钛白副产物硫酸亚铁制取氧化铁红颜料及其包膜的研究（可编辑）

钛白副产物硫酸亚铁制取氧化铁红颜料及其包膜的研究（可编辑） 钛白副产物硫酸亚铁制取氧化铁红颜料及其包膜的研 究 维普资讯 ////0>. 广东微量元素科学 盎 第 卷第 期 文章编号: ? ? ? 钛白副产物硫酸亚铁制取氧化铁红颜料 及其包膜的研究 夏新蕊 邓昭平 李思平 戍都理工大学材料与化学化工学院,四川 戍都摘 要:以硫酸法生产钛白的副产物硫酸亚铁为原料,用干法制备了氧化铁红颜料。用均匀沉淀 法对氧化铁红颜料进行二氧化钛包膜处理,以改善其表而光泽,并了影响包膜的因素及 影响包膜氧化铁红光泽性能的工艺因素。 关键词:硫酸亚铁;氧化铁红颜料;包膜;钛白 中图分类号:. 文献标识码: 铁系颜料是一种重要的无机颜料,一般都具有耐碱、耐晒、无毒、价廉等优点,广泛应用于 涂料、塑料、橡胶、建筑等行业。氧化铁红是铁系颜料之一,它具有很好的耐热性,在 时不变色,在 时也不改变化学结构,极为稳定;能吸收阳光中的紫外光,所以 对涂层有 保护作用;耐稀酸、耐碱、耐水、耐溶剂,使它具有很好的耐候性 。我国的钛白粉生产过程 中产生大量的副产物硫酸亚铁 每生产钛白粉就有副产品硫酸亚铁 . ~,硫酸亚铁的 本身价值并不高,目前除少量用于净水剂、肥料、饲料添加剂等,大部分都没有被充分利用,既 污染了环境又浪费了宝贵的资源。若把它用作氧化铁红的生产原料,既能有效利用资源,减少环 境污染,又可降低氧化铁红的生产成本,因而具有重要的现实意义。针对这一情况,作者以钛白 副产物硫酸亚铁为原料,对氧化铁红颜料的合成及其包膜进行了研究,以期为工业生产综合利用 钛白副产物提供一定的参考。 实验部分 . 原料与仪器 钛白副产物硫酸亚铁,攀钢集团钛业公司;尿素,分析纯,成都市金城化工试剂厂;六偏磷 酸钠,分析纯,天津市塘沽区德华化学试剂厂;硫酸钛,化学纯,北京精求化工有限责任公司; 硅酸钠,分析纯,成都市金城化工试剂厂。 箱式电阻炉:一 型电热鼓风恒温干燥箱:恒温水浴锅; 一 型电动搅拌器; ?衍射仪;扫描电镜,透射电镜。 . 工艺流程 将一定量的硫酸亚铁加热到左右此温度经过多次实验确定 ,保温 ,待冷却后取 收稿日期:? ? 基金项目:四川省应用科学基金项日 ? ? 作者简介:夏新蕊 一 ,女,河北邢台人,硕: ,主要从廖无机非金属材料的研究。: .维普资讯 ////. 广东微量元素科学 正第 卷第 期 出进行研磨,使颗粒粒径达到氧化铁红所要求的范围,然后再将其加热到保温,使其 充分煅烧得到氧化铁红。因为钛白副产物硫酸亚铁中含有一定的杂质,为了改善其颜料方面的使 用性能,特别是颜料光泽,须对其表面进行包膜处理。 将得到的氧化铁红进行水洗除去水溶性杂质,然后加入六偏磷酸钠使其形成均匀分散的浆 液,在恒温水浴锅中升温至 ?,将尿素和 %硫酸钛 一次性加入按一定比例加入到溶液中, 恒温搅拌 ~ ,直到溶液变为乳白色胶体又没有絮状沉淀出现。静置一段时间,让生成的水合 二氧化钛在氧化铁表面沉积稳定,过滤、洗涤, 条件下干燥。将干燥后包膜的氧化铁红加 热到,保温,再加热到 ?保温 ~,使水合二氧化钛完全转化为金红石型 ,其中六偏磷酸钠是均匀分散剂,使浆液均匀分散以便有利于包膜;尿素是均匀沉淀剂,其 主要作用是通过缓慢水解来调节溶液的 值从而控制 的生成速率。 工艺流程如图 所示。 .一匝 匝困 上 包膜 燥 .? 水洗 臣 卜 上 回 一臣叵 图 钛白副产物硫酸亚铁生产氧化铁红及其包膜的工艺流程 . 反应原理 . . 氧化铁红的制备 采用直接煅烧法即于法?,将硫酸亚铁在不同温度下煅烧即可制得氧 化铁红,不同温度阶段的化学反应式如下: ‘一。 . 。?? . . 包膜原理 氧化铁红包膜是在沉淀剂尿素 用于调节 值进而控制水解速度 的存在下, 使硫酸钛水解生成的 包覆沉淀在氧化铁红基体上,再将包覆 后的氧化铁红在一定 温度下煅烧,使 转化为金红石型 。有关化学反应式如下: ? 一 埘 ? 一一 ?结果与讨论维普资讯 ////. 广东微量元素科学 芷第 卷第 期 . 样品的、和结果分析 未包膜的氧化铁红颜料和包膜后的氧化铁红颜料的图谱如图 、图 所示。两图对比可 见,与未包膜的氧化铁红相比,包膜后的氧化铁红图谱中出现了的衍射峰 峰位如图 中标 位置所示 ,经查核为金红石型。并且结合图 的图和图 的图可以得出 已成功包覆到氧化铁表面。 , . 图 包膜后的氧化铁红颜料 射线衍射图 图 包膜前的氧化铁红颜料 射线衍射图 图 包膜后的氧化铁红颜料的 图 图 包膜后的氧化铁红颜料的能谱图 图 为包膜后的氧化铁红颜料的图。从 图中可见,样品颗粒以球形为主,粒度较细,一般 在 左右。 图 为包膜后的氧化铁红颜料的能谱 图。 图中左边较高的峰为 的峰,右边的峰为 的峰, 结果同样能确定氧化铁红颜料中含有 。 图 为包膜后的氧化铁红颜料的图。从 图中可见,黑色的大块状物质为,基体分布 在基体边缘颜色较浅的物质为。 . 氧化铁红颜料包膜过程的影响因素 为 改善氧化铁红颜料的光泽性能,本工艺采 取了均匀沉淀法【 对氧化铁红颜料进行包膜,分 图 包膜后的氧化铁红颜料的图 析了水解温度、水解时间、尿素用量等因素对包膜过程的影响。 . . 水解温度的影响 不同的钛盐水解温度不同,但一般都高于 ?,并且由于尿素的水解 温度较高,为了利用尿素的水解促进硫酸钛的水解,包覆的温度一般高于 ,因此水解的温维普资讯 ////. 广东微量元素科学 芷第 卷第 期 度应大于;但随着温度的升高,水解率增加很快,到 后,水解率基本上稳定,不再随 温度的升高而明显增加,因此水解温度不应高于 。控制值在 . ~ . 之间,固定氧化 铁红的质量与尿素的质量之比,反应时间为 ,得出不同水解温度对氧化铁红颜料颜色和光泽 的影响,如表 所示。 表 水解温度对氧化铁红颜料颜色和光泽的影响 由此可认为水解温度在 ?左右最适宜。 . . 水解时间的影响 硫酸钛的水解包覆时间通常为 ~ ,时间太长 时,氧化铁红 表面沉积的水合二氧化钛太多,影响颜料的色彩和光泽。在水解温度为, 值在 . ~ . 之间,固定硫酸钛的用量、尿素和氧化铁红的质量之比,对比不同水解时间的包膜对氧化铁红颜 料的颜色和光泽的影响,如表 所示。 表 水解时间对氧化铁红颜料的颜色和光泽的影响 . . 尿素用量的影响 尿素的作用是通过缓慢水解来促进钛盐的水解,使其均匀沉积在氧化 铁红上。尿素的量过多或过少都会影响颜料的表面状况,通过实验确定,在反应温度为 ?, 反应时间为 时,尿素与氧化铁红颜料的质量比应在 : ~ : 之间。但尿素与氧化铁红颜料 的质量比理论上应控制在 : 根据尿素的水解和硫酸钛的水解计算得出 ,同时考虑到包膜时值在 . ~ . 之间,因此其质量比应稍大于 : 。 . 包膜氧化铁红光泽的影响因素 . . 包膜时钛盐用量的影响 包膜时硫酸钛的用量对氧化铁红颜料光泽有很大的影响,本实 验研究了氧化铁红颜料的质量与硫酸钛的质量之比为不同值时对铁红颜料光泽的影响,研究结果 如表 所示。 表 硫酸钛的用量对氧化铁红颜料包膜的影响?维普资讯 ////. 广东微量元素科学 盔第 卷第 期 由表 可见,硫酸钛的用量太多或太少都会对颜料的光泽有影响,当氧化铁红颜料的质量与 硫酸钛的质量之比为 : 时,其光泽性能最好,因此本工艺确定的氧化铁红颜料的质量与硫酸钛 的质量之比为 : 。 . . 煅烧时间的影响 煅烧时间对包膜后的氧化铁红颜料颜色有很大的影响。本试验研究了 在煅烧温度为,氧化铁红颜料的质量与硫酸钛的质量之比为 : 时,煅烧时间对氧化铁红 产品的影响。 研究结果如表 。 表 煅烧时间对氧化铁红颜料包膜的影响 由表 可见,包膜后的最佳煅烧时间为 ~ ,时间过长或过短都会对氧化铁红产品的光泽 产生不利影响。 结 论 利用钛白副产物硫酸亚铁,通过直接煅烧法制备氧化铁红颜料,并对其进行了包膜研究。实 验结果表明,水解 值为 . ~ . ,水解温度为,煅烧温度为,煅烧时间为 ~ 时,制备的氧化铁红颜料光泽较好。本工艺过程简单,成本较低,可用于大批量处理钛白副产物 绿矾。 参考文献:唐振宁.钛白粉的生产与环境治理.北京:化学工业出版社, : ? .孙德慧,张吉良.氧化铁红制备工艺进展 .贵州化工,: ? .郑水林.粉体表面改 性 .北京:中国建材工业出版社, : ? .李功军,李振民,刘跃进.云母氧化铁珠光颜料的制备 .涂料工业, : ? . 【 , , ,. 【【 . ? ,, : ? .天津市同生化工厂. 云母钛珠光颜料制备方法. ? .