專利名稱：一種制備氧化鐵黃的方法
技術領域：
本發明涉及一種制備氧化鐵黃的方法，更具體地來說，涉及一種制備球形透明氧化鐵黃的方法。
背景技術：
透明氧化鐵黃是平均粒徑小于O.1 μ m的氧化鐵顏料中的一種，其化學式為a -FeOOH。透明氧化鐵黃具有一些獨特的性能當光線投射到含有透明氧化鐵黃顏料涂層上時，會發生透射和繞射現象，從而使涂層呈現透明色澤，同時該涂層還能強烈吸收紫外線，可保護對紫外線敏感的物質。特別是，球形氧化鐵黃由于其性質均勻、沒有色差，最終顏料的品質會更穩定、色彩更亮麗，因而在使用中更受歡迎。目前，國內外均有一些廠家在生產透明氧化鐵顏料，例如德國的BASF公司、美國的Hilton-Daris公司、英國的Blythe Colours ltd、法國的Chappelle公司等。我國也從20世紀70年代末期開展了透明氧化鐵的研究，取得了一定的成果。制備透明氧化鐵黃工業上常用的方法在過程上可分為酸法和堿法。其中，不論是酸法還是堿，必須要謹慎制備晶種，這是制取優質透明氧化鐵黃的關鍵所在。但是制備晶種后，需要將晶種過濾出來然后在其他設備中生長，制備方法復雜、需要控制的參數很多。此外，為了降低顏料的吸油量、提高顏料的色澤、耐光性等特征，在制備過程中需要加入表面活性劑和分散劑以控制粒子大小，從而達到這些目的。但是表面活性劑會產生大量泡沫，給后期洗滌帶來麻煩，會造成水體污染。因此，急需一種制備方法簡單、成本低、環境友好并且能獲得高品質氧化鐵黃產品的方法。
發明內容
針對現有技術中所存在的上述技術問題，本發明提出了一種制備氧化鐵黃的方法。其免去了制備晶種的步驟，并且僅使用反絮凝劑而不使用表面活性劑，使得制備方法更為簡單、環境更友好。根據本發明的方法，提出了一種制備氧化鐵黃的方法，包括以下步驟步驟一在反應池中使用硫酸與鐵反應制備FeSO4溶液；步驟二 在攪拌條件下，向沉淀池中同時加入步驟一中制備的？必04溶液以及NaOH溶液、反絮凝劑溶液以制備氫氧化亞鐵漿料；
步驟三在攪拌條件下，向沉淀池中通入空氣以氧化步驟二中制備的氫氧化亞鐵漿料得到氫氧化鐵漿料；步驟四將步驟三中制備的氫氧化鐵漿料進行洗滌、過濾、烘干、研磨得到氧化鐵黃。根據本發明的方法，省去了制備和過濾晶種的步驟，從而避免了晶種品質對氧化鐵黃產品品質的影響，并且本制備方法相比于現有技術的方法更為簡單。
在一個實施例中，在步驟一中，所使用的鐵的純度為鐵重量含量大于99. 8%，以降低最終產品中雜質的含量。在另一個實施例中，所使用的硫酸的濃度為O. lmol/L。在一個實施例中，在步驟二中使用反絮凝劑為酒石酸、磷酸鈉、焦磷酸鈉、磷酸二氫鈉中的一種或多種。根據本發明的方法，僅使用了反絮凝劑而沒有表面活性劑，從而在步驟二中不會產生泡沫，使得生產過程和后續洗滌步驟更加方便并且環境更加友好。在一個優選的實施例中，該反絮凝劑與FeSO4的質量比在O. 005-0. 007之間。在一個優選的實施例中，在步驟二中還加入了添加劑，所述添加劑選自乙醇、乙二醇、聚乙二醇中的一種或多種。這種添加劑也有助于防止氧化鐵黃產品的團聚。在一個實施例中，該添加劑與FeSO4的質量比在O. 004-0. 006之間。在一個實施例中，在步驟二中，NaOH的實際使用量與根據計量比的量的摩爾比在1. 5-3。當在NaOH的實際使用量在此范圍中時，能保證氧化鐵黃粒子的最終形貌為球形。在一個實施例中，在步驟二中，FeSO4溶液的濃度為O. 1-lmol/L, NaOH溶液的濃度為O. 75-1. 5mol/L。FeSO4溶液和NaOH溶液的這種濃度使得易于控制反應速度，晶粒不會生長為過大而影響氧化鐵黃產品的品質。應理解地是，在本文中，用語“球形”不應按照數學意義上的球形來理解，而是應理解為氧化鐵黃粒子的長軸與短軸的長度比在1-1. 2的范圍中。在一個實施例中，在步驟二中，還通入了惰性氣體以防止硫酸亞鐵被氧化。在一個具體的實施例中，這種惰性氣體為氮氣。在一個實施例中，在步驟三中，反應條件為溫度為20-35 °C ;攪拌速度為500-1000r/min，優選為800r/min ;空氣通入速度為l_5L/min，優選為3L/min，氧化時間為1-3小時。 較高的攪拌速度使得所生成的氫氧化鐵粒子之間的碰撞更頻繁，剪切力也更大，有助于使氫氧化鐵粒子保持為球形，但是攪拌速度過高不利于氫氧化鐵粒子的形成。與現有技術相比，本發明的優點在于，本發明的方法省去了制備和過濾晶種的步驟，從而簡化了生產方法并且避免了晶種品質對氧化鐵黃產品品質的影響。本發明的方法僅使用了反絮凝劑而沒有表面活性劑，從而在制備過程中不會產生泡沫，從而使后續的洗滌步驟更加方便并且環境更加友好。此外，NaOH的加入量能夠使所制備的氧化鐵黃粒子為球形。
在下文中將基于不同的實施例并參考附圖來對本發明進行更詳細的描述。其中圖1是根據本發明的制備氧化鐵黃的方法的工藝流程示意圖，圖2是根據實施例1制備的氧化鐵黃的SEM照片，圖3是根據實施例2制備的氧化鐵黃的SEM照片，圖4是根據實施例3制備的氧化鐵黃的SEM照片，圖5是根據實施例4制備的氧化鐵黃的SEM照片。
具體實施方式
下面將結合附圖對本發明的制備氧化鐵黃的方法做進一步說明。圖1是根據本發明的制備氧化鐵黃的方法的工藝流程示意圖。首先將鐵11和硫酸12加入反應池I中制備FeSO4溶液13。然后，調整所制備FeSO4溶液13的濃度到所要求的濃度并通入到沉淀池2，與此同時向沉淀池2中加入NaOH溶液21，反絮凝劑22以及添加劑23，并通入氮氣，在攪拌條件下反應生成氫氧化亞鐵漿料。待沉淀池2中的反應結束后，向其中通入空氣24，如圖1中的虛線所示。在攪拌條件下，將氫氧化亞鐵漿料氧化得到氫氧化鐵漿料25。最后，將所制備的氫氧化鐵漿料25取出，并經洗滌、烘干、研磨后得到氧化鐵黃產品。實施例1 :用O. lmol/L的稀硫酸與鐵在反應池I中反應制備FeSO4溶液，然后將該FeSO4溶液的濃度調到O. lmol/L。在溫度為10-25°C、攪拌速度為200r/min的條件下，將FeSO4溶液500ml和O. 4mol/L的NaOH溶液500ml同時加入到沉淀池2中，S卩NaOH的實際使用量與根據計量比的量的摩爾比為2。其中FeSO4溶液的加入速度為5ml/min，Na0H溶液的加入速度為5ml/min。還加入O. 07g酒石酸、O. 06g乙醇并以5L/min的流量通入氮氣反應得到氫氧化亞鐵漿料，反應結束后，停止通氮氣。在溫度為50°C、攪拌速度為800r/min的條件下，以3L/min的流量向沉淀池2中通入空氣以氧化所制備的氫氧化亞鐵漿料。氧化I小時后，得到氫氧化鐵漿料。所得氫氧化鐵料取出，并經洗滌、45°C下烘干、研磨后得到氧化鐵黃產品。圖2顯示了根據實施例1制備的氧化鐵黃SEM照片，從圖中可看出，氧化鐵黃粒子的長軸與短軸的長度比為1. 08，平均粒徑為50nm。實施例2
用lmol/L的稀硫酸與鐵在反應池I中反應制備FeSO4溶液，然后將該FeSO4溶液的濃度調到O. 5mol/L。在溫度為10-25°C、攪拌速度為200r/min的條件下，將FeSO4溶液500ml和lmol/L的NaOH溶液1. 5L同時加入到沉淀池2中，即NaOH的實際使用量與根據計量比的量的摩爾比為3。其中FeSO4溶液的加入速度為3ml/min，Na0H溶液的加入速度為9ml/min。還加入O. 4g磷酸二氫鈉、O. 4g聚乙二醇并以5L/min的流量通入氮氣反應得到氫氧化亞鐵漿料，反應結束后，停止通氮氣。在溫度為50°C、攪拌速度為900r/min的條件下，以3. 5L/min的流量向沉淀池2中通入空氣以氧化所制備的氫氧化亞鐵漿料。氧化2小時后，得到氫氧化鐵漿料。所得氫氧化鐵料取出，并經洗滌、45°C下烘干、研磨后得到氧化鐵黃
女口
廣叩ο圖3顯示了根據實施例2制備的氧化鐵黃SEM照片，從圖中可看出，氧化鐵黃粒子的長軸與短軸的長度比為1.1，平均粒徑為80nm。實施例3 用lmol/L的稀硫酸與鐵在反應池I中反應制備FeSO4溶液，然后將該FeSO4溶液的濃度調到0. 8mol/L。在溫度為10-25°C、攪拌速度為200r/min的條件下，將FeSO4溶液500ml和1. 5mol/L的NaOH溶液IL同時加入到沉淀池2中，即NaOH的實際使用量與根據計量比的量的摩爾比為1. 9。其中FeSO4溶液的加入速度為5ml/min，Na0H溶液的加入速度為2. 8ml/min。還加入0. 7g磷酸鈉、0. 5g乙二醇并以5L/min的流量通入氮氣反應得到氫氧化亞鐵漿料，反應結束后，停止通氮氣。在溫度為50°C、攪拌速度為1000r/min的條件下，以5L/min的流量向沉淀池2中通入空氣以氧化所制備的氫氧化亞鐵漿料。氧化I小時后，得到氫氧化鐵漿料。所得氫氧化鐵料取出，并經洗滌、45°C下烘干、研磨后得到氧化鐵黃產品。圖4顯示了根據實施例3制備的氧化鐵黃SEM照片，從圖中可看出，氧化鐵黃粒子的長軸與短軸的長度比為1.1，平均粒徑為35nm。實施例4:用lmol/L的稀硫酸與鐵在反應池I中反應制備FeSO4溶液，然后將該FeSO4溶液的濃度調到0. 5mol/L。在溫度為10-25°C、攪拌速度為200r/min的條件下，將FeSO4溶液500ml和0. 7mol/L的NaOH溶液850ml同時加入到沉淀池2中，即NaOH的實際使用量與根據計量比的量的摩爾比為1. 6。其中FeSO4溶液的加入速度為5ml/min，NaOH溶液的加入速度為2. 8ml/min。還加入0. 35g焦磷酸鈉、0. 3g乙二醇并以5L/min的流量通入氮氣反應得到氫氧化亞鐵漿料，反應結束后，停止通氮氣。在溫度為50°C、攪拌速度為500r/min的條件下，以lL/min的流量向沉淀池2中通入空氣以氧化所制備的氫氧化亞鐵漿料。氧化3小時后，得到氫氧化鐵漿料。所得氫氧化鐵料取出，并經洗滌、45°C下烘干、研磨后得到氧化鐵黃產品圖5顯示了根據實施例4制備的氧化鐵黃SEM照片，從圖中可看出，氧化鐵黃粒子的長軸與短軸的長度比為1.1，平均粒徑為30nm。通過上述實施例可以看到，本發明的方法能夠制備球形的氧化鐵黃，并且氧化鐵黃的平均粒徑在30-80nm。此外，本方法還具有制備方法簡單、環境友好的優點。雖然已經參考優選實施例對本發明進行了描述，但在不脫離本發明范圍的情況下，可以對其進行各種改進并且可以用等效物替換其中的物質。本發明并不局限于文中公開的特定實施例，而是包括落入權利要求范圍內的所有技術方案。
權利要求
1.一種制備氧化鐵黃的方法，包括以下步驟步驟一在反應池中使用硫酸與鐵反應制備FeSO4溶液；步驟二 在攪拌條件下，向沉淀池中同時加入步驟一中制備的FeSO4溶液以及NaOH溶液、反絮凝劑溶液以制備氫氧化亞鐵漿料；步驟三在攪拌條件下，向沉淀池中通入空氣以氧化步驟二中制備的氫氧化亞鐵漿料得到氫氧化鐵漿料；步驟四將步驟三中制備的氫氧化鐵漿料進行洗滌、過濾、烘干、研磨得到氧化鐵黃產品。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟二中，NaOH的實際使用量與根據計量比的量的摩爾比在1. 5-3。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步驟二中，使用反絮凝劑為酒石酸、 磷酸鈉、焦磷酸鈉、磷酸二氫鈉中的一種或多種。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述反絮凝劑與FeSO4的質量比在.0.005-0. 007 之間。
5.根據權利要求1到4中任一項所述的方法，其特征在于，在步驟二中還加入了添加劑，所述添加劑選自乙醇、乙二醇、聚乙二醇中的一種或多種。
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述添加劑與FeSO4的質量比在.0.004-0. 006 之間。
7.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，在步驟二中，所述FeSO4溶液的濃度為.0.1-lmol/L,所述 NaOH 溶液的濃度為 0. 4-1. 5mol/L。
8.根據權利要求1-7中任一項所述的方法，其特征在于，在步驟二中，還通入了惰性氣體以防止硫酸亞鐵被氧化，所述惰性氣體優選為氮氣。
9.根據權利要求1中任一項所述的方法，其特征在于，在步驟三中，反應條件為攪拌速度為500-1000r/min，優選為800r/min ;空氣通入速度為l_5L/min，優選為3L/min ;氧化時間為1-3小時。
10.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其用于制備球形氧化鐵黃。
全文摘要
本發明涉及一種制備氧化鐵黃的方法，其包括以下步驟步驟一在反應池中使用硫酸與鐵反應制備FeSO4溶液；步驟二在攪拌條件下，向沉淀池中同時加入步驟一中制備的FeSO4溶液以及NaOH溶液、反絮凝劑溶液以制備氫氧化亞鐵漿料；步驟三在攪拌條件下，向沉淀池中通入空氣以氧化步驟二中制備的氫氧化亞鐵漿料得到氫氧化鐵漿料；步驟四將步驟三中制備的氫氧化鐵漿料進行洗滌、過濾、烘干、研磨得到氧化鐵黃產品。本發明的方法更為簡單、環境更加友好，而且能制備出球形氧化鐵黃。
文檔編號C01G49/06GK103043727SQ201210583770
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月26日 優先權日2012年12月26日
發明者張學政 申請人:張學政