一种绿矾制备氧化铁红颜料的方法

摘要

本发明涉及一种绿矾制备氧化铁红颜料的方法，属微波加热应用和材料制备领域。制备过程主要包括绿矾重结晶、强导电相氧化铁添加、硫酸亚铁干燥、煅烧分解以及氧化铁红水洗干燥。在重结晶过程中溶解温度控制在70～90℃，并加入少量铁屑，用硫-磷混酸调节饱和溶液pH=2.0～2.5，除去少量钛、锰、镁等杂质，在得到的净化硫酸亚铁中添加强导电相氧化铁红，利用微波迅速加热和选择加热的特性，通过微波加热脱除自由水和结晶水，最后在800-900℃煅烧，烟气经吸收后制造硫酸，产物经水洗干燥后得到一级氧化铁红颜料。利用微波加热均匀、热效率高、清洁无污染，通过在煅烧前引入重结晶除杂工序，能够吸收过程产生的三氧化硫制造硫酸。

说明书

技术领域

本发明涉及一种绿矾制备氧化铁红颜料的方法，属微波加热应用和材料制备领域。 

背景技术

硫酸亚铁又称绿矾，是硫酸法钛白粉生产过程中的固体废弃物，每生产1 t钛白粉，将产生3t～3.2t的七水硫酸亚铁FeSO₄·7H₂O。据统计，2010年国内绿矾产量超过300万吨，如此巨大的绿矾如果不加以处理，不但浪费有限的资源，而且会对环境造成污染。目前绿矾主要是用做饲料添加剂，净水剂，肥料，但用量都较小。如果用来生产高附加值的氧化铁红颜料则不但能够解决上述问题，而且可以带来可观的经济效益。 

氧化铁红颜料作为一种传统颜料，其具有较高的化学和物理稳定性，高遮盖力以及颜色多样无毒等良好性能，广泛应用于橡胶、油漆、陶瓷、造纸、油墨涂料等领域，氧化铁红颜料是仅次于钛白粉的第二大无机颜料，目前氧化铁红颜料市场需求大，价值高，市场前景好。 

公知的氧化铁红颜料生产方法主要有湿法和干法。如夏举佩等研究了钛白粉副产物绿矾氧化焙烧法生产铁红，其采用对绿矾直接煅烧后获得氧化铁红，此方法所得产品中杂质残留较多；另外夏新蕊等采用干法制取氧化铁红颜料，其采用多步煅烧，耗时长达4h，而且由于得到产品色泽较差增加了包膜处理步骤。此外中国专利CN1903735A 

公开了用硫酸亚铁生产氧化铁红的方法，其采用氨水中和氧气氧化的方法生产氧化铁红，得到氧化铁红含量98%，其产生硫酸铵废液仍需要进一步处理。

发明内容

本发明提出了一种绿矾制备氧化铁红颜料的方法，针对煅烧干法存在的氧化铁红颜料杂质含量高、煅烧时间长的缺点和湿法生产工艺硫酸铵废液难处理的弊端，利用微波加热均匀、热效率高、清洁无污染等常规加热方式无法比拟的优点，通过在煅烧前引入重结晶除杂工序，并吸收过程产生的三氧化硫制造硫酸。 

本发明的技术方案具体方法通过如下步骤实现： 

（1）在70～90℃的温度条件下，将工业绿矾和蒸馏水按照固液比0.2～0.3:1kg/L进行混合并搅拌40～60min，过滤后得到硫酸亚铁溶液；

（2）向硫酸亚铁溶液中按照固液比0.02～0.03:1kg/L加入铁屑，用硫-磷混酸调节溶液的pH值为2.0～2.5，然后将溶液加热至70℃以上并过滤得纯净的硫酸亚铁滤液，硫酸亚铁滤液经自然冷却重结晶后过滤得到硫酸亚铁晶体，滤液返回溶解工业绿矾；

（3）按照强导电相氧化铁：硫酸亚铁晶体质量比1～3:9～7，将强导电相氧化铁添加至步骤（2）中得到的硫酸亚铁晶体中并混合均匀，然后置于微波环境中煅烧分解，调节微波输出功率6～15kW，将物料温度控制在800～900℃、空气鼓入量为500～1200m³/h，煅烧20～40min后得到氧化铁粉末，烟气经抽风系统通入硫酸溶液吸收后用于生产硫酸。

（4）将步骤（3）煅烧制备得到的氧化铁粉末经水洗并干燥得到氧化铁红颜料。经分析表征，氧化铁红产品达到国标GB1863-89一级品要求。 

所述铁屑为化学纯铁粉，粒度为200～250目。 

所述硫-磷混酸按照硫酸和磷酸的质量比1:1.5比例混合得到的，硫酸和磷酸均为工业级。 

所述强导电相氧化铁是指含有强吸波物质氧化铁含量在98wt%以上的氧化铁粉末。 

所述步骤（4）中干燥是在温度80～120℃的条件下,干燥时间10～30min。 

本发明的优点和积极效果为： 

（1）重结晶中采用硫-磷混酸控制pH值水解除去钛等杂质。利用磷酸对铁离子的络合作用更有效去除杂质，同时利用硫酸亚铁溶解度随温度变化较大的原理净化硫酸亚铁；

（2）精制硫酸亚铁经过微波加热有效除去绿矾中自由水和结晶水得到无水硫酸亚铁，避免酸雾形成，有利于生产顺行；

（3）通过加入强导电相氧化铁红作为产物诱导剂强化了微波加热过程，煅烧时间大大缩短；

（4）本方法制备氧化铁红颜料不产生废液，环保高效。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。 

具体实施方式

下面结合（附图和）具体实施方式，对本发明作进一步说明。 

实施方式一：如图1所示，本实施例绿矾制备氧化铁红颜料的步骤为： 

（1）在70℃的温度条件下，将工业绿矾和蒸馏水按照固液比0.2:1kg/L进行混合并搅拌50min，过滤后得到硫酸亚铁溶液；

（2）向硫酸亚铁溶液中按照固液比0.02:1kg/L加入粒度为200～250目的化学纯铁粉，用硫-磷混酸调节溶液的pH值为2.0，然后将溶液加热至75℃并过滤得纯净的硫酸亚铁滤液，硫酸亚铁滤液经自然冷却重结晶后过滤得到硫酸亚铁晶体，滤液返回溶解工业绿矾；硫-磷混酸按照硫酸和磷酸的质量比1:1.5比例混合得到的，硫酸和磷酸均为工业级。

（3）按照强导电相氧化铁：硫酸亚铁晶体质量比1:9，将强导电相氧化铁添加至步骤（2）中得到的硫酸亚铁晶体中并混合均匀，然后置于微波环境中煅烧分解，调节微波输出功率6kW，将物料温度控制在900℃、空气鼓入量为1000m³/h，煅烧20min后得到氧化铁粉末，烟气经抽风系统通入硫酸溶液吸收后用于生产硫酸。强导电相氧化铁是指含有强吸波物质氧化铁含量在98wt%以上的氧化铁粉末。 

（4）将步骤（3）煅烧制备得到的氧化铁粉末经水洗并干燥得到氧化铁红颜料，干燥是在温度80℃的条件下,干燥时间30min。经分析表征，氧化铁红产品达到国标GB1863-89一级品要求。 

实施方式二：如图1所示，本实施例绿矾制备氧化铁红颜料的步骤为： 

（1）在90℃的温度条件下，将工业绿矾和蒸馏水按照固液比0.28:1kg/L进行混合并搅拌40min，过滤后得到硫酸亚铁溶液；

（2）向硫酸亚铁溶液中按照固液比0.025:1kg/L加入粒度为220～250目的化学纯铁粉，用硫-磷混酸调节溶液的pH值为2.5，然后将溶液加热至70℃以上并过滤得纯净的硫酸亚铁滤液，硫酸亚铁滤液经自然冷却重结晶后过滤得到硫酸亚铁晶体，滤液返回溶解工业绿矾；硫-磷混酸按照硫酸和磷酸的质量比1:1.5比例混合得到的，硫酸和磷酸均为工业级。

（3）按照强导电相氧化铁：硫酸亚铁晶体质量比1:4，将强导电相氧化铁添加至步骤（2）中得到的硫酸亚铁晶体中并混合均匀，然后置于微波环境中煅烧分解，调节微波输出功率15kW，将物料温度控制在800℃、空气鼓入量为500m³/h，煅烧40min后得到氧化铁粉末，烟气经抽风系统通入硫酸溶液吸收后用于生产硫酸。强导电相氧化铁是指含有强吸波物质氧化铁含量在98wt%以上的氧化铁粉末。 

（4）将步骤（3）煅烧制备得到的氧化铁粉末经水洗并干燥得到氧化铁红颜料，干燥是在温度100℃的条件下,干燥时间10min。经分析表征，氧化铁红产品达到国标GB1863-89一级品要求。 

实施方式三：如图1所示，本实施例绿矾制备氧化铁红颜料的步骤为： 

（1）在80℃的温度条件下，将工业绿矾和蒸馏水按照固液比0.3:1kg/L进行混合并搅拌60min，过滤后得到硫酸亚铁溶液；

（2）向硫酸亚铁溶液中按照固液比0.03:1kg/L加入粒度为200～250目的化学纯铁粉，用硫-磷混酸调节溶液的pH值为2.3，然后将溶液加热至80℃并过滤得纯净的硫酸亚铁滤液，硫酸亚铁滤液经自然冷却重结晶后过滤得到硫酸亚铁晶体，滤液返回溶解工业绿矾；硫-磷混酸按照硫酸和磷酸的质量比1:1.5比例混合得到的，硫酸和磷酸均为工业级。

（3）按照强导电相氧化铁：硫酸亚铁晶体质量比3:7，将强导电相氧化铁添加至步骤（2）中得到的硫酸亚铁晶体中并混合均匀，然后置于微波环境中煅烧分解，调节微波输出功率10kW，将物料温度控制在880℃、空气鼓入量为1200m³/h，煅烧30min后得到氧化铁粉末，烟气经抽风系统通入硫酸溶液吸收后用于生产硫酸。强导电相氧化铁是指含有强吸波物质氧化铁含量在98wt%以上的氧化铁粉末。 

（4）将步骤（3）煅烧制备得到的氧化铁粉末经水洗并干燥得到氧化铁红颜料，干燥是在温度120℃的条件下,干燥时间15min。经分析表征，氧化铁红产品达到国标GB1863-89一级品要求。 

上面（结合附图）对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。