric gas below 500 ℃ is adjusted to change the mineral phase and the surface characteristics of the particles. It is characterized by consisting of a continuous heat treatment step for controlling. In particular, by using the latent heat in the drying process as it is a continuous weak reduction heat treatment, economical reduction heat treatment is possible.

원료 공급장치(1)에서 원료 이송장치(2) 위로 수세, 탈수한 마그네타이트 합성품을 연속적으로 공급하면 화살표 방향으로 열처리 장치(3)내를 이동하면서 연속적인 건조와 산화 또는 환원 열처리가 이루어진다.Continuously supplying the washed and dehydrated magnetite composite product from the raw material feeder 1 to the raw material feeder 2 is carried out in the heat treatment apparatus 3 in the direction of the arrow to perform continuous drying and oxidation or reduction heat treatment.

이 과정에서 얻고자 하는 물질의 용도와 목적에 따라 마그네타이트(α- Fe3O4)의 광물상을 갖는 환원 촉매용이나 토너용 흑색 자성안료를 얻기 위해서는 수소가스 공급구(6)의 유량을 늘리며, 공기 공급구(4)의 유량을 줄이고, (7)번 가스배출구의 damper를 더 열어 가급적 산화분위기를 억제하며 환원 분위기를 제어하여 열처리하며, 헤마타이트(α- Fe2O3)의 광물상을 갖는 적색안료나 ferrite용 산화철을 얻기 위해서는 반대로 질소가스 공급구(5)와 수소가스공급구(6)를 닫고, (7)번과 (8)번의 가스 배출구의 배출량이 더 많아지도록 damper를 조정한다. 갈색 마게마이트(γ- Fe2O3)의 광물상을 갖는 자성산화철 및 갈색계통의 안료를 얻기 위해서는 상기 두 조건의 중간이 되도록 분위기와 온도를 제어하며 실제 대량생산에서는 장치와 생산품목에 따라 숙련되고 교묘한 운전기술이 요구된다. 열처리를 마친 각종 산화철은 용도에 따라 분쇄를 하기도 한다.In order to obtain a black magnetic pigment for the reduction catalyst or toner having a mineral phase of magnetite (α-Fe 3 O 4 ) according to the use and purpose of the material to be obtained in this process, the flow rate of the hydrogen gas supply port 6 is increased, Reduce the flow rate of the air supply port (4), open the damper of the gas outlet (7) to further suppress the oxidizing atmosphere as possible, control the reducing atmosphere to heat treatment, having a mineral phase of hematite (α-Fe 2 O 3 ) In order to obtain red pigment or ferrite iron oxide, on the contrary, the nitrogen gas supply port 5 and the hydrogen gas supply port 6 are closed, and the damper is adjusted so that the emissions from the gas outlets of (7) and (8) are increased. In order to obtain a pigment of magnetic iron oxide and brown system having a mineral phase of brown margeite (γ-Fe 2 O 3 ), the atmosphere and temperature are controlled to be in the middle of the two conditions. Skillful driving skills are required. After the heat treatment, various iron oxides may be pulverized depending on the application.

이와 같은 단계를 거쳐 안료를 제조할 경우 풍부하고 저렴한 원료를 그대로 사용함으로써 제조비용을 절감시킬 수 있을 뿐만 아니라 고품위의 특성을 얻을 수 있어 토너용 기능성 안료, 환원촉매, 도료, 고무, 인쇄잉크, 건축재료, 요업제품, 합성수지 등 광범위한 분야에 사용할 수 있다.When manufacturing pigments through these steps, not only can the manufacturing cost be reduced by using rich and inexpensive raw materials, but also high quality properties can be obtained. Functional pigment for toner, reducing catalyst, paint, rubber, printing ink, construction It can be used in a wide range of fields such as materials, ceramic products and synthetic resins.

위에서 제조된 각종 산화철은 하기 방법에 의해 측정된다.The various iron oxides prepared above are measured by the following method.

1. 광물상 분석 :1. Mineral phase analysis:

X선 회절 분석기(XRD)를 사용하여 분석하였으며, 이때 분석조건은 40KV, 15mA, CuKα, 주사속도 0.02˚/min으로 하였다.The analysis was performed using an X-ray diffraction analyzer (XRD), and the analysis conditions were 40 KV, 15 mA, CuKα, and a scanning speed of 0.02 ° / min.

2. 자기특성 측정 :2. Magnetic characteristic measurement:

진동형 자기측정계(VSM)를 사용하여 측정하였으며, 측정 조건은 상온에서 최대 인가자장 5KOe, 충전밀도 약 1.0 g/cc 이었다.It was measured using a vibration-type magnetic measuring system (VSM), the measurement conditions were the maximum applied magnetic field of 5 KOe, the filling density of about 1.0 g / cc at room temperature.

3. 산화온도와 환원도(x) 측정3. Measurement of oxidation temperature and reduction degree (x)

열중량 분석기(TGA)를 이용하여 500℃까지 5℃/min로 승온 시켜서 온도에 따른 중량변화 그래프를 얻었다. 산화온도는 중량변화 최대값의 80%인 점과 20%인 점을 잇는 연장선이 중량변화=0인 선과 만나는 점의 온도로 정하였다.Using a thermogravimetric analyzer (TGA) to increase the temperature to 500 ℃ 5 ℃ / min to obtain a graph of the weight change with temperature. The oxidation temperature was determined as the temperature at which the extension line connecting the point at 80% of the maximum weight change and the point at 20% meets the line at weight change = 0.

본 발명을 실시예에 의거 보다 상세하게 설명하면 다음과 같은 바, 본발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.The present invention will be described in more detail based on Examples as follows, but the present invention is not limited to the Examples.

[실시예 1]Example 1

반응기내로 정제하지 않은 FeSO4·7H2O와 Fe2(SO4)3·nH2O의 혼합 수용액을 Fe+2/Fe+3=1.0이 되도록 투입한 다음, NaOH 수용액을 (OH-)/( Fe+2+ Fe+3)=2.6이 되도록 공기와 함께 투입하여 80℃, 30분 동안 종자물질을 합성한다. 종자물질 성장단계에서는 공기 투입을 중지하고 미리 제조하여 질소가스 분위기에서 보관되어 있는 Fe(OH)2를 연속적으로 투입하였다. 투입할 총 Fe(OH)2의 20 부피%를 다 투입한 10분후 공기투입을 재개하여 30분동안 산화시켰다. 이후 동일한 방법으로 Fe(OH)2투입과 공기산화를 4회 더 반복하여 실시하였다. 상기 종자물질 성장을 위한 반복공정에서 B를 전체 Fe3O4에 대해 0.005%이 되도록 첨가하였다. 입자성장이 완료된 마그네타이트를 물로 세척한 다음 여과하였다. 여과를 마친 마그네타이트를 도 1과 같은 연속 열처리 장치에서 250℃, 수소가스 유량을 100 ℓ/min로 하여 열처리한 후 분쇄하였다. 그 결과를 하기 [표 1]과 [표 2]에 나타내었다.A mixed aqueous solution of unpurified FeSO 4 · 7H 2 O and Fe 2 (SO 4) 3 · nH 2 O was charged to Fe + 2 / Fe +3 = 1.0, and then a NaOH aqueous solution was added to (OH ) / (Fe +2 + Fe +3 ) = 2.6 with air to synthesize the seed material for 30 minutes at 80 ℃. In the seed material growth stage, air was stopped and Fe (OH) 2 , which was prepared in advance and stored in a nitrogen gas atmosphere, was continuously added. 10 minutes after the 20% by volume of the total Fe (OH) 2 was added, the air was restarted and oxidized for 30 minutes. Thereafter, Fe (OH) 2 was added and air oxidation was performed four more times in the same manner. In an iterative process for seed material growth, B was added to 0.005% of the total Fe 3 O 4 . The magnetite with complete particle growth was washed with water and then filtered. The filtered magnetite was pulverized after heat treatment at 250 ° C. and a hydrogen gas flow rate of 100 L / min in a continuous heat treatment apparatus as shown in FIG. 1. The results are shown in the following [Table 1] and [Table 2].

[실시예 2]Example 2

연속 열처리장치 내의 열처리 온도를 150℃로 한 것 이외에는 상기 실시예 1과 동일하게 수행 하였으며, 그 결과를 하기 [표 1]과 [표 2]에 나타내었다.Except that the heat treatment temperature in the continuous heat treatment apparatus to 150 ℃ was carried out in the same manner as in Example 1, the results are shown in the following [Table 1] and [Table 2].

[실시예 3]Example 3

종자물질 합성시의 혼합 수용액을 Fe+2/Fe+3=0.5가 되도록 한 것 이외에는 상기 실시예 2와 동일하게 수행 하였으며, 그 결과를 하기 [표 1]과 [표 2]에 나타내었다.The mixed aqueous solution was synthesized in the same manner as in Example 2 except that the mixed aqueous solution was prepared to have Fe + 2 / Fe + 3 = 0.5, and the results are shown in the following [Table 1] and [Table 2].

[실시예 4]Example 4

연속 열처리장치에서 수소가스 투입량을 20 ℓ/min 로 한 것 이외에는 상기 실시예 1과 동일하게 수행 하였으며, 그 결과를 하기 [표 1]과 [표 2]에 나타내었다.Hydrogen gas in the continuous heat treatment apparatus was carried out in the same manner as in Example 1, except that the input amount of 20 L / min, the results are shown in the following [Table 1] and [Table 2].

[실시예 5]Example 5

연속 열처리장치에서 수소가스 투입을 하지 않은 것 이외에는 상기 실시예 1과 동일하게 수행 하였으며, 그 결과를 하기 [표 1]과 [표 2]에 나타내었다.Except not performing hydrogen gas in the continuous heat treatment apparatus was carried out in the same manner as in Example 1, the results are shown in the following [Table 1] and [Table 2].

[비교예 1]Comparative Example 1

원료인 FeSO4·7H2O 수용액을 NaOH로 PH는 3이상이 되도록 중화 시켜 불순물을 침전 시킨 다음, 침전물을 여과시켜 제거한 고 순도의 정제 여액을 사용하였다. 먼저 반응기내로 투입한 NaOH 수용액에 (OH-)/( Fe+2+ Fe+3)=2.6이 되도록 정제한 황산철 수용액을 공기와 함께 투입하여 80℃, 10시간 동안 마그네타이트를 합성 하였다. 이후 합성물질을 여과한 후 80℃에서 24시간 동안 대기 분위기에서 건조 하였으며, 그 결과를 하기 [표 1]과 [표 2]에 나타내었다.The aqueous FeSO 4 · 7H 2 O solution was neutralized with NaOH to have a pH of 3 or more, to precipitate impurities, and then a high-purity purified filtrate was used to remove the precipitate. (OH -) in a first aqueous solution of NaOH added into the reactor to a ferrous sulfate aqueous solution so that the tablet / (Fe +2 + Fe +3) = 2.6 In the air with the magnetite was synthesized during 80 ℃, 10 hours. After filtering the synthetic material and dried in an air atmosphere at 80 ℃ for 24 hours, the results are shown in the following [Table 1] and [Table 2].

[비교예 2]Comparative Example 2

종자물질의 성장단계를 생략 하는 것 이외에는 상기 실시예 1과 동일하게 수행 하였으며, 그 결과를 하기 [표 1]과 [표 2]에 나타내었다.Except for omitting the growth step of the seed material was carried out in the same manner as in Example 1, the results are shown in the following [Table 1] and [Table 2].

본 발명에 의하면 정제하지 않은 황산철 용액을 출발원료로 하여 종자물질의 합성 단계, 종자물질의 반복적인 성장단계, 성장 완료된 마그네타이트 입자의 수세단계, 연속식 열처리장치에서 건조와 동시에 분위기가스로 열처리하는 단계의 과정으로 제조함으로써 기존의 고순도 원료를 사용하여 제조한 마그네타이트에 비하여 경제적이며, 자기특성과 산화온도, 환원도가 우수하여 고품위 토너용 기능성 안료와 환원촉매로 유용하게 사용할 수 있을 뿐만 아니라 용도에 따라 갈색, 적색, 흑색 등의 다양한 안료를 제조할 수 있다.According to the present invention, using a crude iron sulfate solution as a starting material, the step of synthesizing the seed material, the repetitive growth step of the seed material, the washing step of the grown magnetite particles, the heat treatment with an atmosphere gas at the same time drying in a continuous heat treatment apparatus It is economical than the magnetite manufactured by using the high purity raw material by the step process, and its excellent magnetic properties, oxidation temperature, and reducing ability makes it useful as a functional pigment and reducing catalyst for high quality toner, Accordingly, various pigments such as brown, red, and black may be prepared.

이상에서와 같이 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상의 범위내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.As described above, the present invention has been described in detail only with respect to the described embodiments, but it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations are possible within the technical spirit of the present invention, and such modifications and modifications belong to the appended claims. It is natural.

Claims (9)

제1철염(Ⅱ)용액과 제2철염(Ⅲ)용액으로 제조한 혼합용액에 알칼리를 투입하여 산화철을 제조하는 종자물질 합성단계;A seed material synthesis step of preparing iron oxide by adding alkali to a mixed solution prepared with a ferrous salt (II) solution and a ferric salt (III) solution; 종자물질 표면에 상기 저순도 제1철염(Ⅱ)용액으로 별도 제조하여 비산화 분위기에서 보관되어 있는 철수산화물(Ⅱ)을 흡착시킨 후, 산소함유 가스로 산화시키는 방법을 1회 이상 반복하여 종자물질을 연속성장 시키는 단계;The seed material was repeatedly adsorbed on the surface of the seed material by adsorbing iron hydroxide (II), which was prepared separately from the low-purity ferrous salt (II) solution and stored in a non-oxidizing atmosphere, and then oxidized with an oxygen-containing gas. Continuously growing; 종자물질 성장이 끝난 마그네타이트중에 묻어있는 불순물을 씻어내는 수세단계;A washing step of washing away impurities contained in the magnetite after the seed material growth is completed; 연속식 열처리장치에서 건조와 연속 분위기제어 열처리 단계를 포함하는 저순도 철염을 이용한 기능성 안료의 제조방법.Method for producing a functional pigment using a low-purity iron salt comprising a drying and continuous atmosphere controlled heat treatment step in a continuous heat treatment apparatus. 제1항에 있어서, Fe+2/Fe+3= 0.4~1.2이 되게 제조한 혼합용액에 알칼리를 (OH-)/( Fe+2+ Fe+3) =1.6~3.6이 되도록 투입하여, 50 ℃ 이상에서 제조하는 종자물질 합성단계를 포함하고 철수산화물(Ⅱ)을 투입한 후 산소함유 가스 투입을 재개하여 5분 이상 동안 산화하는 방법을 70 내지 100℃에서 1회 이상 반복하는 종자물질의 연속성장 단계를 포함하며 건조공정에 중첩되어 분위기가스로 120 내지 500℃에서 연속 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 저순도 철염을 이용한 기능성 안료의 제조방법.According to claim 1, Fe +2 / Fe +3 = 0.4 ~ 1.2 for the alkali solution to be manufactured by mixing the (OH -) / (Fe +2 + Fe +3) to be put into a = 1.6 ~ 3.6, 50 Continuous seed material including the step of synthesizing the seed material prepared at ℃ ℃ and the method of oxidizing for at least 5 minutes by restarting the oxygen-containing gas after the addition of the iron hydroxide (II) and at least once at 70 to 100 ℃ Method for producing a functional pigment using a low-purity iron salt, comprising the step of growth and superimposed in the drying process at a continuous gas heat treatment at 120 to 500 ℃. 제1항에 있어서, 제1철염(Ⅱ)용액과 제2철염(Ⅲ)용액중의 Mn과 Ti가 총 Fe에 대해 각각 0.2 중량% 이상 함유되어 있는 저순도 철염을 사용하는 것을 특징으로 하는 저순도 철염을 이용한 기능성 안료의 제조방법.The low purity iron salt of claim 1, wherein Mn and Ti in the ferrous salt (II) solution and the ferric salt (III) solution are each contained at least 0.2% by weight relative to the total Fe. Method for producing a functional pigment using a purity iron salt. 제1항에 있어서, 제조된 기능성 안료에 B, Nb, P, Sr, V, Y, Mo, Pd, Ba 중에서 선택되는 1종이상의 원소가 총 Fe에 대해 각기 0.001 내지 0.02 중량% 로 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 저순도 철염을 이용한 기능성 안료의 제조방법.The method of claim 1, wherein the functional pigment prepared contains at least one element selected from B, Nb, P, Sr, V, Y, Mo, Pd, and Ba in an amount of 0.001 to 0.02% by weight relative to the total Fe. Method for producing a functional pigment using a low purity iron salt, characterized in that. 제1항에 있어서, 상기 연속 열처리 단계에서 분위기제어 열처리시 수소가스, 질소가스, 암모니아가스, 이산화탄소가스, 산소가스, 공기와 이들의 혼합가스를 사용하는 것을 특징으로 하는 저순도 철염을 이용한 기능성 안료의 제조방법.The functional pigment using low-purity iron salt of claim 1, wherein hydrogen atmosphere, nitrogen gas, ammonia gas, carbon dioxide gas, oxygen gas, air, and a mixture thereof are used during the atmosphere control heat treatment in the continuous heat treatment step. Manufacturing method. Fe3O4-x로 표기되는 산화철의 표면으로부터 10 부피%까지의 환원도(x)가 -0.5 내지 1.5인 표면층, 그리고 표면층과 환원도(x)가 0.1이상 차이가 나는 내부층으로 2개 이상의 이종 구조를 갖고, 총 Fe에 대한 Mn이 0.2 중량% 이상이며, Ti가 0.5 중량% 이상 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 저순도 철염을 이용한 기능성 안료. Two surface layers having a degree of reduction (x) of -0.5 to 1.5 from the surface of the iron oxide represented by Fe 3 O 4-x and an inner layer having a difference of at least 0.1 from the surface layer. The functional pigment using the low purity iron salt which has the above heterogeneous structure, Mn is 0.2 weight% or more with respect to total Fe, and 0.5 weight% or more of Ti is contained. 청구항 제1항에 의해 제조되는 기능성 안료를 함유하는 토너.A toner containing a functional pigment prepared according to claim 1. 청구항 제1항에 의해 제조되는 기능성 안료를 함유하는 환원촉매.A reduction catalyst containing a functional pigment prepared according to claim 1. 청구항 제1항에 의해 제조되는 기능성 안료를 함유하는 도료.A paint containing a functional pigment prepared according to claim 1.
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