專利名稱：一種利用透明氧化鐵廢水制備透明氧化鐵黃的方法
技術領域：
本發明屬于氧化鐵顏料領域，尤其涉及一種氧化鐵黃的制備方法。
背景技術：
透明氧化鐵黃是一種被廣泛應用的無機顏料，典型特征是其粒徑極其細小(一般小于70nm)，光線照射時在顏料表面時發生衍射現象產生透明效果。透明氧化鐵顏料不僅具有普通氧化鐵顏料的基本性能，而且顏料具 有無毒，高透明，色澤鮮艷，能強烈吸收紫外線等特點。被廣泛應用于涂料，油墨，塑料制品，高透明裝飾材料，煙包及食品包裝，反光材料及汽車照面漆等領域。目前的合成方法主要有空氣氧化法，氯酸鈉氧化法，羰基鐵法等。隨著人們對生活質量要求的提高，透明氧化鐵作為中高檔無機顏料被廣泛用于各個領域，國內外市場逐年遞增，尤其是國內涂料市場，在近5年間，用量成倍遞增。這與目前涂料行業的某些裝飾性能和要求有關裝飾性能方面，高透明裝飾材料，卷鋼卷鋁涂料，仿古木器涂料，戶外木器涂料等行業的興起需要一批高透明的顏料與之匹配；涂裝要求方面，國家對環保的日益重視，一些有污染有毒的著色劑被強制禁用，這對于環保無毒的透明氧化鐵來說，無疑開辟了新的市場。公開號為CN 1245458C的中國專利公開了一種使用精制的硫酸亞鐵制備納米氧化鐵黃的方法，該方法制備得到的氧化鐵黃徑向長度為100 120nm，但是該方法需要先對硫酸亞鐵進行精制。公開號為CN 101913656A的中國專利公開了一種使用鈦白副產物硫酸亞鐵制備氧化鐵黃的方法，在氧化鐵黃的晶種和尿素的存在下，控制反應溫度60 90°C，pH值2. 5 4，制得了氧化鐵黃，但是該方法需要先對硫酸亞鐵進行精制。透明氧化鐵由于其工藝的特殊性，反應得率一般在55-60%之間，也就意味著有大量的鐵離子存在于廢水之中，尤其是原液廢水(簡稱廢水)，鐵離子濃度一般為O. lmol/L左右。利用廢水來生產氧化鐵黃可以提高資源的利用率，而且可以減少環境的污染，但是由于廢水中氧化鐵含量低以及存在硫酸鈉鹽的干擾，直接利用廢水制備氧化鐵黃還比較困難。
發明內容
本發明提供了一種利用透明氧化鐵廢水制備透明氧化鐵黃的方法，該方法充分利用了含硫酸亞鐵的透明氧化鐵廢水資源，制備得到了高透明、易分散的透明氧化鐵黃顏料。一種利用透明氧化鐵廢水制備透明氧化鐵黃的方法，包括(I)晶種制備在攪拌條件下，向透明氧化鐵廢水中加入晶型控制劑，緩慢加入堿性溶液調節pH值為2 5，有晶種析出，得到晶種析出的反應液；(2)晶種生長在攪拌條件下，向步驟⑴所得到的反應液中通入空氣，同時向其中緩慢加入堿性溶液，調節體系pH值為2 7進行氧化反應，反應結束之后，分離干燥，得到所述的氧化鐵黃；所述的透明氧化鐵廢水為生產透明氧化鐵時產生的廢水，經檢測含有鐵離子濃度為 O. 05 O. 5mol/L ；所述的晶型控制劑為多聚磷酸鹽，用量為亞鐵離子重量的O. 2 2%。本發明中，步驟(I)和步驟(2)中攪拌速率可以相同也可以不同。步驟(I)和(2)的反應溫度為20-60°C ；步驟(I)控制晶種制備時間為O. 5-1小時；步驟(2)中反應時間為O. 5 3小時。上述制備方法中，主要反應原理如下FeS04+Na0H — Fe (OH) 2+Na2S04
Fe2 (SO4) 3+NaOH — Fe (OH) 3+Na2S04Fe (OH) 2+02 — Fe (OH) 3
Fe (OH) 3 — Fe00H+H20本發明中，所用的多聚磷酸鹽分子量范圍為2000-10000，具體可以是多聚磷酸鈉，多聚磷酸鉀的一種或兩種，此時，所述的多聚磷酸鹽不但有較強的空間位阻作用，還因為磷元素和鐵元素有較強的電荷效應，能使晶型控制劑更牢固的結合在顏料粒子表面，使得顏料粒子不易團聚，最終得到粒徑較小且分布較窄的顏料粒子。多聚磷酸鹽分子量太小，空間位阻較小，不利于顏料粒子的分散，多聚磷酸鹽分子量大，不易制備且水溶性差，所述的多聚磷酸鹽的分子量進一步優選為4000 7000。所述的多聚磷酸鹽用量過小的時候，起不到分散顏料粒子的作用，使用量過大，效果無明顯變化。當廢水中鐵離子的濃度為O. 05 O. lmol/L時，多聚磷酸鹽的用量優選為鐵尚子重量的I 2%,最優選為I. 5 2%。此時制備得到的晶種質量最好。步驟(I)中的反應溫度低，反應速率低，生成的晶種細小，但容易形成雜晶，溫度高，反應速率快，晶種粒徑粗大，溫度過高或過低都不利于下一步氧化鐵黃的制備，步驟(I)中的晶種析出的溫度優選為25-45°C，最優選為35°C。步驟⑴中pH值太低，反應速率慢，制得的晶種粒徑細小，pH值太高，容易發生副反應產生鐵黑，步驟(I)中的pH值優選為2 4。當步驟(I)中的pH值優選為4 4. 5的時候，對該步驟的反應溫度進行優選，制得的晶種的質量好，有利于下一步氧化鐵黃的制備。步驟(2)中的反應溫度低，反應速率低，產物得率低，溫度高，反應速率快，粒子粒徑粗大，透明度差，步驟(2)中的反應溫度優選為25-45°C，最優選為30°C，此時顏料晶體粒
徑細小且一致。步驟⑵中pH值降低時，反應速率低，產物得率低。pH值升高時，產物粒徑大，透明度不好，也可能產生副產物鐵黑，步驟(2)中的pH值優選為2-6，此時整個反應在弱酸性環境下進行，氧化鐵顏料晶體結構一致。當步驟⑵中的pH值優選為2-6的時候，對該步驟的反應溫度進行優選，制得的氧化鐵黃的效果更好。步驟(2)中，攪拌的時候通入空氣，攪拌速率增大時，得到的鐵黃質量更好，但是攪拌速率增大到一定的程度，再增加攪拌速率對反應的影響較小，能耗則會大大增加，攪拌速率優選為100 150r/min，更優選為110 130r/min，最優選為120r/min ；步驟(2)的空氣通入量增大有利于氧化反應的進行，但是太大會增加能耗，以IL氧化鐵廢水作為反應液，本發明中空氣的通入速率優選為3 6m3/min，通氣時間優選為I 2小時，更優選為I小時。同現有技術相比，本發明的有益效果體現在(I)該原料取之簡便，能使資源得以重復利用，又從源頭解決可能存在的環境污染問題。(2)所制備的易分散透明氧化鐵粒徑在70nm以下，分散性明顯好于市場上的透明氧化鐵顏料，可被廣泛應用于木器涂裝，汽車修補漆，塑料，透明裝飾材料，煙包及食品包裝等行業，本發明的產品無毒無味，已通過SGS報告。
圖I為本發明利用透明氧化鐵廢水制備透明氧化鐵黃的工藝流程圖。
具體實施例方式實施例II、晶種制備(I)投料將制備透明氧化鐵產生的廢水原液IL加入到反應釜中，開啟攪拌，檢測該原液的亞鐵離子濃度，亞鐵離子濃度為O. IlmoVL0按亞鐵離子質量的2%添加多聚磷酸鈉(分子量為4000-5000)，升溫至35 °C。(2)加堿攪拌的同時慢慢加入30%氫氧化鈉溶液，調節pH值至4。2、晶種生長以5m3/min的速率向反應釜中通入空氣，氧化，使得氫氧化亞鐵沉淀轉化為氫氧化鐵沉淀，然后再轉化成堿式氧化鐵沉淀(即透明氧化鐵沉淀)。30°C保溫反應，使得顏料晶體粒徑細小且一致。慢慢加堿，控制pH穩定在4-4. 5之間，使得整個反應在弱酸性環境下進行，保證顏料晶體結構一致。持續氧化一個小時，反應結束過濾，漂洗，干燥，粉碎，得到透明的氧化鐵黃，產率71%。實施例2利用透明氧化鐵廢水制備易分散透明氧化鐵黃的制備方法，其步驟與實施例I相同，區別在于加堿時，控制溫度在25°C。實施例3利用透明氧化鐵廢水制備易分散透明氧化鐵黃的制備方法，其步驟與實施例I相同，區別在于加堿時，控制溫度在45°C。實施例4利用透明氧化鐵廢水制備易分散透明氧化鐵黃的制備方法，其步驟與實施例I相同，區別在于加堿時，控制溫度在55°C。實施例5利用透明氧化鐵廢水制備易分散透明氧化鐵黃的制備方法，其步驟與實施例I相冋，區別在于保溫反應時控制pH在3. 5。實施例6利用透明氧化鐵廢水制備易分散透明氧化鐵黃的制備方法，其步驟與實施例I相同，區別在于保溫反應時控制pH在5. 5。
實施例7利用透明氧化鐵廢水制備易分散透明氧化鐵黃的制備方法，其步驟與實施例I相冋，區別在于保溫反應時控制pH在6. 5。實施例8利用透明氧化鐵廢水制備易分散透明氧化鐵黃的制備方法，其步驟與實施例I相同，區別在于所選的多聚磷酸鈉分子量為2000-3000。實施例9利用透明氧化鐵廢水制備易分散透明氧化鐵黃的制備方法，其步驟與實施例I相 同，區別在于所選的多聚磷酸鈉分子量為3000-4000。實施例10利用透明氧化鐵廢水制備易分散透明氧化鐵黃的制備方法，其步驟與實施例I相同，區別在于所選的多聚磷酸鈉分子量為5000-6000。表I實施例1、2、3和4的產品指標分析數據
權利要求
1.ー種利用透明氧化鐵廢水制備透明氧化鐵黃的方法，其特征在于，包括 (1)晶種制備在攪拌條件下，向透明氧化鐵廢水中加入晶型控制劑，緩慢加入堿性溶液調節PH值為2 5，有晶種析出，得到晶種析出的反應液； (2)晶種生長在攪拌條件下，向步驟(I)所得到的反應液中通入空氣，同時向其中緩慢加入堿性溶液，調節體系pH值為2 7進行氧化反應，反應結束之后，分離干燥，得到所述的透明氧化鐵黃； 所述的透明氧化鐵廢水中亞鐵離子的濃度為O. 05 O. 5mol/L ； 所述的晶型控制劑為多聚磷酸鹽，用量為亞鐵離子重量的O. 2 2%。
2.根據權利要求I所述的利用透明氧化鐵廢水制備透明氧化鐵黃的方法，其特征在于，所述的亞鐵離子的濃度為O. 05 O. lmol/L時，所述的多聚磷酸鹽的用量為鐵離子重量的1 2%。
3.根據權利要求I所述的利用透明氧化鐵廢水制備透明氧化鐵黃的方法，其特征在于，步驟⑴中晶種析出的溫度為25 45°C。
4.根據權利要求I所述的利用透明氧化鐵廢水制備透明氧化鐵黃的方法，其特征在于，步驟(2)中的反應溫度為25 45°C。
5.根據權利要求I所述的利用透明氧化鐵廢水制備透明氧化鐵黃的方法，其特征在于，步驟⑴中pH值為2 4。
6.根據權利要求I所述的利用透明氧化鐵廢水制備透明氧化鐵黃的方法，其特征在于，步驟(2)中pH值為2-6。
7.根據權利要求I所述的利用透明氧化鐵廢水制備透明氧化鐵黃的方法，其特征在于，步驟(2)中的攪拌速率為100 150r/min。
8.根據權利要求7所述的利用透明氧化鐵廢水制備透明氧化鐵黃的方法，其特征在于，所述的攪拌速率為110 130r/min。
9.根據權利要求I所述的利用透明氧化鐵廢水制備透明氧化鐵黃的方法，其特征在于，當透明氧化鐵廢水的體積為IL時，步驟⑵中空氣通入的速率為3 6m3/min，通入時間為I 2小時。
全文摘要
本發明公開了一種利用廢水制備透明氧化鐵黃的方法，包括(1)晶種制備在攪拌條件下，向透明氧化鐵廢水中加入晶型控制劑，緩慢加入堿性溶液調節pH值為2～5，有晶種析出，得到晶種析出的反應液；(2)晶種生長在攪拌條件下，向步驟(1)所得到的反應液中通入空氣，同時向其中緩慢加入堿性溶液，調節體系pH值為2～7進行氧化反應，反應結束之后，分離干燥，得到所述的透明氧化鐵黃。本發明使用了透明氧化鐵時產生的廢水作為原料制備透明氧化鐵黃顏料，提高了資源的利用率，降低了環境污染，同時制備得到的氧化鐵黃顏料分散性好，透明度高，可被應用于木器涂裝，汽車修補漆，塑料，透明裝飾材料，煙包及食品包裝等行業。
文檔編號C01G49/02GK102838170SQ20121033732
公開日2012年12月26日 申請日期2012年9月13日 優先權日2012年9月13日
發明者梁峰, 陳翔龍, 陳瑩 申請人:浙江正奇化工有限公司