一种氧化铁黑的制备工艺的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种氧化铁黑的制备工艺，属于颜料制备领域。包括如下步骤：（1）将可溶性亚铁盐溶于水中，得到可溶性亚铁盐溶液；（2）向所述步骤（1）中的可溶性亚铁盐溶液中加入可溶性碱溶液，在温度为20～50℃条件下反应；（3）将所述步骤（2）经反应后的溶液升温至80～90℃；（4）向所述步骤（3）中经升温后的溶液中加入无定形羟基氧化铁反应，反应过程中控制溶液pH值为9～11；（5）反应完成后，过滤、干燥，制备得到氧化铁黑颜料。通过本发明所述方法制备得到的氧化铁黑具有晶体结构单一且粒径小、纯度高、着色能力强的优点。
【专利说明】—种氧化铁黑的制备工艺
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种氧化铁黑的制备工艺，属于颜料制备领域。
【背景技术】
[0002]氧化铁黑简称铁黑，分子式为Fe304，或Fe203 ?FeO，化学名称为四氧化三铁。氧化铁黑具有饱和的蓝墨光黑色，遮盖力和着色力均很高，广泛应用于建材、水泥、油墨、印刷、塑料等着色领域。近年来，我国氧化铁黑的需求量不断增加，年增长率高达107%，远远高于整个氧化铁颜料36.6%的增长率，是仅次于铁红和铁黄的铁系颜料。
[0003]现有技术中已经公开了很多关于氧化铁黑的制备方法。诸如，中国专利文献CN1709985A就公开了一种制备氧化铁黑的方法，具体包括如下步骤:(I)制得亚铁盐水溶液；(2)用烧碱作中和剂与亚铁盐水溶液反应生成氢氧化亚铁；(3)用含氧气体作氧化剂，与上述氢氧化亚铁氧化反应生成铁黑；(4)将生成的铁黑进行过筛、压滤、漂洗、烘干、粉碎即得氧化铁黑颜料。
[0004]上述技术中，在用含氧气体氧化氢氧化亚铁制备铁黑的过程中，随着铁黑的生成量增加，溶液的粘度变稠，而溶液粘度变稠后易导致氧气与氢氧化亚铁的接触受阻，进而导致氢氧化亚铁的氧化速率降低，从而使得氧化时间过长，而氧化时间长，会导致氧化铁黑粒子的粒径大，而粒径大则会使氧化铁黑的着色力差；此外，通过氧化法制备铁黑过程中，还易生成副产物Fe (OH)3及Fe2O3晶体，这样会导致制备得到的铁黑的纯度降低，也影响氧化铁黑的着色性能。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是现有技术中制备氧化铁黑时存在氧化时间长以及副产物多的问题，导致氧化铁黑的着色力差，进而提供一种以无定形羟基氧化铁代替含氧气体作为加成原料制备氧化铁黑的方法。
[0006]为了解决上述技术问题，本发明提供了一种氧化铁黑的制备工艺，包括如下步骤:
[0007]( I)将可溶性亚铁盐溶于水中，得到可溶性亚铁盐溶液；
[0008](2)向所述步骤(1)中的可溶性亚铁盐溶液中加入可溶性碱溶液，在温度为20~50°C条件下进行中和反应至溶液pH值恒定；
[0009](3)将所述步骤(2)经反应后的溶液升温至80~90°C ;
[0010](4)向所述步骤(3)中经升温后的溶液中加入无定形羟基氧化铁反应，反应过程中控制溶液PH值为9~11 ；
[0011](5)反应完成后，过滤、干燥，制备得到氧化铁黑颜料。
[0012]以质量计，所述可溶性亚铁盐与所述可溶性碱的添加量的比值为(1.5~3.5):(1.3 ~3.3)，优选为(2.3 ~3.0): (2.2 ~2.8)，最优选为(2.5 ~2.8): (2.3 ~2.7)。
[0013]以质量计，所述可溶性亚铁盐与所述无定形羟基氧化铁的添加量的比值为(2.0 ~4.0): (3.5 ~6.0)，优选为(2.5 ~3.5): (4.2 ~5.5)，最优选为(2.8 ~3.0):(4.4 ~5.4)。
[0014]所述步骤(2)中，可溶性亚铁盐溶液与可溶性碱溶液在温度为35~45°C条件下反应。
[0015]所述可溶性亚铁盐为硫酸亚铁、硝酸亚铁、氯化亚铁中的一种或多种，所述可溶性碱为氨水、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸铵、碳酸氢铵中的一种或多种。
[0016]所述步骤(5)中干燥温度为60~90°C。
[0017]本发明与现有技术相比具有如下优点:
[0018](I)本发明所述氧化铁黑的制备工艺，将可溶性亚铁盐溶液和可溶性碱溶液，在25~50°C条件下进行中和反应，生成氢氧化亚铁沉淀，通过严格控制反应温度，可以保证中和反应速度，使氢氧化亚铁的生成速度较快，这样可以减少氢氧化亚铁与空气的接触时间，从而避免了氢氧化亚铁被空气氧化成氢氧化铁的可能，然后再将中和反应后的溶液升温至80~90°C，并加入无定形羟基氧化铁，在该温度条件下，无定形羟基氧化铁与氢氧化亚铁可以在瞬间完成加成脱水反应，生成氧化铁黑，由于具有速度快的优点，从而可以避免氧化铁黑晶体粒子在现有技术中由于反应速度慢易产生粒径过大的问题，同时也进一步避免了氢氧化亚铁被氧化为氢氧化铁，进而减少了氧化铁黑副产物Fe (OH)3及Fe2O3的生成。通过本发明所述方法制备得到的氧化铁黑具有晶体结构单一且粒径小、纯度高、着色能力强的优点。
[0019](2)本发明所述氧化铁黑的制备工艺，进一步地，控制可溶性亚铁盐与可溶性碱的添加量的比值为(1.5~3.5): (2.3~3.3)，所述可溶性亚铁盐与所述无定形羟基氧化铁的添加量的比值为(2.0~4.0): (3.5~6.0)，在本发明所述特定配比条件下，可溶性亚铁盐与可溶性碱反应的产物，继续与无定形羟基氧化铁进行加成脱水反应时，可以同时保证最终产物氧化铁黑的纯度高可达97.25~97.44%,和着色能力可达170，而当可溶性亚铁盐与可溶性碱的添加量的比值进一步优选为(2.3~3.0): (2.2~2.8)，所述可溶性亚铁盐与所述无定形羟基氧化铁的添加量的比值进一步优选为(2.5~3.5): (4.2~5.5)时，产物氧化铁黑的纯度高可达97.91~98.10%、和着色能力可达175 ;更进一步地，优选可溶性亚铁盐与可溶性碱的添加量的比值为(2.5~2.8): (2.3~2.7)，所述可溶性亚铁盐与所述无定形羟基氧化铁的添加量的比值进一步优选为(2.8~3.0): (4.4~5.4)时，产物氧化铁黑的纯度高可高达98.42~98.85%、着色能力可高达180~185，性能远高于现有技术中采用氧化法制备得到氧化铁黑的性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是本发明所述实施例5制备得到的氧化铁黑的XRD谱图。
【具体实施方式】
[0021 ] 以下结合实施例，对本发明作进一步具体描述，但不局限于此。
[0022]实施例1
[0023]本实施例中所述氧化铁黑制备方法如下:
[0024]( I)将1.5kg的七水硫酸亚铁溶于水中，得到硫酸亚铁溶液；
[0025](2)向所述步骤(1)中的硫酸亚铁溶液中加入1.3kg的氢氧化钾，在温度为20°C条件下进行中和反应至溶液PH值恒定；
[0026](3)将所述步骤(2)经中和反应结束后的溶液升温至80°C ；
[0027](4)向所述步骤(3)中经升温后的溶液中加入2.625kg的无定形羟基氧化铁反应，反应过程中用28wt%的氨水控制溶液pH值为9 ；
[0028](5)反应完成后，过滤，滤饼在50°C下干燥，制备得到氧化铁黑颜料A。
[0029]实施例2
[0030]本实施例中所述氧化铁黑制备方法如下:
[0031 ] ( I)将1.0kg的硝酸亚铁和1.0kg的硫酸亚铁溶于水中，得到硝酸亚铁和硫酸亚铁的混合溶液；
[0032](2)向所述步骤(1)中的混合溶液中加入1.0kg的氢氧化钠和0.7kg的氢氧化钾，在温度为25°C条件下进行中和反应至溶液pH值恒定为10 ；
[0033](3)将所述步骤(2)经中和反应结束后的溶液升温至80°C ；
[0034](4)向所述步骤( 3)中经升温后的溶液中加入3.0kg的无定形羟基氧化铁反应，反应过程中用20wt%的氢氧化钠溶液控制溶液pH值为9 ;
[0035](5)反应完成后，过滤，滤饼在60°C下干燥，制备得到氧化铁黑颜料B。
[0036]实施例3
[0037]本实施例中所述氧化铁黑制备方法如下:
[0038]( I)将2.3kg的氯化亚铁溶于水中，得到氯化亚铁溶液；
[0039](2)向所述步骤(1)中的氯化亚铁溶液中加入1.2kg的碳酸钾，在温度为30°C条件下进行中和反应至溶液PH值恒定；
[0040](3)将所述步骤(2)经中和反应结束后的溶液升温至85°C ；
[0041](4)向所述步骤(3)中经升温后的溶液中加入3.7kg的无定形羟基氧化铁反应，反应过程中用28wt%的氨水控制溶液pH值为11 ；
[0042](5)反应完成后，过滤，滤饼在70°C下干燥，制备得到氧化铁黑颜料C。
[0043]实施例4
[0044]本实施例中所述氧化铁黑制备方法如下:
[0045]( I)将2.5kg的七水硫酸亚铁溶于水中，得到硫酸亚铁溶液；
[0046](2)向所述步骤(1)中的硫酸亚铁溶液中加入1.3kg的碳酸氢钠，在温度为35°C条件下进行中和反应至溶液PH值恒定；
[0047](3)将所述步骤(2)经中和反应结束后的溶液升温至80°C ；
[0048](4)向所述步骤(3)中经升温后的溶液中加入4.2kg的无定形羟基氧化铁反应，反应过程中用20wt%的碳酸钠溶液控制溶液pH值为9 ;
[0049](5)反应完成后，过滤、滤饼在80°C下干燥，制备得到氧化铁黑颜料D。
[0050]实施例5
[0051]本实施例中所述氧化铁黑制备方法如下:
[0052]( I)将2.78kg的硝酸亚铁溶于水中，得到硝酸亚铁溶液；
[0053](2)向所述步骤(1)中的硝酸亚铁溶液中加入9.4kg的浓度为28wt%的氨水，在温度为40°C条件下进行中和反应至溶液pH值恒定为10 ；
[0054](3)将所述步骤(2)经中和反应结束后的溶液升温至90°C ；
[0055](4)向所述步骤(3)中经升温后的溶液中加入4.45kg的无定形羟基氧化铁反应，反应过程中用28wt%的氨水控制溶液pH值为9 ；
[0056](5)反应完成后，过滤，滤饼在80°C下干燥，制备得到氧化铁黑颜料E。
[0057]实施例6
[0058]本实施例中所述氧化铁黑制备方法如下:
[0059]( I)将2.8kg的七水硫酸亚铁溶于水中，得到硫酸亚铁溶液；
[0060](2)向所述步骤(1)中的硫酸亚铁溶液中加入1.3kg的碳酸铵、1.4kg的碳酸氢铵，在温度为45°C条件下进行中和反应至溶液pH值恒定为10 ；
[0061](3)将所述步骤(2)经中和反应结束后的溶液升温至80°C ；
[0062](4)向所述步骤(3)中经升温后的溶液中加入4.4kg的无定形羟基氧化铁反应，反应过程中用28wt%的氨水控制溶液pH值为11 ；
[0063](5)反应完成后，在离心力为1000G下进行离心过滤，滤饼在90°C下干燥，制备得到氧化铁黑颜料F。
[0064]实施例7
[0065]本实施例中所述氧化铁黑制备方法如下:
[0066]( I)将3.0kg的七水硫酸亚铁溶于水中，得到硫酸亚铁溶液；
[0067](2)向所述步骤(1)中的硫酸亚铁溶液中加入2.8kg的碳酸氢钾，在温度为50°C条件下进行中和反应至溶液PH值恒定；
[0068](3)将所述步骤(2)经中和反应结束后的溶液升温至80°C ；
[0069](4)向所述步骤(3)中经升温后的溶液中加入5.3kg的无定形羟基氧化铁反应，反应过程中用28wt%的氨水控制溶液pH值为9 ；
[0070](5)反应完成后，过滤，滤饼在85°C下干燥，制备得到氧化铁黑颜料G。
[0071]实施例8
[0072]本实施例中所述氧化铁黑制备方法如下:
[0073]( I)将3.3kg的七水硫酸亚铁溶于水中，得到硫酸亚铁溶液；
[0074](2)向所述步骤(1)中的硫酸亚铁溶液中加入3.0kg的碳酸铵，在温度为30°C条件下进行中和反应至溶液PH值恒定；
[0075](3)将所述步骤(2)经中和反应结束后的溶液升温至80°C ；
[0076](4)向所述步骤(3)中经升温后的溶液中加入5.0kg的无定形羟基氧化铁反应，反应过程中用28wt%的氨水控制溶液pH值为9.5 ;
[0077](5)反应完成后，过滤，滤饼在75°C下干燥，制备得到氧化铁黑颜料H。
[0078]实施例9
[0079]本实施例中所述氧化铁黑制备方法如下:
[0080]( I)将3.5kg的七水硫酸亚铁溶于水中，得到硫酸亚铁溶液；
[0081](2)向所述步骤(1)中的硫酸亚铁溶液中加入3.3kg的碳酸氢铵，在温度为35°C条件下进行中和反应至溶液PH值恒定；
[0082](3)将所述步骤(2)经中和反应结束后的溶液升温至85°C ；
[0083](4)向所述步骤(3)中经升温后的溶液中加入5.5kg的无定形羟基氧化铁反应，反应过程中用28wt%的氨水控制溶液pH值为10.5 ；
[0084](5)反应完成后，过滤，滤饼在65°C下干燥，制备得到氧化铁黑颜料I。
[0085]对比例
[0086]采用【背景技术】中所述的专利文献CN1709985A中提供的氧化铁黑的方法制备氧化铁黑，具体包括如下步骤:
[0087](I)配制45wt%的硫酸亚铁水溶液2kg，放入反应容器；
[0088](2)边搅拌边将中和剂30wt%的液体烧碱约0.865kg加入硫酸铁水溶液中，生成氢氧化亚铁，体系pH值为8.5 ;
[0089](3)把制备得到的氢氧化亚铁用泵输送至反应罐，用蒸汽控制温度在95°C，pH值在8.5左右，边搅拌边通入流量为0.3m3/min的空气，进行氧化反应生成铁黑；
[0090](4)湿料过滤、压滤水洗、烘干、粉碎后得到氧化铁黑颜料。
[0091]件能评价例
[0092]对实施例1~9以及对比例中的氧化铁黑进行纯度和着色能力的性能测试，测试方法参考HKG/T2250-91，测试结果见表1。
[0093]表1氧化铁黑纯度及着色能力性能测试结果
【权利要求】
1.一种氧化铁黑的制备工艺，包括如下步骤: (1)将可溶性亚铁盐溶于水中，得到可溶性亚铁盐溶液； (2)向所述步骤(1)中的可溶性亚铁盐溶液中加入可溶性碱溶液，在温度为20~50°C条件下进行中和反应至溶液pH值恒定； (3)将所述步骤(2)经反应后的溶液升温至80~90°C; (4)向所述步骤(3)中经升温后的溶液中加入无定形羟基氧化铁反应，反应过程中控制溶液PH值为9~11 ； (5)反应完成后，过滤、干燥，制备得到氧化铁黑颜料。
2.根据权利要求1所述氧化铁黑的制备工艺，其特征在于，以质量计，所述可溶性亚铁盐与所述可溶性碱的添加量的比值为(1.5~3.5): (1.3~3.3)。
3.根据权利要求2所述氧化铁黑的制备工艺，其特征在于，以质量计，所述可溶性亚铁盐与所述可溶性碱的添加量的比值为(2.3~3.0): (2.2~2.8)。
4.根据权利要求2或3所述氧化铁黑的制备工艺，其特征在于，以质量计，所述可溶性亚铁盐与所述可溶性碱的添加量的比值为(2.5~2.8): (2.3~2.7)。
5.根据权利要求1~4任一所述氧化铁黑的制备工艺，其特征在于，以质量计，所述可溶性亚铁盐与所述无定形羟基氧化铁的添加量的比值为(2.0~4.0): (3.5~6.0)。
6.根据权利要求5所述氧化铁黑的制备工艺，其特征在于，以质量计，所述可溶性亚铁盐与所述无定形羟基氧化铁的添加量的比值为(2.5~3.5): (4.2~5.5)。
7.根据权利要求5或6所述氧化铁黑的制备工艺，其特征在于，以质量计，所述可溶性亚铁盐与所述无定形羟基氧化铁的添加量的比值为(2.8~3.0): (4.4~5.4)。
8.根据权利要求1~7任一所述氧化铁黑的制备工艺，其特征在于，所述步骤(2)中，可溶性亚铁盐溶液与可溶性碱溶液在温度为35~45°C条件下反应。
9.根据权利要求1~8任一所述氧化铁黑的制备工艺，其特征在于，所述可溶性亚铁盐为硫酸亚铁、硝酸亚铁、氯化亚铁中的一种或多种，所述可溶性碱为氨水、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸铵、碳酸氢铵中的一种或多种。
10.根据权利要求1~9任一所述氧化铁黑的制备工艺，其特征在于，所述步骤(5)中干燥温度为60~90°C。
【文档编号】C01G49/08GK104071852SQ201310097920
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2013年3月25日 优先权日:2013年3月25日
【发明者】王立贤, 刘振义, 白洪彬, 周彤, 邱新荣, 杜娟, 樊俐 申请人:北京三聚环保新材料股份有限公司