一种氧化铁红及其制备方法
阅读说明：本技术 一种氧化铁红及其制备方法 (Iron oxide red and preparation method thereof ) 是由 陈丽娟 牛利 张保华 韩冬雪 于 2021-09-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种氧化铁红及其制备方法。本发明提供的氧化铁红纯度和色度高,氧化铁红的粒径小,色泽鲜红。本发明利用含铁废弃物,并通过液相法和高压均质机进行均质,得到产物氧化铁红,该制备方法成本低,消除工业废弃物,有利于环境治理。本发明公开的氧化铁红制备方法可广泛应用于含铁废弃资源回收领域。(The invention discloses iron oxide red and a preparation method thereof. The iron oxide red provided by the invention has high purity and chroma, small particle size and bright red color. The invention utilizes the waste containing iron and homogenizes the waste by a liquid phase method and a high-pressure homogenizer to obtain the product of the iron oxide red. The preparation method of the iron oxide red disclosed by the invention can be widely applied to the field of iron-containing waste resource recovery.)
技术领域
本发明属于材料领域，具体涉及一种氧化铁红及其制备方法。
背景技术
氧化铁红又称铁氧红或铁红，呈深红色或红色粉末，是目前世界上用量最大的无机染色颜料，其化学式为α-Fe2O3，熔点为1565℃，无毒，不溶于水。目前氧化铁红传统的制备方法有干法工艺和湿法工艺，干法工艺包括绿矾煅烧法、铁黄煅烧法、铁黑煅烧法、硫酸亚铁-纯碱煅烧法，湿法工艺包括硫酸盐法、硝酸盐法、混酸盐法。但是这些方法存在成本高，生产周期长，能耗大，废弃物污染环境等缺点。针对现有的工艺方法存在的问题，进行工艺改进主要包括：催化法，水热法，包核法。改进后的方法具有反应时间短，温度低，产量高的优点。但是对其氧化铁红的粒径大小则是控制的不够精细。
均质机是一种被广泛使用的均质设备，均质机作用力主要有剪切力和压力两种。物质在均质的过程中，会产生流层效应，而分散相的颗粒或者液滴被剪切力和延伸拉碎；由于受到湍流效应影响，颗粒或液滴在压力的波动下产生变形，在较高的压力下使小气泡迅速破裂，释放能力，从而引起局部动荡，在这些力的共同作用下，物料呈现良好的分散。而高压均质机则是利用高速的撞击作用和空穴现象所释放的能量和强烈高频振动，使颗粒破碎，从而达到均质，粉碎的效果，使物质具有更加均匀和更小的粒径。
粉煤灰是一种常见的含铁废弃物，它是燃煤发电行业烟道中的工业废渣，其主要成分包括二氧化硅、氧化铝、氧化铁和氧化钙，每年发电行业产生的粉煤灰因为无法处理而造成巨大的环境污染和经济损失。如果能将含铁废弃物中的铁氧化物进行回收再利用，那么既能解决环境污染问题，也能给企业带来利益创收，因此有必要开发一种利用含铁废弃物进行制备氧化铁红的工艺方法。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的之一在于提供一种氧化铁红；本发明的目的之二在于提供这种氧化铁红的制备方法；本发明的目的之三在于提供这种氧化铁红制备方法的应用。
为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：
本发明第一方面提供一种氧化铁红，所述的氧化铁红具有以下至少一项特征：
铁元素含量为68.0wt％-69.7wt％；
105℃挥发物为0.6wt％-1.0wt％；
平均粒径为0.15μm-0.5μm。
进一步优选的，所述的氧化铁红铁元素含量为68.0wt％-69.7wt％；再进一步优选的，所述的氧化铁红铁元素含量为68.4wt％-69.5wt％；更进一步优选的，所述的氧化铁红铁元素含量为68.7wt％-69.3wt％。
进一步优选的，所述的氧化铁红105℃挥发物为0.6wt％-1.0wt％；再进一步优选的，所述的氧化铁红105℃挥发物为0.7wt％-0.9wt％；更进一步优选的，所述的氧化铁红105℃挥发物为0.8wt％-0.9wt％。
进一步优选的，所述的氧化铁红平均粒径为0.15μm-0.5μm；再进一步优选的，所述的氧化铁红平均粒径为0.15μm-0.4μm；更进一步优选的，所述的氧化铁红平均粒径为0.20μm-0.4μm。
本发明第二方面提供根据本发明第一方面所述的氧化铁红的制备方法，包括如下步骤：
1)将含铁废弃物与酸混合，反应，得到铁源溶液；
2)将铁源溶液进行离子交换，得到提纯后的含铁溶液；
3)将提纯后的含铁溶液与碱混合，反应，得到铁的氢氧化物；
4)将铁的氢氧化物进行加热，得到氧化铁红粗品；
5)将氧化铁红粗品与有机溶剂混合，用均质机进行均质，得到所述的氧化铁红。
优选的，步骤1)所述的含铁废弃物包括铜镍渣、粉煤灰、硫铁矿烧渣、高炉渣、钢渣、煤渣、硫酸渣中的至少一种；进一步优选的，步骤1)所述的含铁废弃物包括铜镍渣、粉煤灰、硫铁矿烧渣、高炉渣、钢渣中的至少一种；再进一步优选的，步骤1)所述的含铁废弃物包括铜镍渣、粉煤灰中的至少一种；更进一步优选的，步骤1)所述的含铁废弃物为粉煤灰。
优选的，步骤1)所述的酸包括盐酸、硫酸和硝酸中的至少一种；进一步优选的，步骤1)所述的酸包括盐酸、硫酸中的至少一种。
优选的，步骤1)所述的反应后还包括将混合溶液静置6h-30h的步骤；进一步优选的，步骤1)所述的反应后还包括将混合溶液静置12h-24h的步骤。
优选的，步骤2)所述的离子交换为采用除铁树脂对铁源溶液进行离子交换。
优选的，步骤3)所述的碱包括氢氧化钠、氢氧化钾中的至少一种。
优选的，步骤4)所述的加热方式包括煅烧、砂浴、硅油浴中的至少一种；进一步优选的，步骤4)所述的加热方式为煅烧。
优选的，步骤4)所述的加热温度为260℃-340℃；进一步优选的，步骤4)所述的加热温度为290℃-310℃。
优选的，步骤5)所述的有机溶剂包括酯类溶剂、烷类溶剂、砜类溶剂、醇类溶剂中的至少一种；进一步优选的，步骤5)所述的有机溶剂包括乙酸乙酯、乙醇、正丁醇、二氯亚砜和庚烷；再进一步优选的，步骤5)所述的有机溶剂为乙酸乙酯。
优选的，步骤5)所述的有机溶剂与氧化铁红粗品质量比为1：(4-15)；进一步优选的，步骤5)所述的有机溶剂与氧化铁红粗品质量比为1：(5-13)；再进一步优选的，步骤5)所述的有机溶剂与氧化铁红粗品质量比为1：(6-11)。
优选的，步骤5)所述均质机进行均质的压力为100bar-1000bar；进一步优选的，步骤5)所述均质机进行均质的压力为400bar-1000bar。
优选的，步骤5)所述均质机进行均质的功率为4kW-7kW；进一步优选的，步骤5)所述均质机进行均质的功率为5kW-6kW。
优选的，步骤5)所述均质机进行均质的处理量为10L/h-40L/h；进一步优选的，步骤5)所述均质机进行均质的处理量为10L/h-30L/h；更进一步优选的，步骤5)所述均质机进行均质的处理量为10L/h-20L/h。
优选的，步骤5)所述的均质步骤均质次数为5-20次；进一步优选的，步骤5)所述的均质步骤均质次数为5-15次；再进一步优选的，步骤5)所述的均质步骤均质次数为5-10次。
优选的，步骤5)所述的混合物料均质后还包括进行烘干的步骤。
优选的，所述的烘干温度为50℃-100℃；进一步优选的，所述的烘干温度为60℃-90℃。
本发明第三方面提供根据本发明第二方面所述氧化铁红的制备方法在含铁废弃资源回收中的应用。
本发明的有益效果是：
本发明提供的氧化铁红纯度和色度高，氧化铁红的粒径小，色泽鲜红。本发明利用含铁废弃物，并通过液相法和高压均质机进行均质，得到产物氧化铁红，该制备方法成本低，消除工业废弃物，有利于环境治理。本发明公开的氧化铁红制备方法可广泛应用于含铁废弃资源回收领域。
具体来说，本发明具有如下优点：
1)本发明利用含铁废弃物，采用液相法和高压均质机制备氧化铁红，本发明公开的制备条件温和，安全无毒，高效快捷；
2)本方法制备得到的纳米级氧化铁红纯度和色度高，晶核细度细，氧化铁红的粒径小，色泽鲜红；
3)本发明利用含铁工业废弃物作为铁源制备氧化铁红，成本低廉，环境友好，采用本方法制备氧化铁红可消耗含铁废弃物，本发明公开的氧化铁红制备方法可广泛应用于含铁废弃资源回收领域。
附图说明
图1为实施例1制备氧化铁红的流程图。
图2为实施例1制备的氧化铁红颗粒直径与体积分数柱形图。
图3为实施例3和对比例1制备的氧化铁红颗粒直径与体积分数柱形图。
具体实施方式
以下结合实例对本发明的具体实施作进一步说明，但本发明的实施和保护不限于此。需指出的是，以下若有未特别详细说明之过程，均是本领域技术人员可参照现有技术实现或理解的。所用试剂或仪器末注明生产厂商者，视为可以通过市售购买得到的常规产品。
除非有特别说明，本申请实施例使用的除铁树脂是大城县瑞友化工有限公司生产的001*7型号的除铁树脂。
实施例1
图1为实施例1制备氧化铁红的流程图。以下根据图1，结合具体的步骤作进一步的说明。
本例氧化铁红的制备方法具体步骤如下：
1)将锅炉燃烧后的50g粉煤灰废弃物回收，在室温下，用50mL pH为2的硫酸溶液对粉煤灰进行溶解，并且静置12h，收集其澄清溶液；
2)将收集得到的澄清溶液采用除铁树脂对其进行离子交换，其中除铁树脂用量为粉煤灰固体物质量的50％，得到含有硫酸铁的溶液。再往硫酸铁溶液中加入氢氧化钠固体，氢氧化钠的加入质量为硫酸铁溶液质量的0.03％。铁离子遇氢氧化钠变为不溶性氢氧化铁析出，形成沉淀相，静置3h后，分离得到沉淀物；
3)将得到的不溶性化合物氢氧化铁在300℃下进行煅烧3h，得到化合物氧化铁红粗品；
4)将氧化铁红粗品加入到有机溶剂乙酸乙酯中进行溶解，乙酸乙酯的质量为混合物质量的10％。将混合溶液加入到高压均质机中，高压均质机均质过程的均质压力为100bar，均质功率为5.5kW，均质处理量为40升/小时，循环5次后，取出混合液体，在60℃下烘干，得到本例终产物氧化铁红。
实施例2
本例氧化铁红的制备方法具体步骤如下：
1)将锅炉燃烧后的80g粉煤灰废弃物回收，在室温下，用150mL pH为2.5的硫酸溶液对其粉煤灰进行溶解，并且静置14h，并收集其澄清溶液；
2)将收集得到的澄清溶液采用除铁树脂对其进行离子交换，其中除铁树脂用量为粉煤灰固体物质量的50％，得到含有氯化铁的溶液。再向氯化铁溶液中加入氢氧化钠，氢氧化钠的加入量为氯化铁溶液质量的0.04％。铁离子遇氢氧化钠变为不溶性氢氧化铁析出，形成沉淀相，静置3.5h后，分离得到沉淀物；
3)将得到的不溶性化合物氢氧化铁在300℃下进行煅烧3h，得到化合物氧化铁红粗品；
4)将氧化铁红粗品加入到有机溶剂乙酸乙酯中进行溶解，乙酸乙酯的量为混合物质量的12％。将混合溶液加入到高压均质机中，高压均质机均质过程的均质压力为300bar，均质功率为5.5kW，均质处理量为35升/小时，循环5次后，取出混合液体，在65℃下烘干，得到本例终产物氧化铁红。
实施例3
本例氧化铁红的制备方法具体步骤如下：
1)将锅炉燃烧后的100g粉煤灰废弃物回收，在室温下，用200mL pH为3的硫酸溶液对其粉煤灰进行溶解，并且静置16h，并收集其澄清溶液；
2)将收集得到的澄清溶液采用除铁树脂对其进行离子交换，其中除铁树脂用量为粉煤灰固体物质量的50％，得到含有硫酸铁的溶液。再向硫酸铁溶液中加入氢氧化钠，氢氧化钠的加入量为硫酸铁溶液质量的0.05％。铁离子遇氢氧化钠变为不溶性氢氧化铁析出，形成沉淀相，静置4h后，分离得到沉淀物；
3)将得到的不溶性化合物氢氧化铁在300℃下进行煅烧3h，得到化合物氧化铁红粗品；
4)将氧化铁红粗品加入到有机溶剂乙酸乙酯中进行溶解，乙酸乙酯的量为混合物质量的13％。将混合溶液加入到高压均质机中，高压均质机均质过程的均质压力为450bar，均质功率为5.5kW，均质处理量为32升/小时，循环6次后，取出混合液体，在70℃下烘干，得到本例终产物氧化铁红。
实施例4
本例氧化铁红的制备方法具体步骤如下：
1)将锅炉燃烧后的60g粉煤灰废弃物回收，在室温下，用100mL pH为3.5的盐酸溶液对其粉煤灰进行溶解，并且静置18h，并收集其澄清溶液；
2)将收集得到的澄清溶液采用除铁树脂对其进行离子交换，其中除铁树脂用量为粉煤灰固体物质量的50％，得到含有氯化铁的溶液。再往氯化铁溶液中加入氢氧化钾，氢氧化钾的加入量为其铁离子溶液质量的0.06％。铁离子遇氢氧化钾变为不溶性氢氧化铁析出，形成沉淀相，静置4.5h后，分离得到沉淀物；
3)将得到的不溶性化合物氢氧化铁在300℃下进行煅烧3h，得到化合物氧化铁红粗品；
4)将氧化铁红粗品加入到有机溶剂乙酸乙酯中进行溶解，乙酸乙酯的量为混合物质量的14％。将混合溶液加入到高压均质机中，高压均质机均质过程的均质压力为700bar，均质功率为5.5kW，均质处理量为15升/小时，循环7次后，取出混合液体，在80℃下烘干，得到本例终产物氧化铁红。
实施例5
本例氧化铁红的制备方法具体步骤如下：
1)将锅炉燃烧后的80g粉煤灰废弃物回收，在室温下，用150mL pH为4的盐酸溶液对其粉煤灰进行溶解，并且静置24h，并收集其澄清溶液；
2)将收集得到的澄清溶液采用除铁树脂对其进行离子交换，其中除铁树脂用量为粉煤灰固体物质量的50％，得到含有氯化铁的溶液。再向氯化铁溶液中加入氢氧化钾，氢氧化钾的加入量为氯化铁溶液质量的0.07％。铁离子遇氢氧化钾变为不溶性氢氧化铁析出，形成沉淀相，静置5h后，分离得到沉淀物；
3)将得到的不溶性化合物氢氧化铁在300℃下进行煅烧3h，得到化合物氧化铁红粗品；
4)将氧化铁红粗品加入到有机溶剂乙酸乙酯中进行溶解，乙酸乙酯的量为混合物质量的15％。将混合溶液加入到高压均质机中，高压均质机均质过程的均质压力为1000bar，均质功率为5.5kW，均质处理量为10升/小时，循环8次后，取出混合液体，在90℃下烘干，得到本例终产物氧化铁红。
对比例1
本例氧化铁红的制备方法具体步骤如下：
1)将锅炉燃烧后的80g粉煤灰废弃物回收，在室温下，用150mL pH为2.5的硫酸溶液对其粉煤灰进行溶解，并且静置14h，并收集其澄清溶液；
2)将收集得到的澄清溶液采用除铁树脂对其进行离子交换，其中除铁树脂用量为粉煤灰固体物质量的50％，得到仅含有硫酸铁的溶液。再往硫酸铁溶液中加入氢氧化钠，氢氧化钠的加入质量为硫酸铁溶液质量的0.03％。铁离子遇氢氧化钠变为不溶性氢氧化铁析出，形成沉淀相，静置3h后，分离得到沉淀物；
3)将得到的不溶性化合物氢氧化铁在300℃下进行煅烧3h，得到本例终产物氧化铁红粗品。
4)将得到的氧化铁红粗品经过高速粉碎机进行粉碎研磨过筛，得到本对比例终产物氧化铁红。
性能测试
将实施例1-5和对比例1制备的氧化铁红进行性能测试，测试结果如表1所示。
表1：实施例1-5和对比例1制备的氧化铁红性能测试结果
注：铁含量的检测遵循标准GB/T 1863-2008；挥发物的检测遵循标准GB/T5211.3-1985；平均粒径的检测遵循标准GB/T 15445.2-2006；质量标准为190#氧化铁红的质量标准。
由表1可见，本申请实施例制备的氧化铁红铁含量均在98.13％-99.05％，高于标准值的96.6％，氧化铁红中的铁元素含量均在68.7％-69.3％。本申请实施例制备的氧化铁红105℃挥发物均在0.80％-0.89％，低于标准值的1.0％。另外，由表1还可以发现，实施例1-5制备的氧化铁红粒径均小于标准值的0.5μm，且随着用高压均质机进行均质的次数由5次逐渐增加到8次，其制备的氧化铁红粒径也逐渐从0.39μm减小到0.20μm，可见随着高压均质机进行均质的次数增加，制备的氧化铁红粒径也逐渐减小。相对的，对比例1仅通过常规的高速粉碎机进行粉碎研磨过筛，其制备的氧化铁红粒径为0.58μm，大于标准值的0.5μm，说明高压均质机能有效减小氧化铁红的粒径。本申请实施例制备的氧化铁外观均为红棕色且无团聚，满足氧化铁红的质量标准。
图2为实施例2制备的氧化铁红颗粒直径与体积分数柱形图。由图2可以看出，实施例2制备的氧化铁红颗粒平均粒径为0.30μm，且粒径集中在0.28μm-0.34μm范围内。可见，经过高压均质机进行均质的氧化铁红颗粒具有较窄的粒径分布范围。
图3为实施例3和对比例1制备的氧化铁红颗粒直径与体积分数柱形图。由图3可以看出，实施例3制备的氧化铁红颗粒平均粒径为0.25μm，粒径分布在0.18μm-0.36μm范围内。对比例1制备的氧化铁红颗粒平均粒径为0.58μm，粒径分布在0.45μm-0.71μm范围内。由实施例3和对比例1的粒径对比可以看出，经过高压均质机进行均质的氧化铁红具有更小的颗粒直径。
根据以上的分析可见，采用本方法制备得到的纳米级氧化铁红纯度和色度更高，晶核细度更细，氧化铁红的粒径更小，色泽也更加鲜红，本方法可广泛应用于制备氧化铁红领域。
上述实例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种提纯硫酸亚铁和制备磷酸铁的方法