申请日2012.09.13
公开(公告)日2012.12.26
IPC分类号C01G49/02
摘要
本发明公开了一种利用废水制备透明氧化铁黄的方法，包括：(1)晶种制备：在搅拌条件下，向透明氧化铁废水中加入晶型控制剂，缓慢加入碱性溶液调节pH值为2～5，有晶种析出，得到晶种析出的反应液;(2)晶种生长：在搅拌条件下，向步骤(1)所得到的反应液中通入空气，同时向其中缓慢加入碱性溶液，调节体系pH值为2～7进行氧化反应，反应结束之后，分离干燥，得到所述的透明氧化铁黄。本发明使用了透明氧化铁时产生的废水作为原料制备透明氧化铁黄颜料，提高了资源的利用率，降低了环境污染，同时制备得到的氧化铁黄颜料分散性好，透明度高，可被应用于木器涂装，汽车修补漆，塑料，透明装饰材料，烟包及食品包装等行业。
权利要求书
1.一种利用透明氧化铁废水制备透明氧化铁黄的方法，其特征在于， 包括：
(1)晶种制备：在搅拌条件下，向透明氧化铁废水中加入晶型控制 剂，缓慢加入碱性溶液调节pH值为2～5，有晶种析出，得到晶种析出的 反应液;
(2)晶种生长：在搅拌条件下，向步骤(1)所得到的反应液中通入 空气，同时向其中缓慢加入碱性溶液，调节体系pH值为2～7进行氧化反 应，反应结束之后，分离干燥，得到所述的透明氧化铁黄;
所述的透明氧化铁废水中亚铁离子的浓度为0.05～0.5mol/L;
所述的晶型控制剂为多聚磷酸盐，用量为亚铁离子重量的0.2～2%。
2.根据权利要求1所述的利用透明氧化铁废水制备透明氧化铁黄的 方法，其特征在于，所述的亚铁离子的浓度为0.05～0.1mol/L时，所述的 多聚磷酸盐的用量为铁离子重量的1～2%。
3.根据权利要求1所述的利用透明氧化铁废水制备透明氧化铁黄的 方法，其特征在于，步骤(1)中晶种析出的温度为25～45℃。
4.根据权利要求1所述的利用透明氧化铁废水制备透明氧化铁黄的 方法，其特征在于，步骤(2)中的反应温度为25～45℃。
5.根据权利要求1所述的利用透明氧化铁废水制备透明氧化铁黄的 方法，其特征在于，步骤(1)中pH值为2～4。
6.根据权利要求1所述的利用透明氧化铁废水制备透明氧化铁黄的 方法，其特征在于，步骤(2)中pH值为2-6。
7.根据权利要求1所述的利用透明氧化铁废水制备透明氧化铁黄的 方法，其特征在于，步骤(2)中的搅拌速率为100～150r/min。
8.根据权利要求7所述的利用透明氧化铁废水制备透明氧化铁黄的 方法，其特征在于，所述的搅拌速率为110～130r/min。
9.根据权利要求1所述的利用透明氧化铁废水制备透明氧化铁黄的 方法，其特征在于，当透明氧化铁废水的体积为1L时，步骤(2)中空气 通入的速率为3～6m3/min，通入时间为1～2小时。
说明书
一种利用透明氧化铁废水制备透明氧化铁黄的方法
技术领域
本发明属于氧化铁颜料领域，尤其涉及一种氧化铁黄的制备方法。
背景技术
透明氧化铁黄是一种被广泛应用的无机颜料，典型特征是其粒径极其 细小(一般小于70nm)，光线照射时在颜料表面时发生衍射现象产生透明 效果。透明氧化铁颜料不仅具有普通氧化铁颜料的基本性能，而且颜料具 有无毒，高透明，色泽鲜艳，能强烈吸收紫外线等特点。被广泛应用于涂 料，油墨，塑料制品，高透明装饰材料，烟包及食品包装，反光材料及汽 车照面漆等领域。目前的合成方法主要有空气氧化法，氯酸钠氧化法，羰 基铁法等。
随着人们对生活质量要求的提高，透明氧化铁作为中高档无机颜料被 广泛用于各个领域，国内外市场逐年递增，尤其是国内涂料市场，在近5 年间，用量成倍递增。这与目前涂料行业的某些装饰性能和要求有关：装 饰性能方面，高透明装饰材料，卷钢卷铝涂料，仿古木器涂料，户外木器 涂料等行业的兴起需要一批高透明的颜料与之匹配;涂装要求方面，国家 对环保的日益重视，一些有污染有毒的着色剂被强制禁用，这对于环保无 毒的透明氧化铁来说，无疑开辟了新的市场。
公开号为CN 1245458C的中国专利公开了一种使用精制的硫酸亚铁 制备纳米氧化铁黄的方法，该方法制备得到的氧化铁黄径向长度为 100～120nm，但是该方法需要先对硫酸亚铁进行精制。
公开号为CN 101913656A的中国专利公开了一种使用钛白副产物硫 酸亚铁制备氧化铁黄的方法，在氧化铁黄的晶种和尿素的存在下，控制反 应温度60～90℃，pH值2.5～4，制得了氧化铁黄，但是该方法需要先对硫 酸亚铁进行精制。
透明氧化铁由于其工艺的特殊性，反应得率一般在55-60%之间，也 就意味着有大量的铁离子存在于废水之中，尤其是原液废水(简称废水)， 铁离子浓度一般为0.1mol/L左右。利用废水来生产氧化铁黄可以提高资源 的利用率，而且可以减少环境的污染，但是由于废水中氧化铁含量低以及 存在硫酸钠盐的干扰，直接利用废水制备氧化铁黄还比较困难。
发明内容
本发明提供了一种利用透明氧化铁废水制备透明氧化铁黄的方法，该 方法充分利用了含硫酸亚铁的透明氧化铁废水资源，制备得到了高透明、 易分散的透明氧化铁黄颜料。
一种利用透明氧化铁废水制备透明氧化铁黄的方法，包括：
(1)晶种制备：在搅拌条件下，向透明氧化铁废水中加入晶型控制 剂，缓慢加入碱性溶液调节pH值为2～5，有晶种析出，得到晶种析出的 反应液;
(2)晶种生长：在搅拌条件下，向步骤(1)所得到的反应液中通入 空气，同时向其中缓慢加入碱性溶液，调节体系pH值为2～7进行氧化反 应，反应结束之后，分离干燥，得到所述的氧化铁黄;
所述的透明氧化铁废水为生产透明氧化铁时产生的废水，经检测含有 铁离子浓度为0.05～0.5mol/L;
所述的晶型控制剂为多聚磷酸盐，用量为亚铁离子重量的0.2～2%。
本发明中，步骤(1)和步骤(2)中搅拌速率可以相同也可以不同。
步骤(1)和(2)的反应温度为20-60℃;
步骤(1)控制晶种制备时间为0.5-1小时;
步骤(2)中反应时间为0.5～3小时。
上述制备方法中，主要反应原理如下：
FeSO4+NaOH→Fe(OH)2+Na2SO4
Fe2(SO4)3+NaOH→Fe(OH)3+Na2SO4
Fe(OH)2+O2→Fe(OH)3
Fe(OH)3→FeOOH+H2O
本发明中，所用的多聚磷酸盐分子量范围为2000-10000，具体可以是 多聚磷酸钠，多聚磷酸钾的一种或两种，此时，所述的多聚磷酸盐不但有 较强的空间位阻作用，还因为磷元素和铁元素有较强的电荷效应，能使晶 型控制剂更牢固的结合在颜料粒子表面，使得颜料粒子不易团聚，最终得 到粒径较小且分布较窄的颜料粒子。多聚磷酸盐分子量太小，空间位阻较 小，不利于颜料粒子的分散，多聚磷酸盐分子量大，不易制备且水溶性差， 所述的多聚磷酸盐的分子量进一步优选为4000～7000。
所述的多聚磷酸盐用量过小的时候，起不到分散颜料粒子的作用，使 用量过大，效果无明显变化。当废水中铁离子的浓度为0.05～0.1mol/L时， 多聚磷酸盐的用量优选为铁离子重量的1～2%，最优选为1.5～2%。此时制 备得到的晶种质量最好。
步骤(1)中的反应温度低，反应速率低，生成的晶种细小，但容易 形成杂晶，温度高，反应速率快，晶种粒径粗大，温度过高或过低都不利 于下一步氧化铁黄的制备，步骤(1)中的晶种析出的温度优选为25-45℃， 最优选为35℃。
步骤(1)中pH值太低，反应速率慢，制得的晶种粒径细小，pH值 太高，容易发生副反应产生铁黑，步骤(1)中的pH值优选为2～4。
当步骤(1)中的pH值优选为4～4.5的时候，对该步骤的反应温度进 行优选，制得的晶种的质量好，有利于下一步氧化铁黄的制备。
步骤(2)中的反应温度低，反应速率低，产物得率低，温度高，反 应速率快，粒子粒径粗大，透明度差，步骤(2)中的反应温度优选为 25-45℃，最优选为30℃，此时颜料晶体粒径细小且一致。
步骤(2)中pH值降低时，反应速率低，产物得率低。pH值升高时， 产物粒径大，透明度不好，也可能产生副产物铁黑，步骤(2)中的pH值 优选为2-6，此时整个反应在弱酸性环境下进行，氧化铁颜料晶体结构一 致。
当步骤(2)中的pH值优选为2-6的时候，对该步骤的反应温度进行 优选，制得的氧化铁黄的效果更好。
步骤(2)中，搅拌的时候通入空气，搅拌速率增大时，得到的铁黄 质量更好，但是搅拌速率增大到一定的程度，再增加搅拌速率对反应的影 响较小，能耗则会大大增加，搅拌速率优选为100～150r/min，更优选为 110～130r/min，最优选为120r/min;
步骤(2)的空气通入量增大有利于氧化反应的进行，但是太大会增 加能耗，以1L氧化铁废水作为反应液，本发明中空气的通入速率优选为 3～6m3/min，通气时间优选为1～2小时，更优选为1小时。
同现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
(1)该原料取之简便，能使资源得以重复利用，又从源头解决可能 存在的环境污染问题。
(2)所制备的易分散透明氧化铁粒径在70nm以下，分散性明显好于 市场上的透明氧化铁颜料，可被广泛应用于木器涂装，汽车修补漆，塑料， 透明装饰材料，烟包及食品包装等行业，本发明的产品无毒无味，已通过 SGS报告。