CN101811739B - 低砷氧化铁红颜料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无机颜料的制备方法，尤其涉及低砷氧化铁红颜料的生产方法。本发明的低砷氧化铁红颜料的制备方法，采用二步氧化液相法生产方法生产低砷氧化铁红颜料，在二步氧化中没有铁皮参加，减少铁皮资源的消耗，使得到产品的细度和分散性上都要优于铁皮混酸法生产的铁红。由于在二步氧化中去除了铁皮参加反应，能有效控制砷、铅等重金属的含量。本发明的方法制备得到的低砷氧化铁红颜料中砷(As)≤5mg/kg和铅(Pb)≤10mg/kg。本发明可广泛应用于铅笔、玩具、化妆品、医药、水松纸等行业。
Description
技术领域
本发明涉及一种低砷氧化铁红颜料及其生产方法，可广泛应用于医药行业，如铅笔、玩具、化妆品、医药、水松纸等厂家。
背景技术
低砷氧化铁红颜料，其化学名称：三氧化二铁，化学分子式：Fe2O3，是生产铅笔、玩具、化妆品、医药、水松纸的重要原料。目前生产低砷氧化铁红颜料一般采用铁皮挑选法生产，在整个生产过程中有铁皮参加反应，不但消耗了铁这种不可再生资源，且生产出的产品无论从细度上，还是产品性能上都不够理想，如有毒重金属砷(As)和铅(Pb)的含量不能得到有效控制。另外，在生产工艺上难免存在脏、乱、差的现象。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种全新的，属于液-液相反应的低砷氧化铁红颜料及其生产方法，使得到的产品的颗粒度比铁皮法的细腻、均匀、颜色鲜艳；另一目的是控制产品中砷和铅的含量，以达到医药行业使用的要求。此外，整个工艺过程只有少量铁皮参加反应，以图节约铁资源；提高生产的自动化程度，改变目前生产上脏、乱、差之现象。
为了实现上述的目的，本发明技术方案采用以下的技术方案：
低砷氧化铁红颜料的制备方法，该方法包括以下的步骤：
i)晶种制备部分
a)将650～750Kg低砷铁皮投入高压桶内，加适量的水，冲温至65～75℃；
b)一次性加入含量为35％～45％的稀硝酸1100～1380kg重量份；
c)在达到0.35～0.45Mpa的压力下进行反应，保压10～20min，打开放气阀，降至0.1～0.2Mpa压力止，输送至晶种储备桶；
ii)硝酸亚铁的制备部分
d)将铁皮置于长反应槽中，在温度≤60℃下与稀硝酸反应，生成硝酸亚铁及硝酸铵，反应后硝酸亚铁的浓度为9％～15％，PH值为3.0～4.0；
iv)硫酸亚铁制备部分
e)将含量为80％～88％的固体硫酸亚铁加水溶解处理，打入澄清桶加入絮凝剂使其澄清，去除杂质以及有毒元素，制得含量为35％～50％的澄清硫酸亚铁；
iv)二步氧化部分
f)将制作好的晶种投入干净的反应桶中，然后加入硝酸亚铁，控制硝酸亚铁含量4.5％～5.5％重量份；
g)硝酸亚铁反应：打开蒸汽阀门加热，并开少量空气，当温度达到75℃后，控制风量80～120m3/h将已稀释5％～10％浓度液碱连续匀速地滴加入反应桶内，PH值控制1.5～2.5，滴加速度视PH值而定，整个反应过程中温度控制在75～85℃之间，硝酸亚铁反应含量至硝酸亚铁的浓度为0.2％～1％结束；
h)硫酸亚铁反应：在上述的溶液中加入一定量的澄清硫酸亚铁，硫酸亚铁含量控制在10％以下，当温度达到85℃以上时，开始缓慢加入15％～20％浓度的稀碱，pH值控制到2.5～3.5，滴加速度视pH值和桶内料液的反应情况而定，整个反应过程中的温度控制在85～95℃之间，硫酸亚铁含量在反应初期硫酸亚铁浓度应控制4％以上，低于此含量时及时补加硫酸亚铁，当反应到12～40小时，具体依标样的深浅而定，当与标样接近时，应采用多次少量，最终含量控制硫酸亚铁浓度2.5％以下，直至颜色与标样稍似，停止加碱，关 闭蒸汽，开小空气阀门，准备放桶，制备得到所述的低砷氧化铁红颜料。
本发明的有益效果是：
1)本发明采用全新的纯液相法生产工艺生产，在生产过程中对原材料进行严格的筛选，排除重金属含量较高的原料，在制作源头就对重金属含量进行有效的控制，两项重要指标即砷(As)≤5mg/kg和铅(Pb)≤10mg/kg，另外常规指标按照普通氧化铁国家标准规定的范围进行控制，都在国家一级品控制之内；
2)在整个生产反应过程中，只有晶种制作中有少量铁皮参加反应，在二步氧化中没有铁皮参与。不仅节约了铁资源，且得到的产品的颗粒度比铁皮法的细腻、均匀、纯度高；
3)产品具有良好的颜色遮盖力、着色力、耐热、耐溶剂、无毒等优点，而且比普通氧化铁颜料更加纯净，颜色更加鲜艳；
4)本生产工艺完全可以改变目前生产上脏、乱、差的现象，提高自动化生产程度。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图。
图2为本发明实施例1说制备的产品的体积累积分布曲线图。
具体实施方式
本发明之液相法生产工艺是以晶种为载体，在热状态下，采用硝酸亚铁、硫酸亚铁和氢氧化钠在酸性条件下，在氧化桶内进行反应，生成氢氧化铁，通入空气，以氧气为氧化剂进行氧化反应，形成氧化铁红，其反应式如下：
Fe(NO3)2+2NaOH＝Fe(OH)2+2NaNO3
2Fe(OH)2+1/2O2+H2O＝2Fe(OH)3
2Fe(OH)3＝Fe2O3+3H2O
FeSO4+2NaOH＝Fe(OH)2+Na2SO4
2Fe(OH)2+1/2O2+H2O＝2Fe(OH)3
2Fe(OH)3＝Fe2O3+3H2O
实施例1
如图1所示所述氧化铁红颜料的生产方法包括晶种制备和二步氧化，工艺步骤如下：
i)晶种制备，
a)将650Kg低砷铁皮投入高压桶内，加适量的水；
b)冲温至70℃注入含量为40％的稀硝酸1000kg重量份；
c)在压力0.35Mpa的压力下反应，保压15min，打开放气阀，降至0.1～0.2Mpa压力止，输送至晶种储备桶。
ii)硝酸亚铁制备部分
d)将铁皮置于长反应槽中，在长温下(≤60℃)与稀硝酸反应，生成硝酸亚铁及硝酸铵，反应后浓度为10.8％，PH值为3.0。
iv)硫酸亚铁制备部分
e)将含量为80.5％的固体硫酸亚铁加水溶解处理，打入澄清桶加入絮凝剂使其澄清，去除杂质以及有毒元素，制得含量为35.5％的澄清硫酸亚铁。
iv)二步氧化部分
f)将制作好的晶种投入干净的反应桶中，然后加入5m3硝酸亚铁，控制硝酸亚铁含量4.56％重量份；
g)硝酸亚铁反应：打开蒸汽阀门加热，并开少量空气，当温度达到75℃后，控制风量100m3/h将已稀释5％浓度液碱连续匀速地滴加入反应桶内，PH 值控制1.5～2.5，滴加速度视PH值而定，整个反应过程中温度控制在75～85℃之间，硝酸亚铁反应含量至硝酸亚铁的浓度为0.5％结束。
h)硫酸亚铁反应：当硝酸亚铁反应含量至0.5％左右，开始加入40％的澄清硫酸亚铁3m3，硫酸亚铁含量控制在8.6％以下，当温度达到85℃以上时，控制风量150m3/h，开始缓慢加入10％左右的稀碱，pH值控制到2.5～3.5，滴加速度视pH值和桶内料液的反应情况而定，整个反应过程中的温度控制在85～95℃之间，硫酸亚铁含量在反应初期亚铁应控制4％以上，低于此含量时及时补加硫酸亚铁，当反应到12～24小时，具体按标样的深浅而定，当与标样接近时，应采用多次少量，最终含量控制2.0％，直至颜色与标样稍似，停止加碱，关闭蒸汽，开小空气阀门，准备放桶。
实施例2
如图1所示，所述氧化铁红颜料的生产方法包括晶种制备和二步氧化，工艺步骤如下：
i)晶种制备
a)将680Kg低砷铁皮投入高压桶内，加适量的水；
b)冲温至70℃注入含量为40％的稀硝酸1250kg重量份；
c)在压力0.40Mpa的压力下反应，保压15min，打开放气阀，降至0.1～0.2Mpa压力止，输送至晶种储备桶。
ii)硝酸亚铁制备部分
d)将铁皮置于长反应槽中，在长温下(≤60℃)与稀硝酸反应，生成硝酸亚铁及硝酸铵，反应后浓度为11.7％，PH值为3.2。
iv)硫酸亚铁制备部分
e)将含量为85.6％的固体硫酸亚铁加水溶解处理，打入澄清桶加入絮凝剂 使其澄清，去除杂质以及有毒元素，制得含量为40.5％的澄清硫酸亚铁。
澄清，制得含量为％的澄清硫酸亚铁。
iv)二步氧化部分
f)将制作好的晶种投入干净的反应桶中，然后加入5.5m3硝酸亚铁，控制硝酸亚铁含量4.95％重量份
g)硝酸亚铁反应：打开蒸汽阀门加热，并开少量空气，当温度达到76℃后，控制风量100m3/h将已稀释10％浓度液碱连续匀速地滴加入反应桶内，PH值控制1.5～2.5，滴加速度视PH值而定，整个反应过程中温度控制在75～85℃之间，硝酸亚铁反应含量至0.5％结束。
h)硫酸亚铁反应：当硝酸亚铁反应含量至0.5％左右，开始加入43％的澄清硫酸亚铁3m3，硫酸亚铁含量控制在9.3％以下，当温度达到85℃以上时，控制风量200m3/h，开始缓慢加入15％左右的稀碱，pH值控制到2.5～3.5，滴加速度视pH值和桶内料液的反应情况而定，整个反应过程中的温度控制在85～95℃之间，硫酸亚铁含量在反应初期硫酸亚铁应控制4％以上，低于此含量时及时补加硫酸亚铁，当反应到12～32小时，具体按标样的深浅而定，当与标样接近时，应采用多次少量，最终硫酸亚铁含量控制1.39％，直至颜色与标样稍似，停止加碱，关闭蒸汽，开小空气阀门，准备放桶。
实施例3
如图1所示，所述氧化铁红颜料的生产方法包括晶种制备和二步氧化，工艺步骤如下：
i)晶种制备，
a)将750Kg低砷铁皮投入高压桶内，加适量的水；
b)冲温至70℃注入含量为40％的稀硝酸1380kg重量份‘
c)在压力0.45Mpa的压力下反应，保压15min，打开放气阀，降至0.1～0.2Mpa压力止，输送至晶种储备桶。
ii)硝酸亚铁制备部分
d)将铁皮置于长反应槽中，在长温下(≤60℃)与稀硝酸反应，生成硝酸亚铁及硝酸铵，反应后浓度为13.5％，PH值为3.6。
iv)硫酸亚铁制备部分
e)将含量为87.6％的固体硫酸亚铁加水溶解处理，打入澄清桶加入絮凝剂使其澄清，去除杂质以及有毒元素，制得含量为46.5％的澄清硫酸亚铁。
iv)二步氧化部分
f)将制作好的晶种投入干净的反应桶中，然后加入5m3硝酸亚铁，控制硝酸亚铁含量5.4％重量份
g)硝酸亚铁反应：打开蒸汽阀门加热，并开少量空气，当温度达到75℃后，控制风量100m3/h将已稀释15％浓度液碱连续匀速地滴加入反应桶内，PH值控制1.5～2.5，滴加速度视PH值而定，整个反应过程中温度控制在75～85℃之间，硝酸亚铁反应含量至0.5％结束。
h)硫酸亚铁反应：当硝酸亚铁反应含量至0.5％左右，开始加入42％的澄清硫酸亚铁3m3，硫酸亚铁含量控制在9.0％以下，当温度达到85℃以上时，控制风量200m3/h，开始缓慢加入20％左右的稀碱，pH值控制到2.5～3.5，滴加速度视pH值和桶内料液的反应情况而定，整个反应过程中的温度控制在85～95℃之间，硫酸亚铁含量在反应初期亚铁应控制4％以上，低于此含量时及时补加硫酸亚铁，当反应到16～40小时，具体按标样的深浅而定，当与标样接近时，应采用多次少量，最终含量控制2.5％，直至颜色与标样稍似，停止加碱，关闭蒸汽，开小空气阀门，准备放桶。
在上述各实施例的反应中，硫酸亚铁溶液和氢氧化钠溶液都是根据要求分别在各步骤中添加的，固体硫酸亚铁的液化可以分批进行，也可以一次处理，而浓度为32％的氢氧化钠溶液是外购的，买来时的浓度就已配好。各实施实例中反应结束时，氧化桶内的硫酸亚铁含量控制越低越好，理想状态是硫酸亚铁和氢氧化钠完全反应，剩余含量为零，但是为了提高反应速率，硫酸亚铁必须有剩余，一般最终控制在3.0以下。
图1中的中间控制指的是实施例中步骤f)、g)、h)所涉及的控制；后道处理指的是：湿料过筛、过滤漂洗、干燥、粉碎、成品检验。
试验例
1、对本发明的实施例1所制备的产品检测的结果如下：
| 技术项目 | 合格品 | 检测结果 |
| 铁含量(以Fe2O3(105℃烘干表示))％≥ | 96.0 | 97.0 |
| 105℃挥发物，％≤ | 1.0 | 0.75 |
| 水溶物(热萃取法)，％≤ | 0.5 | 0.20 |
| 筛余物(45um)％≤ | 0.3 | 0.08 |
| 水悬浮液PH值 | 3.0～7.0 | 3.5 |
| 吸油量，g/100g | 15～25 | 17.5 |
| 相对着色力(与标准样比)，％ | 95～105 | 102 |
| 颜色(与标准样比) | 稍似 | 近似 |
| 砷，mg/kg，％≤ | 5.0 | 2.5 |
| 铅，mg/kg，％≤ | 10.0 | 8.6 |
| 颜料的易分散性≤ | 20.0 | 16 |
2、对本发明的实施例1所制备的产品力份分析的结果如下：
测试条件：Datactolor ％R SAV SCIUV INC
| 光源视角 | L* | a* | b* | C* | h* | |
| 标准样品 | D6510Deg | 48.29 | 30.12 | 19.00 | 35.61 | 32.24 |
| 实施例1 | D6510Deg | 47.98 | 30.39 | 19.20 | 35.95 | 32.29 |
3、对本发明的实施例1所制备的产品JL-1166型激光粒度仪测试的结果如图2所示。
Claims (1)
1.低砷氧化铁红颜料的制备方法，其特征在于该方法包括以下的步骤：
i)晶种制备部分
a)将650～750Kg低砷铁皮投入高压桶内，加适量的水，冲温至65～75℃；
b)一次性加入含量为35％～45％的稀硝酸1100～1380kg重量份；
c)在达到0.35～0.45MPa的压力下进行反应，保压10～20min，打开放气阀，降至0.1～0.2MPa压力止，输送至晶种储备桶；
ii)硝酸亚铁的制备部分
d)将铁皮置于长反应槽中，二在温度≤60℃下与稀硝酸反应，生成硝酸亚铁及硝酸铵，反应后硝酸亚铁的浓度为9％～15％，pH值为3.0～4.0；
iii)硫酸亚铁制备部分
e)将含量为80％～88％的固体硫酸亚铁加水溶解处理，打入澄清桶加入絮凝剂使其澄清，去除杂质以及有毒元素，制得含量为35％～50％的澄清硫酸亚铁；
iv)二步氧化部分
f)将制作好的晶种投入干净的反应桶中，然后加入硝酸亚铁，控制硝酸亚铁含量4.5％～5.5％重量份；
g)硝酸亚铁反应：打开蒸汽阀门加热，并开少量空气，当温度达到75℃后，控制风量80～120m3/h将已稀释5％～10％浓度液碱连续匀速地滴加入反应桶内，pH值控制1.5～2.5，滴加速度视pH值而定，整个反应过程中温度控制在75～85℃之间，硝酸亚铁反应含量至硝酸亚铁的浓度为0.2％～1％结束；
h)硫酸亚铁反应：在上述的溶液中加入一定量的澄清硫酸亚铁，硫酸亚铁含量控制在10％以下，当温度达到85℃以上时，开始缓慢加入15％～20％浓度的稀碱，pH值控制到2.5～3.5，滴加速度视pH值和桶内料液的反应情况而定，整个反应过程中的温度控制在85～95℃之间，硫酸亚铁含量在反应初期硫酸亚铁浓度应控制4％以上，低于此含量时及时补加硫酸亚铁，当反应到12～40小时，具体依标样的深浅而定，当与标样接近时，应采用多次少量，最终含量控制硫酸亚铁浓度2.5％以下，直至颜色与标样稍似，停止加碱，关闭蒸汽，开小空气阀门，准备放桶，制备得到所述的低砷氧化铁红颜料。
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