用钛白粉副产硫酸亚铁生产高纯氧化铁红的方法
阅读说明：本技术 用钛白粉副产硫酸亚铁生产高纯氧化铁红的方法 (Method for producing high-purity iron oxide red by using byproduct ferrous sulfate of titanium dioxide ) 是由 邱斌 于 2021-07-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用钛白粉副产硫酸亚铁生产高纯氧化铁红的方法,包括以下步骤：S1、七水硫酸亚铁的提纯精制；S2、碳酸氢铵溶液的制备；S3、中和沉降；S4、煅烧；S5过筛、拼混、包装；本方法为化学沉降法,采取较为低廉、简洁、安全的方法消耗钛白粉副产品硫酸亚铁,从而获取市场上较为紧张的磁性高纯氧化铁红。按照本发明得到的氧化铁红纯度可以达到99.5％以上。本方法每产生一吨氧化铁红将消耗4吨多七水硫酸亚铁,所产生的三废也将通过合理化、科学化处理达到很小的排放。(The invention discloses a method for producing high-purity iron oxide red by using ferrous sulfate as a byproduct of titanium dioxide, which comprises the following steps: s1, purifying and refining ferrous sulfate heptahydrate; s2, preparing an ammonium bicarbonate solution; s3, neutralizing and settling; s4, calcining; s5 sieving, mixing, and packaging; the method is a chemical sedimentation method, and a cheap, simple and safe method is adopted to consume the ferrous sulfate as a byproduct of the titanium dioxide, so that the magnetic high-purity iron oxide red which is tense in the market is obtained. The purity of the iron oxide red obtained by the method can reach more than 99.5 percent. In the method, 4 tons of more than heptahydrate ferrous sulfate is consumed for each ton of iron oxide red, and the generated three wastes are reasonably and scientifically treated to achieve very small discharge.)
技术领域
本发明涉及使用钛白粉副产品七水硫酸亚铁制备高纯氧化铁红工艺，属于在铁氧体磁性材料行业中的基础重要化工原料。
背景技术
硫酸法生产钛白粉所产生的副产品七水硫酸亚铁的铁附加值较低，长期堆放，也将造成表面氧化，沉淀的废水也会对环境造成污染。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术中钛白粉副产硫酸亚铁利用率低的缺陷，提供一种用钛白粉副产硫酸亚铁生产高纯氧化铁红的方法。
一种用钛白粉副产硫酸亚铁生产高纯氧化铁红的方法，包括以下步骤：
S1、七水硫酸亚铁的提纯精制
先加入去离子纯水或母液开启搅拌再加入硫酸亚铁并逐步升温溶解，升温至60-65℃(夏-冬)纯水与亚铁加入比例为3：2。当硫酸亚铁完全溶解后，此时，检测硫酸亚铁；
溶液浓度按42Be°±2°即1.39-1.43ɡ/cm3控制，浓度可通过加入纯水或者硫酸亚铁调节。然后，往硫酸亚铁溶液逐步、少量加入碳酸氢铵，加入碳铵时温度不应超过65℃，当硫酸亚铁溶液PH值控制在4.8-5.2之间停止搅拌。再继续升温，温度控制在80-85℃(夏-冬)。此时往硫酸亚铁溶液加入调配好的千分之五的阳离子乳液，直至亚铁溶液出现絮凝状态(可使用小烧杯观察)。
注：①去离子纯水的制备，电导率10-20us；②阳离子聚丙烯酰胺乳液按照千分之五的调配；③碳酸氢铵中N含量大于17％；
将加入聚丙烯酰胺的亚铁溶液静置时间不少于12小时，将完全沉降好的亚铁溶液通过真空抽滤或者压滤形式(滤层用一层毛呢两层快速滤纸和一层涤纶布组成)，得到澄清的硫酸亚铁溶液，此时，通过加入纯水稀释，将亚铁溶液浓度调整至27-29Be°或1.23-1.25ɡ/cm3；整个过程温度保持35-40℃；最好，通过往硫酸亚铁溶液加入分析纯硫酸进行酸化处理，将亚铁溶液的PH值调配至2-3，防止硫酸亚铁溶液的再次结晶以及产生氧化现象。
注：此环节抽滤或者压滤所得到的滤饼为硫酸亚铁中的杂质，为一般固废，通过后续煅烧窑炉余温进行脱水干燥处理，倒入一般固废填埋场处理。
S2、碳酸氢铵溶液的制备
将去离子纯水和碳酸氢铵以4：1的比例倒入溶解锅，通过蒸汽或者电加温形式开始升温，温度控制30-35℃，开动搅拌，使碳酸氢铵完全溶解。此时，碳酸氢铵溶液密度为1.07-1.08ɡ/cm3，再将溶解好的碳酸氢铵溶液进行真空抽滤(滤层由两层涤纶布加中间一层快速滤纸组成)。除去不溶性杂质，得到清澈透明的碳酸氢铵溶液备用。
S3、中和沉降
开动中和反应桶里面的搅拌，控制其搅拌速度为45-55转/分钟，先将碳酸氢铵溶液倒入中和桶，然后，以硫酸亚铁溶液和碳酸氢铵溶液1：0.6的配比缓慢加入硫酸亚铁溶液，此处1∶0.6应是指FeSO4·7H2O与NH4HCO3的重量比。整个中和沉淀反应过程中要严格控制加入硫酸亚铁溶液流速(这个环节将决定氧化铁红的粒子粗细)，最佳时间为15-16分钟。中和完成后继续搅拌30分钟，整个中和过程温度控制在40-45℃然后，放入抽滤槽中(滤层由一层毛呢、两层快速滤纸以及一层涤纶布组成)。抽干得到碳酸亚铁滤饼，最后，用热的去离子纯水对碳酸亚铁滤饼进行洗涤，直至无硫酸根离子为止(可取底部沉淀3-5克，加纯水20-30毫升，搅拌1-2分钟，取滤液2毫升于试管中，用氯化钡检查，无明显浑浊为合格)，再次抽干得到洗涤后干净的碳酸亚铁滤饼。
注：此环节两次抽滤产生的废水含有硫酸铵，采用多效蒸发浓缩装置，将水进行循环使用，浓缩后的硫酸铵进行干燥处理，该副产品可销往复合肥生产企业作为化肥基础原料。基本做到无废水或者少量废水排放。
S4、煅烧
将洗涤干净的碳酸亚铁滤饼送入预烧窑炉，窑炉温度为180-200℃，对碳酸亚铁进行脱水烘干，然后，将脱水后的碳酸亚铁送入回转窑炉，此时，回转窑炉温度按照600-700-800-870℃线性温控设定好，整个煅烧时长为2小时。在整个烧制过程中，由于跟氧气充分反应，碳酸亚铁已经完全转化为三氧化二铁，此时，将煅烧好的物料输送入冷却窑炉，直至降至常温。
注：煅烧窑炉尾气排放将安装催化剂装置，对窑炉煅烧过程中的尾气进行脱硫、脱氮氧化物处理。
S5过筛、拼混、包装
将冷却窑炉出来的物料进行简单碾压，然后用80目筛网过筛，将过筛后的物料送入拼混罐中，每10吨拼混一次，作为一个批次，拼混时间不少于30分钟，最后，按照市场需求包装。
本发明所达到的有益效果是：本方法为化学沉降法，采取较为低廉、简洁、安全的方法消耗钛白粉副产品硫酸亚铁，从而获取市场上较为紧张的磁性高纯氧化铁红。按照本发明得到的氧化铁红纯度可以达到99.5％以上。本方法每产生一吨氧化铁红将消耗4吨多七水硫酸亚铁，所产生的三废也将通过合理化、科学化处理达到很小的排放。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种用钛白粉副产硫酸亚铁生产高纯氧化铁红的方法，包括以下步骤：
S1、七水硫酸亚铁的提纯精制
①先加入去离子纯水1800升，开启搅拌(搅拌速度为45-55转/分钟)和蒸汽升温。再逐步往溶解锅中加入1200公斤七水硫酸亚铁溶解，升温至60-65℃停止蒸汽。当硫酸亚铁完全溶解后，此时，检测硫酸亚铁溶液浓度按42Be°即1.43ɡ/cm3控制，(浓度可通过加入纯水或者硫酸亚铁调节)。然后，往硫酸亚铁溶液逐步、缓慢加入60公斤碳酸氢铵，加入碳铵时温度不应超过65℃，当硫酸亚铁溶液PH值控制在4.8-5.2之间停止搅拌。再继续开启蒸汽升温，当温度达到80-85℃(夏-冬)，停止蒸汽。此时，往硫酸亚铁溶液加入100升调配好的千分之五的阳离子乳液，直至亚铁溶液出现絮凝状态(可使用小烧杯观察)。
②将加入阳离子乳液的亚铁溶液静置时间不少于12小时，将完全沉降好的亚铁溶液放入抽滤槽通过真空抽滤(滤层用一层毛呢两层快速滤纸和一层涤纶布组成)，得到澄清的硫酸亚铁溶液，此时，通过加入纯水稀释，使亚铁溶液浓度调整至29Be°或1.25ɡ/cm3；整个过程温度保持35℃；然后，通过往硫酸亚铁溶液加入分析纯硫酸进行酸化处理，调配PH值至2-3，防止硫酸亚铁溶液的再次结晶以及产生氧化现象。
S2、碳酸氢铵溶液的制备
将去离子纯水2800升泵入溶解锅，开动搅拌(搅拌速度为45-55转/分钟)，加入700公斤碳酸氢铵并打开蒸汽开始升温，温度达到30-35℃，停止蒸汽，当碳酸氢铵充分溶解后。此时，检测碳酸氢铵溶液密度为1.08ɡ/cm3，再将溶解好的碳酸氢铵溶液泵入抽滤槽进行真空抽滤(滤层由两层涤纶布加中间一层快速滤纸组成)。除去不溶性杂质，得到清澈透明的碳酸氢铵溶液备用。
S3、中和沉降
开动中和反应桶里面的搅拌，控制其搅拌速度为45-55转/分钟，先将碳酸氢铵溶液泵入中和桶，然后，将硫酸亚铁溶液加入硫酸亚铁溶液，整个中和沉淀反应过程中要严格控制加入硫酸亚铁溶液流速(这个环节将决定氧化铁红的粒子粗细)，时间为16分钟(通过流量计控制)。中和完成后继续搅拌30分钟，整个中和过程需打开蒸汽使温度控制在40-45℃，然后，泵入抽滤槽中(滤层由一层毛呢、两层快速滤纸以及一层涤纶布组成)进行真空抽滤。抽干得到碳酸亚铁滤饼，最后，用45℃热的去离子纯水对碳酸亚铁滤饼进行洗涤，直至无硫酸根离子为止(可取底部沉淀3-5克，加纯水20-30毫升，搅拌1-2分钟，取滤液2毫升于试管中，用氯化钡检查，无明显浑浊为合格)，再次抽干得到洗涤后干净的碳酸亚铁滤饼。
S4、煅烧
将洗涤干净的碳酸亚铁滤饼送入预烧窑炉，窑炉温度为180-200℃，对碳酸亚铁进行脱水烘干，然后，将脱水后的碳酸亚铁送入回转窑炉，此时，回转窑炉温度按照600-700-800-870℃线性温控设定好，整个煅烧时长为2小时。在整个烧制过程中，由于跟氧气充分反应，碳酸亚铁已经完全转化为三氧化二铁，此时，将煅烧好的物料输送入冷却窑炉，直至降至常温。
S5过筛、拼混、包装
将冷却窑炉出来的物料进行简单机械碾压，然后用80目筛网过筛，将过筛后的物料送入拼混罐中，拼混时间30分钟，最后，称重得到285公斤三氧化二铁。
检测数值为：三氧化二铁含量99.6％、二氧化硅32PPM、BET3.45实施例2
一种用钛白粉副产硫酸亚铁生产高纯氧化铁红的方法，包括以下步骤：
本实施例与对比文件1的区别为
S1、七水硫酸亚铁的提纯精制时
①先加入去离子纯水1800升，开启搅拌(搅拌速度为45-55转/分钟)和蒸汽升温。再逐步往溶解锅中加入1200公斤七水硫酸亚铁溶解，升温至60℃停止蒸汽。当硫酸亚铁完全溶解后，此时，检测硫酸亚铁溶液浓度按42Be°即1.43ɡ/cm3控制，(浓度可通过加入纯水或者硫酸亚铁调节)。然后，往硫酸亚铁溶液逐步、缓慢加入60公斤碳酸氢铵，加入碳铵时温度不应超过65℃，当硫酸亚铁溶液pH值在2-3之间停止搅拌。再继续开启蒸汽升温，当温度达到80-85℃(夏-冬)，停止蒸汽。此时，往硫酸亚铁溶液加入150升调配好的千分之五的阳离子乳液，直至亚铁溶液出现絮凝状态。
②将加入阳离子乳液的亚铁溶液静置时间15小时，将完全沉降好的亚铁溶液放入抽滤槽通过真空抽滤，得到澄清的硫酸亚铁溶液，此时，通过加入纯水稀释，使亚铁溶液浓度调整至29Be°或1.25ɡ/cm3；整个过程温度保持35-40℃；
S3、中和沉降
整个中和沉淀反应过程中要严格控制加入硫酸亚铁溶液流速(这个环节将决定氧化铁红的粒子粗细)，时间为15分钟(通过流量计控制)。
称重得到271公斤三氧化二铁。检测数值为：三氧化二铁含量99.4％、二氧化硅48PPM、BET3.31。
实施例3
一种用钛白粉副产硫酸亚铁生产高纯氧化铁红的方法，包括以下步骤：
本实施例与对比文件1的区别为
S3、中和沉降
整个中和沉淀反应过程中要严格控制加入硫酸亚铁溶液流速(这个环节将决定氧化铁红的粒子粗细)，时间为20分钟(通过流量计控制)。
称重得到279公斤三氧化二铁。
检测数值为：三氧化二铁含量99.5％、二氧化硅35PPM、BET2.15实施例4
一种用钛白粉副产硫酸亚铁生产高纯氧化铁红的方法，本实施例与实施例1的区别为
S1、七水硫酸亚铁的提纯精制时先加入去离子纯水1800升，开启搅拌(搅拌速度为45-55转/分钟)和蒸汽升温。再逐步往溶解锅中加入1200公斤七水硫酸亚铁溶解，升温至60℃停止蒸汽；
往硫酸亚铁溶液逐步、缓慢加入60公斤碳酸氢铵，当硫酸亚铁溶液pH值在2-3之间停止搅拌。再继续开启蒸汽升温，当温度达到80-85℃(夏-冬)，停止蒸汽。此时，往硫酸亚铁溶液加入150升调配好的千分之五的阳离子乳液，直至亚铁溶液出现絮凝状态(可使用小烧杯观察)。
S2、将加入阳离子乳液的亚铁溶液静置时间15小时，将完全沉降好的亚铁溶液放入抽滤槽通过真空抽滤(滤层用一层毛呢两层快速滤纸和一层涤纶布组成)，得到澄清的硫酸亚铁溶液，此时，通过加入纯水稀释，使亚铁溶液浓度调整至29Be°或1.25ɡ/cm3；整个过程温度保持35-40℃；
S3、中和沉降整个中和沉淀反应过程中要严格控制加入硫酸亚铁溶液流速(这个环节将决定氧化铁红的粒子粗细)，时间为15分钟(通过流量计控制)。
称重得到271公斤三氧化二铁。
检测数值为：三氧化二铁含量99.4％、二氧化硅48PPM、BET3.31。
实施例5
一种用钛白粉副产硫酸亚铁生产高纯氧化铁红的方法，本实施例与实施例1的区别为
S3、中和沉降
开动中和反应桶里面的搅拌，控制其搅拌速度为45-55转/分钟，先将碳酸氢铵溶液泵入中和桶，然后，将硫酸亚铁溶液加入硫酸亚铁溶液，整个中和沉淀反应过程中要严格控制加入硫酸亚铁溶液流速(这个环节将决定氧化铁红的粒子粗细)，时间为20分钟(通过流量计控制)。整个中和过程需打开蒸汽使温度控制在40-45℃，然后，泵入抽滤槽中(滤层由一层毛呢、两层快速滤纸以及一层涤纶布组成)进行真空抽滤。抽干得到碳酸亚铁滤饼，最后，用45℃热的去离子纯水对碳酸亚铁滤饼进行洗涤，直至无硫酸根离子为止，再次抽干得到洗涤后干净的碳酸亚铁滤饼。
S4、煅烧
回转窑炉温度按照700-800-900-950℃线性温控设定好，整个煅烧时长为2小时。
S5过筛、拼混、检测
称重得到277公斤三氧化二铁。
检测数值为：三氧化二铁含量99.7％、二氧化硅33PPM、BET1.27。
实施例6
一种用钛白粉副产硫酸亚铁生产高纯氧化铁红的方法，本实施例与实施例1的区别为
S3、中和沉降时
开动中和反应桶里面的搅拌，控制其搅拌速度为45-55转/分钟，先将碳酸氢铵溶液泵入中和桶，然后，将硫酸亚铁溶液加入硫酸亚铁溶液，整个中和沉淀反应过程中要严格控制加入硫酸亚铁溶液流速(这个环节将决定氧化铁红的粒子粗细)，时间为10分钟(通过流量计控制)。
称重得到268公斤三氧化二铁。检测数值为：三氧化二铁含量99.6％、二氧化硅41PPM、BET4.79
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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