一種生產氧化鐵黃的方法與流程
2023-04-24 07:39:26 5
本發明涉及氧化鐵黃生產技術領域，特別涉及一種生產氧化鐵黃的方法。
背景技術：
氧化鐵顏料是一種用途十分廣泛的無機顏料，其中氧化鐵黃的色澤鮮明，色光介於檸檬黃與橘黃之間，具有很高的顏料品質。氧化鐵黃不僅本身是一種高品質顏料，其在150-200℃條件下會脫水變色，變成氧化鐵紅，因此氧化鐵黃也可以作為氧化鐵紅的原料。
其最常用的生產方法有兩種，一種是空氣氧化法，另一種是液相法。空氣氧化法生產氧化鐵黃主要分為兩步，一、氧化鐵晶種的製備，將硫酸亞鐵與氫氧化鈉作用製成氫氧化亞鐵。二、將製備好的氧化鐵晶種泵入氧化桶，與鐵和硫酸混合，並通入蒸汽加熱，將混合物的溫度控制在反應溫度後，向反應體系中通入空氣，利用空氣中的氧氣將硫酸亞鐵氧化，生成fe2o3·h2o，並以晶種為核逐漸生長，直至其顏色達到標準樣品的需求。液相法的基本生產方法是，一、氧化鐵晶種的製備，將硫酸亞鐵與氫氧化鈉作用製成氫氧化亞鐵。二、將製備好的氧化鐵晶種泵入氧化桶，向氧化桶中通入空氣和硫酸亞鐵，並用工業純鹼中和氧化過程中生成的硫酸，控制反應的溫度和ph，直到反應終點。
以上兩種方法均需要製備氧化鐵晶種，晶種的控制對氧化鐵黃的成型和顏色均有直接的影響，為了製備得到符合要求的氧化鐵黃，必須要嚴格控制晶種製備過程的溫度、ph、反應時間和反應產物的顏色等，製備得到的顏料顏色一致性難以控制。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種生產氧化鐵黃的方法，其解決了現有生產方法製備得到的氧化鐵黃顏色一致性難以控制的問題，具有製備方法簡單，顏色一致性好的效果。
本發明的上述技術目的是通過以下技術方案得以實現的：
一種生產氧化鐵黃的方法，包括如下步驟：s1：將碳酸鈣和水加入容器中，通入空氣並攪拌；s2：在容器中加入氯化亞鐵，碳酸鈣和氯化亞鐵的添加比等於或者高於兩者的化學計量比；s3：加熱至80-85℃，過程中不斷鼓入空氣，直至反應到所需顏色，保溫30-60min，出料；s4：在出料後加入稀鹽酸溶液除去碳酸鈣；s5：經漂洗、壓濾、烘乾、粉碎、包裝成成品。
進一步優選為：步驟s1和s2中，碳酸鈣和氯化亞鐵的添加摩爾比為(1-1.08)：1。
進一步優選為：步驟s1和s2中，碳酸鈣和氯化亞鐵的添加摩爾比為1.04：1。
進一步優選為：步驟s3中，反應過程中每隔2h檢測一次體系中的fe2+含量，每次取3個樣品，每兩個樣品之間時間間隔5min，若5min內fe2+含量不下降，則補充碳酸鈣；補充的碳酸鈣的與所述步驟s2中加入的氯化亞鐵的摩爾比為0.01:1。
進一步優選為：步驟s4中，首先添加稀鹽酸的量為體系中相對於氯化亞鐵多出的ca2+所需消耗的氯化氫的80％，之後緩慢加入稀鹽酸溶液至不再產生氣泡。
進一步優選為：步驟s3中，空氣的流量控制在2000-3500l/min。
進一步優選為：步驟s4中，稀鹽酸溶液的濃度為0.1-0.3mol/l。
進一步優選為：空氣流量控制在2500l/min，稀鹽酸溶液的濃度為0.15mol/l，製備得到的氧化鐵黃中ca含量為4-8mg/千克氧化鐵顏料。
綜上所述，本發明具有以下有益效果：1、本發明採用碳酸鈣來消耗亞鐵離子水解產生的h+，從而將水解反應向正反應的方向推進，促進氧化鐵的生成，使得反應得以持續進行，不需要用到昂貴的氫氧化鈉，碳酸鈣價格便宜，有利於節省成本；2、優選了碳酸鈣與氯化亞鐵的添加比例，使得反應時間較短，反應速率合適，並且得到的產品具有較小的ca含量；3、優選了空氣流量和後處理的稀鹽酸濃度，具有合適的反應時間的同時得到的產品具有較小的ca含量；4、採用本發明申請的工藝製備得到的氧化鐵黃的顏色一致性較好，重複性好。
具體實施方式
以下對本發明作進一步詳細說明。
本具體實施例僅僅是對本發明的解釋，其並不是對本發明的限制，本領域技術人員在閱讀完本說明書後可以根據需要對本實施例做出沒有創造性貢獻的修改，但只要在本發明的保護範圍內都受到專利法的保護。
實施例1：一種生產氧化鐵黃的方法，包括如下步驟：
s1：將碳酸鈣和水加入反應罐中，反應罐為體積為50m3的不鏽鋼反應釜，從反應罐的底部通入空氣並不斷攪拌；
s2：在容器中加入氯化亞鐵，碳酸鈣和氯化亞鐵的添加摩爾比為1.04:1；
s3：將體系加熱至80℃，過程中不斷鼓入空氣，空氣流量為2500l/min；反應過程中每隔2h檢測一次體系中的fe2+含量，每次抽取3個樣品，每兩個樣品之間時間間隔5min；若fe2+含量不下降，則向體系內補充碳酸鈣後繼續反應，碳酸鈣的每次補入量與步驟s2中加入的氯化亞鐵的摩爾比為0.01:1；若fe2+含量持續下降，則繼續反應(本實施例中未補入碳酸鈣)；直到反應體系的顏色接近標樣(標樣具有l，a和b值，用cielab單位以飽和色測量，其中l＝78，a＝-8，b＝85)，停止通氣，記錄反應時間，並保溫30-60min，出料；
s4：在出料後加入0.15mol/l的稀鹽酸溶液除去碳酸鈣，首先加入與氯化亞鐵的摩爾比為0.032:1的稀鹽酸溶液，之後再緩慢滴加該稀鹽酸溶液直至不再出現氣泡；
s5：經漂洗、壓濾、烘乾、粉碎、包裝成成品。
製備得到的氧化鐵黃具有l，a和b值，用cielab單位以飽和色測量，其中l＝78.0，a＝-7.8，b＝83.9，ca含量為5.3mg/千克氧化鐵顏料。
實施例2-17：一種生產氧化鐵黃的方法，與實施例1的區別在於，碳酸鈣和氯化亞鐵的添加摩爾比、補充碳酸鈣和氯化亞鐵的摩爾比、反應時間、空氣流量、稀鹽酸溶液的濃度不同，具體參數參見表1。
實施例18：一種生產氧化鐵黃的方法，包括如下步驟：
s1：將碳酸鈣和水加入反應罐中，反應罐為體積為50m3的不鏽鋼反應釜，從反應罐的底部通入空氣並不斷攪拌；
s2：在容器中加入氯化亞鐵，碳酸鈣和氯化亞鐵的添加摩爾比為1.04:1；
s3：將體系加熱至85℃，過程中不斷鼓入空氣，空氣流量為3000l/min；反應過程中每隔2h檢測一次體系中的fe2+含量，每次抽取3個樣品，每兩個樣品之間時間間隔5min；若fe2+含量不下降，則向體系內補充碳酸鈣後繼續反應，碳酸鈣的每次補入量與步驟s2中加入的氯化亞鐵的摩爾比為0.01:1；若fe2+含量持續下降，則繼續反應(本實施例中未補入碳酸鈣)；直到反應體系的顏色接近標樣(標樣具有l，a和b值，用cielab單位以飽和色測量，其中l＝65，a＝6，b＝77)，停止通氣，記錄反應時間，為42h，保溫30-60min，出料；
s4：在出料後加入0.15mol/l的稀鹽酸溶液除去碳酸鈣，首先加入與氯化亞鐵的摩爾比為0.032:1的稀鹽酸溶液，之後再緩慢滴加該稀鹽酸溶液直至不再出現氣泡；
s5：經漂洗、壓濾、烘乾、粉碎、包裝成成品。
製備得到的氧化鐵黃具有l，a和b值，用cielab單位以飽和色測量，其中l＝65.1，a＝6.0，b＝76.8，ca含量為6.3mg/千克氧化鐵顏料。
表1實施例1-17的反應條件參數表
為了體現實施例製備得到的氧化鐵黃的各項理化性質，製備了如下對比例作為對照。
對比例1：一種生產氧化鐵黃的方法，與實施例1的區別在於，碳酸鈣和氯化亞鐵的添加摩爾比為1.1:1，反應時間為69h。
表2各實施例生成的氧化鐵的理化性質和指標
結果分析：對比實施例1-6以及對比例1的試驗結果可知，當碳酸鈣與氯化亞鐵的摩爾比從1.1:1降低到1:1，所需的反應時間呈現先減小後增大的趨勢，當碳酸鈣與氯化亞鐵的摩爾比在1.04:1和1.03:1時，具有最少的反應時間。根據實際試驗結果可知，按照實施例4的工藝進行製備時，會出現需要中途補充碳酸鈣的可能，因此從反應時間的角度來看，選擇1.04:1為碳酸鈣與氯化亞鐵的最佳摩爾比。隨著碳酸鈣與氯化亞鐵的摩爾比的下降，ca含量呈現先減小後增大的趨勢，當碳酸鈣與氯化亞鐵的摩爾比在(1.02-1.04)：1時，製備得到的氧化鐵黃具有較少的ca含量，結合反應時間以及中途補充碳酸鈣的情況，選定1.04:1為碳酸鈣與氯化亞鐵的最佳摩爾比。
對比實施例7-14的結果可知，隨著空氣流量的增大，反應時間呈現逐漸下降的趨勢，下降的趨勢逐漸變緩。而反應產物中的ca含量基本保持在一個較小的範圍內，大體上呈現逐漸上升的趨勢，綜合反應素率和壓縮空氣成本的考慮，優選空氣流量為2500l/min。
對比實施例1、實施例15-17的結果可知，用於後處理的稀鹽酸的濃度對反應時間沒有影響，但是影響最終產物中的fe2o3含量和ca含量，隨著鹽酸濃度的增加，ca含量大體上呈逐漸減少的趨勢，但是fe2o3含量有一個先增加後減小的趨勢，其原因是當鹽酸濃度過大時，在消耗混合物中的碳酸鈣的同時，也會消耗一部分的fe2o3，另外，比較明顯的變化是，隨著鹽酸濃度增大，fe2o3的產量降低。優選的鹽酸濃度是0.15mol/l。
顏色一致性測試：為了測試採用本發明申請的實施例的方法生產的不同批次產品的顏色一致性，做了對比例4作為對照。
對比例4：一種氧化鐵黃的生產方法，包括如下步驟：
s1：氧化鐵晶種的製備:濃度為1.0mol/l-2.0mol/l的硫酸亞鐵溶液加入晶種桶中，再緩慢通入氫氧化鈉溶液，控制反應溫度為25-30℃；並根據計量比小心控制反應終點，氫氧化鈉的加入量略低於計量比，使ph不大於4.5，晶種製備完成；
s2：將晶種泵入50m3反應釜，升溫至80℃，按化學計量比加入佔反應釜體積70％的硫酸亞鐵和1.2mol/l的氫氧化鈉混合溶液，在反應釜的底部通入空氣；
s3：如此直到反應體系的顏色接近標樣(標樣具有l，a和b值，用cielab單位以飽和色測量，其中l＝78，a＝-8，b＝85)，停止通氣，記錄反應時間，為22h，保溫30-60min，出料；
s4：經漂洗、壓濾、烘乾、粉碎、包裝成成品；
將實施例1、實施例18、對比例4分別做10組平行試驗，記錄得到的產品的lab值，記載在表3中。
表3實施例1、實施例18和對比例4製備得到的產品的lab值匯總表
測試結果分析：由顏色一致性測試結果分析可知，按照實施例1和實施例18的工藝製備的氧化鐵黃的lab值與標樣接近，其標準差均較小，表明按照實施例1和實施例18的工藝製備出來的不同批次的氧化鐵黃的顏色一致性較好，重複性好，有利於對顏色的控制。而採用傳統的空氣氧化法製備得到的氧化鐵黃，其lab值的標準差較大，尤其是a值的標準差高達0.8151，表明數據分散性較大，顏色重複性較差。