專利名稱：一種片狀氧化鐵的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以六水合三氯化鐵為原料、將濕法結(jié)晶與熔鹽煅燒相結(jié)合制備高 徑厚比的片狀氧化鐵的方法，系無機(jī)粉體材料制備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
片狀氧化鐵具有獨特的鱗片結(jié)構(gòu)，主要成分為α -Fe2O3，為赤鐵礦型Fe2O3的一種， 在防腐蝕涂料、珠光顏料以及化妝品等領(lǐng)域有著廣泛用途。由于其片狀結(jié)構(gòu)類似云母，故又 稱云母氧化鐵。目前世界上應(yīng)用廣泛的是天然云母氧化鐵，它是以天然云母氧化鐵礦為原 料，經(jīng)破碎、選礦、粉碎等工序而制得，其產(chǎn)品雜質(zhì)含量高，沒有規(guī)整的外形，表面粗糙，很難 滿足高檔精細(xì)顏料的要求。而人工合成片狀氧化鐵與天然品相比，具有純度高、結(jié)晶好、粒 徑可控、片狀化程度高、徑厚比大等優(yōu)點，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。專利US5500043通過 在片狀氧化鐵基體上包覆如二氧化鈦或二氧化鋯之類高折射率的金屬氧化物，可制得更加 多彩的云母氧化鐵珠光顏料，裝飾效果好，可用于高檔面漆或化妝品。而片狀氧化鐵在用于 珠光顏料基片或化妝品時，對其片狀結(jié)構(gòu)是有特殊要求的，主要對其粒徑、厚度或徑厚比提 出較高的要求，徑厚比越大，其片狀化程度越高。專利ΕΡ0191292Α2提出了用于化妝品時氧 化鐵的平均粒徑應(yīng)為10 60 μ m，片的理想平均厚度為0. 2 1 μ m。目前，人工合成片狀氧化鐵的方法主要有水熱法、高溫熔鹽法和氣相法三種。專利 US3987156、GBA1333788、EP0416648、CN1944274A采用水熱法以鈦白工業(yè)副產(chǎn)品硫酸亞鐵為 原料，先用氧化劑直接或間接氧化使之變?yōu)槿齼r鐵鹽，然后在高壓釜中與堿反應(yīng)得到片狀 氧化鐵。此法對反應(yīng)設(shè)備耐壓、耐酸堿性要求較高，不利于工業(yè)化生產(chǎn)。專利US3864463采 用氣相法將含氧氣體與FeCl3蒸汽在400°C 750°C的球狀粒子固定床上反應(yīng)，得到了粒徑 為2 100 μ m的片狀氧化鐵。此法制備過程中氧化鐵易團(tuán)聚于反應(yīng)器壁上，不易剝離，反 應(yīng)器需定期維護(hù)，操作效率較低，且產(chǎn)品粒徑分布范圍較寬。專利EP0307486 A2采用高溫 熔鹽法以鐵屑或廢鐵皮為原料，用氯氣氯化成氯化鐵或直接用綠礬為原料，然后與堿金屬 的氯化物混合，高溫熔融狀態(tài)用氧氣氧化，得到純度較高的六方片狀結(jié)構(gòu)的云母氧化鐵。所 制備氧化鐵厚1 5 μ m，直徑30 50 μ m，產(chǎn)品徑厚比以及片狀化程度調(diào)控不是十分理想。 專利US4676838在水熱法過程中加入添加劑活性氧化鐵晶種，制得的產(chǎn)品粒徑較小(0. 5 20 μ m)，徑厚比為20 100，晶體形貌優(yōu)于未加入添加劑的產(chǎn)品?？梢?，加入特定添加劑可 起到晶型向?qū)У淖饔茫瑢μ岣弋a(chǎn)品片狀化程度較為有利。但是熔鹽法制備片狀氧化鐵工藝 過程添加劑的使用則鮮有報道。另外，原料與熔鹽的混合效果對產(chǎn)品性能也有較大影響， 而目前熔鹽法均是采用傳統(tǒng)的干法研磨混合，這在一定程度上制約了產(chǎn)品性能的進(jìn)一步提 尚ο

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對上述已有技術(shù)存在的不足，提出一種工藝簡單、操作容易、產(chǎn) 品質(zhì)量穩(wěn)定的片狀氧化鐵制備方法，該方法用濕法結(jié)晶代替?zhèn)鹘y(tǒng)干法混合，并在復(fù)合熔鹽
3煅燒過程中引入添加劑氧化鋁或氧化鋅作為晶型向?qū)?，其生產(chǎn)的片狀氧化鐵產(chǎn)品形貌規(guī) 整、片狀化程度高、在水中具有良好的分散性。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案包括如下步驟和工藝條件(1)將六水合三氯化鐵與復(fù)合熔鹽以及添加劑于室溫下混合研磨5 10分鐘， 復(fù)合熔鹽用量為六水合三氯化鐵重量的1. 5 3. 5倍，添加劑加入量為六水合三氯化鐵重 量的2 4%，然后在50°C 80°C溫度下將研磨的固體混合物完全溶解于濃度為0. 1 0. 5mol/L的稀硫酸中得前驅(qū)體溶液，前驅(qū)體溶液中六水合三氯化鐵的濃度為0. 01 0.05g/ml ；(2)前驅(qū)體溶液干燥得前驅(qū)體；研磨后煅燒，冷卻后得片狀氧化鐵粗粉；(3)將氧化鐵粗粉加入到蒸餾水中配成懸浮液，攪拌過濾，蒸餾水洗滌；濾餅經(jīng)干 燥所得粉體，即為片狀氧化鐵。步驟(1)中所述的復(fù)合熔鹽為硫酸鈉和硫酸鉀的混合物，其中硫酸鈉與硫酸鉀的 重量比為2 1 5 1，其作用主要是提供高溫熔融液態(tài)環(huán)境。所述的添加劑為硫酸鋁或 硫酸鋅；其作用主要是高溫煅燒生成氧化鋁或氧化鋅，從而以離子摻雜形式存在于氧化鐵 體系中，起到片狀晶型向?qū)У淖饔?。。所述的步驟(2)中將前驅(qū)體溶液干燥至無水，干燥溫度為100°C 150°C，干燥時 間為24 36小時；煅燒是在900°C 1200°C的溫度下煅燒2 6小時，升溫速率為5 IO0C /min。所述的步驟(3)的具體條件如下將氧化鐵粗粉加入到蒸餾水中配成1 10%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的懸浮液，置于50°C 80°C 水浴中機(jī)械攪拌1 2小時，以使熔鹽充分溶解，過濾后于室溫下用蒸餾水洗滌1 5次； 最后將濾餅經(jīng)80 10(TC干燥2 10小時所得粉體，即為片狀氧化鐵。本發(fā)明的方法通過采用濕法結(jié)晶代替?zhèn)鹘y(tǒng)干法混合，極大改善了原料鐵鹽與復(fù)合 熔鹽以及添加劑的混合效果，避免了采用傳統(tǒng)干法研磨混合不均的問題，提高了煅燒過程 中鐵鹽在液態(tài)熔鹽中的分散性，對片狀晶型的生長極為有利，從而保證了片狀氧化鐵產(chǎn)品 規(guī)整的形貌與良好的分散性能。煅燒過程由于加入了添加劑氧化鋁或氧化鋅作晶型向?qū)?劑，不僅在一定程度上減少了熔鹽的用量，而且可以較好地控制片的厚度，對徑厚比進(jìn)行有 效調(diào)控。因此，所制備出來的片狀氧化鐵粉體形貌規(guī)整，片狀化程度高，徑厚比大，顆粒分散 性良好，在水中流線時間持續(xù)長。本發(fā)明的片狀氧化鐵產(chǎn)品可以直接作為顏料使用，也可作為基體進(jìn)行珠光顏料的 制備，在高檔面漆、防腐功能涂料、珠光顏料等涂料領(lǐng)域具有較好的使用性能，尤其適用于 化妝品，特別是應(yīng)用于水性涂料時，具有較好的分散性能。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點1、將原料與熔鹽以及添加劑共同溶解于稀硫酸中配成前驅(qū)體溶液，然后干燥結(jié)晶 制備前驅(qū)體，即用濕法結(jié)晶代替?zhèn)鹘y(tǒng)的干法研磨，使原料與熔鹽以及添加劑實現(xiàn)原子尺度 的混合，改善了混合效果。2、添加劑的使用，在前驅(qū)體制備階段加入添加劑，對氧化鐵起到晶型向?qū)У淖饔茫?br> 產(chǎn)品片狀化程度提高。


圖1為硫酸鋁作添加劑時片狀氧化鐵粉體的法向(a)與徑向(b)形態(tài)。圖2為硫酸鋅作添加劑時片狀氧化鐵粉體的形貌。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。實施例1 將IOg六水合三氯化鐵、15g硫酸鈉、5g硫酸鉀以及0. 3g硫酸鋁于研缽中室溫下 混合研磨10分鐘，轉(zhuǎn)移至燒杯中，加入500ml濃度為0. 2mol/L的稀硫酸，置于60°C水浴中 攪拌30分鐘充分溶解，然后將溶液放入烘箱在110°C干燥24小時，取出后研磨5分鐘，裝 入剛玉坩堝，放入馬弗爐在1100°c煅燒4小時，自然冷卻后取出樣品轉(zhuǎn)移至燒杯中，加入 500ml蒸餾水配成懸浮液，于60°C水浴中攪拌2小時，過濾，蒸餾水洗滌3次，將濾餅放入鼓 風(fēng)干燥箱在90°C干燥3小時，取出研磨得到片狀氧化鐵產(chǎn)品，其掃描電子顯微鏡圖見圖1。實施例2 將IOg六水合三氯化鐵、15g硫酸鈉、5g硫酸鉀以及0. 3g硫酸鋅于研缽中室溫下 混合研磨10分鐘，轉(zhuǎn)移至燒杯中，加入500ml濃度為0. 2mol/L的稀硫酸，置于60°C水浴中 攪拌30分鐘充分溶解，然后將溶液放入烘箱在110°C干燥24小時，取出后研磨5分鐘，裝 入剛玉坩堝，放入馬弗爐在1100°c煅燒4小時，自然冷卻后取出樣品轉(zhuǎn)移至燒杯中，加入 500ml蒸餾水配成懸浮液，于60°C水浴中攪拌2小時，過濾，蒸餾水洗滌3次，將濾餅放入鼓 風(fēng)干燥箱在90°C干燥3小時，取出研磨得到片狀氧化鐵產(chǎn)品，其掃描電子顯微鏡圖見圖2。經(jīng)過掃描電子顯微鏡檢測，本發(fā)明產(chǎn)品片狀氧化鐵的平均粒徑為20 60μπκ厚 度均勻分布在0. 4 μ m左右、徑厚比大于50。獲得的片狀氧化鐵為鮮紅色或紫紅色，光澤度良好，在水溶劑中能良好分散，攪拌 后可以觀察到明顯的流線，流線時間可持續(xù)60 70秒，可以較好地應(yīng)用于水性涂料。產(chǎn)品檢測一、粒徑、厚度及形貌分析采用Nova Nano SEM230場發(fā)射掃描電鏡(FEI)觀察氧 化鐵產(chǎn)品形貌，對其粒徑和厚度進(jìn)行測量，放大倍數(shù)在500 2萬倍之間。二、水中分散性能(流線時間)測定稱量Ig氧化鐵產(chǎn)品加入到IOOml水中，攪拌 分散后，觀察流線現(xiàn)象，對流線持續(xù)時間進(jìn)行測定。
權(quán)利要求
一種片狀氧化鐵的制備方法，其特征在于，包括如下步驟(1)將六水合三氯化鐵與復(fù)合熔鹽以及添加劑于室溫下混合研磨5～10分鐘，復(fù)合熔鹽用量為六水合三氯化鐵重量的1.5～3.5倍，添加劑加入量為六水合三氯化鐵重量的2～4％，然后在50℃～80℃溫度下將研磨的固體混合物溶解于濃度為0.1～0.5mol/L的稀硫酸中得前驅(qū)體溶液，前驅(qū)體溶液中六水合三氯化鐵的濃度為0.01～0.05g/ml；(2)前驅(qū)體溶液干燥得前驅(qū)體；研磨后煅燒，冷卻后得片狀氧化鐵粗粉；(3)將氧化鐵粗粉加入到蒸餾水中配成懸浮液，攪拌過濾，蒸餾水洗滌；濾餅經(jīng)干燥所得粉體，即為片狀氧化鐵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種片狀氧化鐵的制備方法，其特征在于步驟(1)中所述 的復(fù)合熔鹽為硫酸鈉和硫酸鉀的混合物，其中硫酸鈉與硫酸鉀的重量比為2 1 5 1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種片狀氧化鐵的制備方法，其特征在于步驟(1)中 所述的添加劑為硫酸鋁或硫酸鋅。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種片狀氧化鐵的制備方法，其特征在于所述的步驟(2) 中將前驅(qū)體溶液干燥至無水。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的一種片狀氧化鐵的制備方法，其特征在于干燥溫度為 100°C 150°c，干燥時間為24 36小時。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種片狀氧化鐵的制備方法，其特征在于所述的步驟(2) 中煅燒是在900°C 1200°C的溫度下煅燒2 6小時。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的一種片狀氧化鐵的制備方法，其特征在于煅燒時升溫 速率為5 10°C /min。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種片狀氧化鐵的制備方法，其特征在于所述的步驟(3) 中將氧化鐵粗粉加入到蒸餾水中配成1 10%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的懸浮液。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或8所述的一種片狀氧化鐵的制備方法，其特征在于將懸浮液置 于50°C 80°C水浴中機(jī)械攪拌1 2小時，以使熔鹽充分溶解，過濾后濾餅于室溫下用蒸 餾水洗滌1 5次。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種片狀氧化鐵的制備方法，其特征在于將濾餅經(jīng)80 100°C干燥2 10小時所得粉體，即為片狀氧化鐵。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種片狀氧化鐵的制備方法，包括以下步驟將六水合三氯化鐵、復(fù)合熔鹽以及添加劑共同溶解在稀硫酸中配制前驅(qū)體溶液；然后在100℃～150℃條件下干燥24～36小時至無水，研磨得到前驅(qū)體粉末后，在900℃～1200℃溫度下煅燒2～6小時；最后經(jīng)水浴攪拌、洗滌、過濾、干燥得片狀氧化鐵產(chǎn)品。本發(fā)明采用濕法結(jié)晶代替?zhèn)鹘y(tǒng)的干法混合制備前驅(qū)體，有效解決了產(chǎn)品團(tuán)聚問題，并引入添加劑氧化鋁或氧化鋅起到晶型向?qū)У淖饔?，其產(chǎn)品為六角形片狀，表面平坦光滑，顆粒分散性能良好，平均粒徑為20～60μm，厚度均勻分布在0.4μm左右，徑厚比為50～150。制備出的片狀氧化鐵產(chǎn)品，可作為一種無機(jī)防銹材料廣泛應(yīng)用于防腐功能涂料、高檔珠光顏料及化妝品。
文檔編號C01G49/06GK101913657SQ20101025644
公開日2010年12月15日 申請日期2010年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月18日
發(fā)明者劉輝, 葉紅齊, 李友鳳, 韓凱 申請人:中南大學(xué)