一種氧化鐵黑的制備工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種氧化鐵黑的制備工藝，屬于顏料制備領(lǐng)域。包括如下步驟：（1）將可溶性亞鐵鹽溶于水中，得到可溶性亞鐵鹽溶液；（2）向所述步驟（1）中的可溶性亞鐵鹽溶液中加入可溶性堿溶液，在溫度為20～50℃條件下反應(yīng)；（3）將所述步驟（2）經(jīng)反應(yīng)后的溶液升溫至80～90℃；（4）向所述步驟（3）中經(jīng)升溫后的溶液中加入無定形羥基氧化鐵反應(yīng)，反應(yīng)過程中控制溶液pH值為9～11；（5）反應(yīng)完成后，過濾、干燥，制備得到氧化鐵黑顏料。通過本發(fā)明所述方法制備得到的氧化鐵黑具有晶體結(jié)構(gòu)單一且粒徑小、純度高、著色能力強(qiáng)的優(yōu)點。
【專利說明】—種氧化鐵黑的制備工藝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種氧化鐵黑的制備工藝，屬于顏料制備領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]氧化鐵黑簡稱鐵黑，分子式為Fe304，或Fe203 ?FeO，化學(xué)名稱為四氧化三鐵。氧化鐵黑具有飽和的藍(lán)墨光黑色，遮蓋力和著色力均很高，廣泛應(yīng)用于建材、水泥、油墨、印刷、塑料等著色領(lǐng)域。近年來，我國氧化鐵黑的需求量不斷增加，年增長率高達(dá)107%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于整個氧化鐵顏料36.6%的增長率，是僅次于鐵紅和鐵黃的鐵系顏料。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)公開了很多關(guān)于氧化鐵黑的制備方法。諸如，中國專利文獻(xiàn)CN1709985A就公開了一種制備氧化鐵黑的方法，具體包括如下步驟:(I)制得亞鐵鹽水溶液；(2)用燒堿作中和劑與亞鐵鹽水溶液反應(yīng)生成氫氧化亞鐵；(3)用含氧氣體作氧化劑，與上述氫氧化亞鐵氧化反應(yīng)生成鐵黑；(4)將生成的鐵黑進(jìn)行過篩、壓濾、漂洗、烘干、粉碎即得氧化鐵黑顏料。
[0004]上述技術(shù)中，在用含氧氣體氧化氫氧化亞鐵制備鐵黑的過程中，隨著鐵黑的生成量增加，溶液的粘度變稠，而溶液粘度變稠后易導(dǎo)致氧氣與氫氧化亞鐵的接觸受阻，進(jìn)而導(dǎo)致氫氧化亞鐵的氧化速率降低，從而使得氧化時間過長，而氧化時間長，會導(dǎo)致氧化鐵黑粒子的粒徑大，而粒徑大則會使氧化鐵黑的著色力差；此外，通過氧化法制備鐵黑過程中，還易生成副產(chǎn)物Fe (OH)3及Fe2O3晶體，這樣會導(dǎo)致制備得到的鐵黑的純度降低，也影響氧化鐵黑的著色性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有技術(shù)中制備氧化鐵黑時存在氧化時間長以及副產(chǎn)物多的問題，導(dǎo)致氧化鐵黑的著色力差，進(jìn)而提供一種以無定形羥基氧化鐵代替含氧氣體作為加成原料制備氧化鐵黑的方法。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種氧化鐵黑的制備工藝，包括如下步驟:
[0007]( I)將可溶性亞鐵鹽溶于水中，得到可溶性亞鐵鹽溶液；
[0008](2)向所述步驟(1)中的可溶性亞鐵鹽溶液中加入可溶性堿溶液，在溫度為20~50°C條件下進(jìn)行中和反應(yīng)至溶液pH值恒定；
[0009](3)將所述步驟(2)經(jīng)反應(yīng)后的溶液升溫至80~90°C ;
[0010](4)向所述步驟(3)中經(jīng)升溫后的溶液中加入無定形羥基氧化鐵反應(yīng)，反應(yīng)過程中控制溶液PH值為9~11 ；
[0011](5)反應(yīng)完成后，過濾、干燥，制備得到氧化鐵黑顏料。
[0012]以質(zhì)量計，所述可溶性亞鐵鹽與所述可溶性堿的添加量的比值為(1.5~3.5):(1.3 ~3.3)，優(yōu)選為(2.3 ~3.0): (2.2 ~2.8)，最優(yōu)選為(2.5 ~2.8): (2.3 ~2.7)。
[0013]以質(zhì)量計，所述可溶性亞鐵鹽與所述無定形羥基氧化鐵的添加量的比值為(2.0 ~4.0): (3.5 ~6.0)，優(yōu)選為(2.5 ~3.5): (4.2 ~5.5)，最優(yōu)選為(2.8 ~3.0):(4.4 ~5.4)。
[0014]所述步驟(2)中，可溶性亞鐵鹽溶液與可溶性堿溶液在溫度為35~45°C條件下反應(yīng)。
[0015]所述可溶性亞鐵鹽為硫酸亞鐵、硝酸亞鐵、氯化亞鐵中的一種或多種，所述可溶性堿為氨水、氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸氫鈉、碳酸氫鉀、碳酸銨、碳酸氫銨中的一種或多種。
[0016]所述步驟(5)中干燥溫度為60~90°C。
[0017]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點:
[0018](I)本發(fā)明所述氧化鐵黑的制備工藝，將可溶性亞鐵鹽溶液和可溶性堿溶液，在25~50°C條件下進(jìn)行中和反應(yīng)，生成氫氧化亞鐵沉淀，通過嚴(yán)格控制反應(yīng)溫度，可以保證中和反應(yīng)速度，使氫氧化亞鐵的生成速度較快，這樣可以減少氫氧化亞鐵與空氣的接觸時間，從而避免了氫氧化亞鐵被空氣氧化成氫氧化鐵的可能，然后再將中和反應(yīng)后的溶液升溫至80~90°C，并加入無定形羥基氧化鐵，在該溫度條件下，無定形羥基氧化鐵與氫氧化亞鐵可以在瞬間完成加成脫水反應(yīng)，生成氧化鐵黑，由于具有速度快的優(yōu)點，從而可以避免氧化鐵黑晶體粒子在現(xiàn)有技術(shù)中由于反應(yīng)速度慢易產(chǎn)生粒徑過大的問題，同時也進(jìn)一步避免了氫氧化亞鐵被氧化為氫氧化鐵，進(jìn)而減少了氧化鐵黑副產(chǎn)物Fe (OH)3及Fe2O3的生成。通過本發(fā)明所述方法制備得到的氧化鐵黑具有晶體結(jié)構(gòu)單一且粒徑小、純度高、著色能力強(qiáng)的優(yōu)點。
[0019](2)本發(fā)明所述氧化鐵黑的制備工藝，進(jìn)一步地，控制可溶性亞鐵鹽與可溶性堿的添加量的比值為(1.5~3.5): (2.3~3.3)，所述可溶性亞鐵鹽與所述無定形羥基氧化鐵的添加量的比值為(2.0~4.0): (3.5~6.0)，在本發(fā)明所述特定配比條件下，可溶性亞鐵鹽與可溶性堿反應(yīng)的產(chǎn)物，繼續(xù)與無定形羥基氧化鐵進(jìn)行加成脫水反應(yīng)時，可以同時保證最終產(chǎn)物氧化鐵黑的純度高可達(dá)97.25~97.44%,和著色能力可達(dá)170，而當(dāng)可溶性亞鐵鹽與可溶性堿的添加量的比值進(jìn)一步優(yōu)選為(2.3~3.0): (2.2~2.8)，所述可溶性亞鐵鹽與所述無定形羥基氧化鐵的添加量的比值進(jìn)一步優(yōu)選為(2.5~3.5): (4.2~5.5)時，產(chǎn)物氧化鐵黑的純度高可達(dá)97.91~98.10%、和著色能力可達(dá)175 ;更進(jìn)一步地，優(yōu)選可溶性亞鐵鹽與可溶性堿的添加量的比值為(2.5~2.8): (2.3~2.7)，所述可溶性亞鐵鹽與所述無定形羥基氧化鐵的添加量的比值進(jìn)一步優(yōu)選為(2.8~3.0): (4.4~5.4)時，產(chǎn)物氧化鐵黑的純度高可高達(dá)98.42~98.85%、著色能力可高達(dá)180~185，性能遠(yuǎn)高于現(xiàn)有技術(shù)中采用氧化法制備得到氧化鐵黑的性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明所述實施例5制備得到的氧化鐵黑的XRD譜圖。

【具體實施方式】
[0021 ] 以下結(jié)合實施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步具體描述，但不局限于此。
[0022]實施例1
[0023]本實施例中所述氧化鐵黑制備方法如下:
[0024]( I)將1.5kg的七水硫酸亞鐵溶于水中，得到硫酸亞鐵溶液；
[0025](2)向所述步驟(1)中的硫酸亞鐵溶液中加入1.3kg的氫氧化鉀，在溫度為20°C條件下進(jìn)行中和反應(yīng)至溶液PH值恒定；
[0026](3)將所述步驟(2)經(jīng)中和反應(yīng)結(jié)束后的溶液升溫至80°C ；
[0027](4)向所述步驟(3)中經(jīng)升溫后的溶液中加入2.625kg的無定形羥基氧化鐵反應(yīng)，反應(yīng)過程中用28wt%的氨水控制溶液pH值為9 ；
[0028](5)反應(yīng)完成后，過濾，濾餅在50°C下干燥，制備得到氧化鐵黑顏料A。
[0029]實施例2
[0030]本實施例中所述氧化鐵黑制備方法如下:
[0031 ] ( I)將1.0kg的硝酸亞鐵和1.0kg的硫酸亞鐵溶于水中，得到硝酸亞鐵和硫酸亞鐵的混合溶液；
[0032](2)向所述步驟(1)中的混合溶液中加入1.0kg的氫氧化鈉和0.7kg的氫氧化鉀，在溫度為25°C條件下進(jìn)行中和反應(yīng)至溶液pH值恒定為10 ；
[0033](3)將所述步驟(2)經(jīng)中和反應(yīng)結(jié)束后的溶液升溫至80°C ；
[0034](4)向所述步驟( 3)中經(jīng)升溫后的溶液中加入3.0kg的無定形羥基氧化鐵反應(yīng)，反應(yīng)過程中用20wt%的氫氧化鈉溶液控制溶液pH值為9 ;
[0035](5)反應(yīng)完成后，過濾，濾餅在60°C下干燥，制備得到氧化鐵黑顏料B。
[0036]實施例3
[0037]本實施例中所述氧化鐵黑制備方法如下:
[0038]( I)將2.3kg的氯化亞鐵溶于水中，得到氯化亞鐵溶液；
[0039](2)向所述步驟(1)中的氯化亞鐵溶液中加入1.2kg的碳酸鉀，在溫度為30°C條件下進(jìn)行中和反應(yīng)至溶液PH值恒定；
[0040](3)將所述步驟(2)經(jīng)中和反應(yīng)結(jié)束后的溶液升溫至85°C ；
[0041](4)向所述步驟(3)中經(jīng)升溫后的溶液中加入3.7kg的無定形羥基氧化鐵反應(yīng)，反應(yīng)過程中用28wt%的氨水控制溶液pH值為11 ；
[0042](5)反應(yīng)完成后，過濾，濾餅在70°C下干燥，制備得到氧化鐵黑顏料C。
[0043]實施例4
[0044]本實施例中所述氧化鐵黑制備方法如下:
[0045]( I)將2.5kg的七水硫酸亞鐵溶于水中，得到硫酸亞鐵溶液；
[0046](2)向所述步驟(1)中的硫酸亞鐵溶液中加入1.3kg的碳酸氫鈉，在溫度為35°C條件下進(jìn)行中和反應(yīng)至溶液PH值恒定；
[0047](3)將所述步驟(2)經(jīng)中和反應(yīng)結(jié)束后的溶液升溫至80°C ；
[0048](4)向所述步驟(3)中經(jīng)升溫后的溶液中加入4.2kg的無定形羥基氧化鐵反應(yīng)，反應(yīng)過程中用20wt%的碳酸鈉溶液控制溶液pH值為9 ;
[0049](5)反應(yīng)完成后，過濾、濾餅在80°C下干燥，制備得到氧化鐵黑顏料D。
[0050]實施例5
[0051]本實施例中所述氧化鐵黑制備方法如下:
[0052]( I)將2.78kg的硝酸亞鐵溶于水中，得到硝酸亞鐵溶液；
[0053](2)向所述步驟(1)中的硝酸亞鐵溶液中加入9.4kg的濃度為28wt%的氨水，在溫度為40°C條件下進(jìn)行中和反應(yīng)至溶液pH值恒定為10 ；
[0054](3)將所述步驟(2)經(jīng)中和反應(yīng)結(jié)束后的溶液升溫至90°C ；
[0055](4)向所述步驟(3)中經(jīng)升溫后的溶液中加入4.45kg的無定形羥基氧化鐵反應(yīng)，反應(yīng)過程中用28wt%的氨水控制溶液pH值為9 ；
[0056](5)反應(yīng)完成后，過濾，濾餅在80°C下干燥，制備得到氧化鐵黑顏料E。
[0057]實施例6
[0058]本實施例中所述氧化鐵黑制備方法如下:
[0059]( I)將2.8kg的七水硫酸亞鐵溶于水中，得到硫酸亞鐵溶液；
[0060](2)向所述步驟(1)中的硫酸亞鐵溶液中加入1.3kg的碳酸銨、1.4kg的碳酸氫銨，在溫度為45°C條件下進(jìn)行中和反應(yīng)至溶液pH值恒定為10 ；
[0061](3)將所述步驟(2)經(jīng)中和反應(yīng)結(jié)束后的溶液升溫至80°C ；
[0062](4)向所述步驟(3)中經(jīng)升溫后的溶液中加入4.4kg的無定形羥基氧化鐵反應(yīng)，反應(yīng)過程中用28wt%的氨水控制溶液pH值為11 ；
[0063](5)反應(yīng)完成后，在離心力為1000G下進(jìn)行離心過濾，濾餅在90°C下干燥，制備得到氧化鐵黑顏料F。
[0064]實施例7
[0065]本實施例中所述氧化鐵黑制備方法如下:
[0066]( I)將3.0kg的七水硫酸亞鐵溶于水中，得到硫酸亞鐵溶液；
[0067](2)向所述步驟(1)中的硫酸亞鐵溶液中加入2.8kg的碳酸氫鉀，在溫度為50°C條件下進(jìn)行中和反應(yīng)至溶液PH值恒定；
[0068](3)將所述步驟(2)經(jīng)中和反應(yīng)結(jié)束后的溶液升溫至80°C ；
[0069](4)向所述步驟(3)中經(jīng)升溫后的溶液中加入5.3kg的無定形羥基氧化鐵反應(yīng)，反應(yīng)過程中用28wt%的氨水控制溶液pH值為9 ；
[0070](5)反應(yīng)完成后，過濾，濾餅在85°C下干燥，制備得到氧化鐵黑顏料G。
[0071]實施例8
[0072]本實施例中所述氧化鐵黑制備方法如下:
[0073]( I)將3.3kg的七水硫酸亞鐵溶于水中，得到硫酸亞鐵溶液；
[0074](2)向所述步驟(1)中的硫酸亞鐵溶液中加入3.0kg的碳酸銨，在溫度為30°C條件下進(jìn)行中和反應(yīng)至溶液PH值恒定；
[0075](3)將所述步驟(2)經(jīng)中和反應(yīng)結(jié)束后的溶液升溫至80°C ；
[0076](4)向所述步驟(3)中經(jīng)升溫后的溶液中加入5.0kg的無定形羥基氧化鐵反應(yīng)，反應(yīng)過程中用28wt%的氨水控制溶液pH值為9.5 ;
[0077](5)反應(yīng)完成后，過濾，濾餅在75°C下干燥，制備得到氧化鐵黑顏料H。
[0078]實施例9
[0079]本實施例中所述氧化鐵黑制備方法如下:
[0080]( I)將3.5kg的七水硫酸亞鐵溶于水中，得到硫酸亞鐵溶液；
[0081](2)向所述步驟(1)中的硫酸亞鐵溶液中加入3.3kg的碳酸氫銨，在溫度為35°C條件下進(jìn)行中和反應(yīng)至溶液PH值恒定；
[0082](3)將所述步驟(2)經(jīng)中和反應(yīng)結(jié)束后的溶液升溫至85°C ；
[0083](4)向所述步驟(3)中經(jīng)升溫后的溶液中加入5.5kg的無定形羥基氧化鐵反應(yīng)，反應(yīng)過程中用28wt%的氨水控制溶液pH值為10.5 ；
[0084](5)反應(yīng)完成后，過濾，濾餅在65°C下干燥，制備得到氧化鐵黑顏料I。
[0085]對比例
[0086]采用【背景技術(shù)】中所述的專利文獻(xiàn)CN1709985A中提供的氧化鐵黑的方法制備氧化鐵黑，具體包括如下步驟:
[0087](I)配制45wt%的硫酸亞鐵水溶液2kg，放入反應(yīng)容器；
[0088](2)邊攪拌邊將中和劑30wt%的液體燒堿約0.865kg加入硫酸鐵水溶液中，生成氫氧化亞鐵，體系pH值為8.5 ;
[0089](3)把制備得到的氫氧化亞鐵用泵輸送至反應(yīng)罐，用蒸汽控制溫度在95°C，pH值在8.5左右，邊攪拌邊通入流量為0.3m3/min的空氣，進(jìn)行氧化反應(yīng)生成鐵黑；
[0090](4)濕料過濾、壓濾水洗、烘干、粉碎后得到氧化鐵黑顏料。
[0091]件能評價例
[0092]對實施例1~9以及對比例中的氧化鐵黑進(jìn)行純度和著色能力的性能測試，測試方法參考HKG/T2250-91，測試結(jié)果見表1。
[0093]表1氧化鐵黑純度及著色能力性能測試結(jié)果

【權(quán)利要求】
1.一種氧化鐵黑的制備工藝，包括如下步驟: (1)將可溶性亞鐵鹽溶于水中，得到可溶性亞鐵鹽溶液； (2)向所述步驟(1)中的可溶性亞鐵鹽溶液中加入可溶性堿溶液，在溫度為20~50°C條件下進(jìn)行中和反應(yīng)至溶液pH值恒定； (3)將所述步驟(2)經(jīng)反應(yīng)后的溶液升溫至80~90°C; (4)向所述步驟(3)中經(jīng)升溫后的溶液中加入無定形羥基氧化鐵反應(yīng)，反應(yīng)過程中控制溶液PH值為9~11 ； (5)反應(yīng)完成后，過濾、干燥，制備得到氧化鐵黑顏料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述氧化鐵黑的制備工藝，其特征在于，以質(zhì)量計，所述可溶性亞鐵鹽與所述可溶性堿的添加量的比值為(1.5~3.5): (1.3~3.3)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述氧化鐵黑的制備工藝，其特征在于，以質(zhì)量計，所述可溶性亞鐵鹽與所述可溶性堿的添加量的比值為(2.3~3.0): (2.2~2.8)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述氧化鐵黑的制備工藝，其特征在于，以質(zhì)量計，所述可溶性亞鐵鹽與所述可溶性堿的添加量的比值為(2.5~2.8): (2.3~2.7)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1~4任一所述氧化鐵黑的制備工藝，其特征在于，以質(zhì)量計，所述可溶性亞鐵鹽與所述無定形羥基氧化鐵的添加量的比值為(2.0~4.0): (3.5~6.0)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述氧化鐵黑的制備工藝，其特征在于，以質(zhì)量計，所述可溶性亞鐵鹽與所述無定形羥基氧化鐵的添加量的比值為(2.5~3.5): (4.2~5.5)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述氧化鐵黑的制備工藝，其特征在于，以質(zhì)量計，所述可溶性亞鐵鹽與所述無定形羥基氧化鐵的添加量的比值為(2.8~3.0): (4.4~5.4)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1~7任一所述氧化鐵黑的制備工藝，其特征在于，所述步驟(2)中，可溶性亞鐵鹽溶液與可溶性堿溶液在溫度為35~45°C條件下反應(yīng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1~8任一所述氧化鐵黑的制備工藝，其特征在于，所述可溶性亞鐵鹽為硫酸亞鐵、硝酸亞鐵、氯化亞鐵中的一種或多種，所述可溶性堿為氨水、氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸氫鈉、碳酸氫鉀、碳酸銨、碳酸氫銨中的一種或多種。
10.根據(jù)權(quán)利要求1~9任一所述氧化鐵黑的制備工藝，其特征在于，所述步驟(5)中干燥溫度為60~90°C。
【文檔編號】C01G49/08GK104071852SQ201310097920
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2013年3月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月25日
【發(fā)明者】王立賢, 劉振義, 白洪彬, 周彤, 邱新榮, 杜娟, 樊俐 申請人:北京三聚環(huán)保新材料股份有限公司