用于生产红氧化铁颜料的设备的制造方法_2

文档序号:8799562阅读:来源:国知局
硝气和一氧化二氮 的量依赖于在反应过程中形成的这些气体的量,并依赖于供入设备中的外来空气的量,并 且依赖于外来空气供料的持续时间,并且从而可以调整为有利于进一步方法步骤的期望水 平。其可能有利地是在从反应器出现之后组合第一和第二含氮氧化物流或引入替代外来空 气的第一含氮氧化物气流至用于步骤b)的反应器。得到的组合的第一和第二含氮氧化物 流通常含有1至50g/m 3的亚硝气(计算为g/m3N02)和/或1至50g/m3的一氧化二氮。
[0055] 来自本申请方法的步骤b)的第二含氮氧化物流通常具有1至2000g/m3浓度的亚 硝气(计算为g/m 3N02)和/或0. 5至2000g/m3的一氧化二氮。由于在反应过程中将至少 一种含氧气体引入反应器,产生第二含氮氧化物流。从而亚硝气和一氧化二氮的量还可以 通过至少一种含氧气体的流动速率调整。
[0056] 步骤e)之后获得的氧化的第二含氮氧化物流通常含有不超过50%,优选小于 30%,更优选小于15%原始部分的一氧化氮,即在步骤f)之前存在的部分。
[0057] 在步骤b)中制备的含水赤铁矿核悬浮液通常具有50至300g/l赤铁矿浓度,优选 80至150g/l赤铁矿浓度。根据步骤b)制备且存在于含水赤铁矿核悬浮液中的赤铁矿核具 有例如小于或等于IOOnm的粒度和/或40m 2/g至150m2/g的比表面积。该赤铁矿(a -Fe2O3) 还可以含有小部分的其他相,例如针铁矿(a -FeOOH)和/或水铁矿(5Fe203 · 9Η20)。
[0058] 在变化方案I中来自步骤c)的至少一种碱性沉淀剂是例如NaOH、Κ0Η、Na2C0 3、 1(2(:03、順3或NH4OH或其他碱金属和碱土金属氢氧化物和碳酸盐、或任何想要的其混合物。优 选使用碱金属氢氧化物或碱金属碳酸盐,特别优选使用NaOH。
[0059] 在变化方案I或II中来自步骤c)的至少一种含氧气体是例如空气、氧气、Ν0、Ν02、 O3、或上述气体的混合物。优选空气。
[0060] 根据步骤d)从水相中分离存在于含水赤铁矿颜料悬浮液中的赤铁矿颜料优选通 过沉降、过滤或离心实现。其中,除去的水相包括硝酸盐化合物、亚硝酸盐化合物和铵化合 物,并且从而通常具有0. 2至10g/l氮、优选0. 2至5g/l氮的总含氮量(在各种情况下以 元素氮计算)。
[0061] 通过本申请方法获得的红氧化铁颜料(还可替换地称为与本申请有关的赤铁矿 颜料)含有优选80至lOOwt%的a -Fe2O3、含0至10wt%结晶水的a -Fe2O3的晶格。通过 本申请的方法获得的赤铁矿具有广色谱。赤铁矿的颜色受粒度、粒度分布、结晶水的量和/ 或结合的外来原子影响。色价通过技术人员已知的方法测量。
[0062] 水洗涤相通常是水或稀硝酸,优选稀硝酸,更优选循环运送的硝酸。
[0063] 富含硝酸的洗涤相通常具有1至67wt%的HNO3含量,优选5至67wt%。
[0064] 可替换地,催化剂优选用于亚硝气分解和/或用于一氧化二氮分解的催化剂。催 化剂的实例是活性碳、硅胶、分子筛、钒-锌催化剂或铬-锌催化剂。
[0065] 预纯化气流通常具有20至90°C、优选30至80°C的温度,并且包含优选不超过 50%、更优选小于30%、非常优选小于15%原始分数的亚硝气(计算为NO2),即步骤f)前 存在的分数。
[0066] 预热的预纯化气流通常具有250至500°C、更优选300至450°C的温度以及0. 5至 20g/m3的亚硝气(计算为g/m 3NO2),优选0. 5至20g/m3的亚硝气(计算为g/m 3NO2)、和/或 1 至 40g/m3的 N 20。
[0067] 纯化废气通常具有150至1500°C、优选150至500°C的温度。纯化废气通常具有 0.001至0.38/111 3的亚硝气(计算为8/1]13^32),优选0.005至0.38/1]1 3的亚硝气(计算为 NO2)、和 / 或 0· 001 至 0· 3g/m^ N 20、优选 0· 005 至 0· 3g/m^ N 20。
[0068] 冷却的纯化废气通常具有80至450°C、优选150至350°C的温度。冷却的纯化废 气通常具有〇· 001至〇· 3g/m3的亚硝气(计算为g/m 3NO2),优选0· 005至0· 3g/m3的亚硝气 (计算为 NO2)、和 / 或 0· 001 至 0· 38/!113的 N 20、优选 0· 005 至 0· 38/!113的 N 20。
[0069] 纯化废水仅含有小残余量的溶解的氮化合物。纯化废水通常具有不超过0. 2g/l 氮、优选不超过〇. lg/1氮、更优选不超过〇. 〇2g/l氮的总含氮量(在各个情况下以元素氮 计算)。
[0070] 富含盐的废水通常包括在先前的纯化步骤中没有除去的盐。富含盐的废水优选包 含硫酸盐。
[0071] 步骤a)和/或b)可以通过技术人员已知的用于铁与硝酸反应的任何方法进行。
[0072] 在步骤a)中,例如,每mol硝酸0.4至IOmol铁在60°C或更低、优选10至60°C的 温度下反应以得到硝酸亚铁(II)溶液。如果使用过量的铁,可以将硝酸亚铁(II)溶液从 未反应的铁中简单的分离。在下一批中,可选地,加入另外的铁和/或另外的硝酸。
[0073] 本申请方法的步骤b)和c)可以通过技术人员已知的任何方法进行。步骤b)和 c)优选根据EP1106577A或W02013/045608的方法实施。
[0074] 这通过例如使用本申请方法的步骤b)利用铁暴露于硝酸后在至少90°C、优选从 90至99°C的反应温度下产生赤铁矿核悬浮液实现。
[0075] 在步骤b)的另一个优选的实施方式中,利用具有2至6wt% !^03浓度和以1. 5至 16的铁与硝酸(HNO3)的摩尔反应比使用的硝酸产生含水赤铁矿核悬浮液。在步骤b)的进 一步优选的实施方式中,利用具有2至15wt% HNO3浓度的硝酸产生含水赤铁矿核悬浮液。 在步骤b)的进一步优选的实施方式中,以I. 0至16的摩尔反应比使用铁与硝酸(HNO3)。
[0076] 在步骤b)的进一步优选的实施方式中,使用存在于含水赤铁矿核悬浮液中的具 有小于或等于IOOnm粒度和根据DIN 66131测量的40m2/g至150m2/g的比表面积的赤铁矿 核制备含水赤铁矿核悬浮液,其中制备至少包括以下步骤:
[0077] i)提供具有60至120°C温度的铁与水的混合物,
[0078] ii)将硝酸加入到来自步骤i)的混合物中,以及
[0079] iii)可选地随后从如此制备的含水赤铁矿核悬浮液中分离出任何未反应的铁。
[0080] 在进一步优选的实施方式中,在步骤ii)中,将硝酸以这样的速率加入来自步骤 i) 的混合物中,该速率为在即使没有外部供热的情况下使得反应混合物优选在硝酸滴加结 束后小于120分钟内升温至少15°C。同样优选地,步骤ii)中的反应混合物达到105至 160°C的最大温度。同样优选地,步骤i)和ii)在压力容器中进行。同样优选地,在步骤 ii) 的硝酸滴加结束后,在等待反应温度降至小于l〇〇°C后实施步骤iii)。
[0081] 在步骤c)的变化方案I的一个优选实施方式中,反应过程中的温度是70至 l〇〇°C,优选75至90°C。计量(meter in)来自步骤a)的硝酸铁(II)溶液和至少一种碱性 沉淀剂,并且用至少一种含氧气体氧化反应混合物,优选每小时每升悬浮液用0. 2至100升 至少一种含氧气体,优选空气,直到红氧化铁颜料实现想要的色泽(color shade)。
[0082] 在步骤c)的变化方案II的一个优选实施方式中,赤铁矿颜料悬浮液通过以下制 备:赤铁矿核悬浮液与铁和硝酸亚铁(Π )在温度70至100°C,优选75至90°C下反应,以 及每小时每升悬浮液使用0. 2至100升至少一种含氧气体、优选空气,直到红氧化铁颜料实 现想要的色泽。
[0083] 在步骤c)的变化方案II的一个优选实施方式中,使来自步骤b)的含水赤铁矿核 悬浮液与来自步骤a)的硝酸亚铁(II)溶液、以及铁、至少一种含氧气体和至少一种硫酸盐 如例如硫酸亚铁(II)和/或碱金属或碱土金属硫酸盐(优选硫酸亚铁(II)和/或硫酸 钠)反应,以得到红氧化铁颜料。该反应的温度是70至KKTC,优选75至90°C。作为至少 一种含氧气体的是优选空气,量优选为每小时每升悬浮液〇. 2至50升空气,直到红氧化铁 颜料实现想要的色泽。
[0084] 在步骤c)的一个进一步优选实施方式中,使来自步骤b)的含水赤铁矿核悬浮液 与来自步骤a)的硝酸亚铁(II)溶液、至少与一种碱性沉淀剂、铁、至少一种含氧气体和可 选地至少一种硫酸盐如例如硫酸亚铁(II)和/或碱金属硫酸盐或碱土金属硫酸盐(优选 硫酸亚铁(II)和/或硫酸钠)反应,以得到红氧化铁颜料。该反应的温度是70至KKTC, 优选75至90°C。更优选在反应结束时将至少一种碱性沉淀剂如例如以小于或等于IOg/ 1铁(II)离子剩余浓度、非常优选以小于或等于5g/l铁(II)离子剩余浓度加入反应混合 物,其中含氧气体的供应是连续的。使用的含氧气体优选包括空气,其中量优选为每小时每 升悬浮液0. 2至50升空气,直到红氧化铁颜料实现想要的色泽。
[0085] 在所有优选实施方式中,至少一种含氧气体的供应可以开始于由来自步骤b)的 赤铁矿核悬浮液、来自步骤a)的硝酸亚铁(II)溶液和铁的反应混合物的加热阶段过程或 在加热阶段结束后。
[0086] 在所有优选实施方式中,至少一种硫酸盐如例如硫酸亚铁(II)和/或碱金属硫酸 盐或碱土金属硫酸盐(优选硫酸亚铁(II)和/或硫酸钠)可以溶液、悬浮液或固体形式使 用。在这种情况下的固体是无水化合物或含结晶水的不同改性物的形式。优选以水溶液形 式或以固体硫酸亚铁(II)七水化物或其悬浮液的形式使用硫酸亚铁(II)。
[0087] 在步骤c)的另一个优选实施方式中,将至少一种硫酸盐例如硫酸亚铁(II)和/ 或碱金属硫酸盐或碱土金属硫酸盐(优选硫酸亚铁(II)和/或硫酸钠)在供应含氧气体 开始之前和/或之后加入反应混合物。这是有利的在于必须使用较少的硫酸亚铁(II)溶 液和加速在反应过程中形成的赤铁矿颜料从赤铁矿颜料悬浮液中的沉降。这促进本申请方 法步骤d)中赤铁矿颜料的随后分离。
[0088] 在本申请方法的步骤d)中,优选通过过滤和/或沉降和/或离心实现存在于悬浮 液中的红氧化铁颜料的分离。同样优选地,洗涤滤饼并随后干燥滤饼。同样优选地,在将红 氧化铁颜料从水相分离之前,更优选使用不同筛孔尺寸和利用递减的筛孔尺寸进行一个或 多个筛选步骤。这是有利的,在于通过该方法,将外来物质如金属件(否则其会污染赤铁 矿颜料)从赤铁矿颜料悬浮液中除去。
[0089] 对于将赤铁矿颜料从水相中分离,所有技术人员已知的方法如沉降伴随随后除去 水相或使用压滤机(如例如,使用膜压滤机)过滤可以实施。
[0090] 在步骤d)的一个优选实施方式中,可以将至少一种硫酸盐如例如硫酸亚铁(II) 和/或碱金属硫酸盐或碱土金属硫酸盐(优选硫酸亚铁(II)和/或硫酸钠)在筛选过程 之中或之前和/或在分离过程之中或之前加入赤铁矿颜料悬浮液。这是有利的,在于加速 了赤铁矿颜料从赤铁矿颜料悬浮液中沉降。这促进本申请方法步骤d)中红氧化铁颜料的 随后分呙。
[0091] 随后,可选地,存在由此分离的滤饼或沉积物的至少一次洗涤。在分离和/或洗涤 之后,可选地,例如,使用过滤干燥器、带式干燥器、捏合干燥器、旋转快速干燥器、干燥箱或 喷雾干燥器干燥由此分离的红氧化铁颜料。优选使用带式干燥器、热板式干燥器、捏合干燥 器和/或喷雾干燥器进行干燥。
[0092] 在步骤e)中,来自步骤b)的第二含氮氧化物流的氧化例如通过使第二含氮氧化 物流与至少一种氧化剂可选地在一种或多种催化剂和/或高能量辐射如UV辐射存在下接 触而实现。氧化剂通常是空气、氧气、臭氧或过氧化氢,优选空气。
[0093] 例如,在20至300°C的温度下进行氧化。
[0094] 例如,在0· 08MPa至2MPa(0. 8至20巴)的压力下进行氧化。优选在0· 08MPa至 IMPa(0.8至10巴)之间的压力下进行氧化。通常通过较高的压力加速氧化。第二含氮氧 化物流的氧化过程中反应之一是NO氧化为NO 2。
[0095] 在步骤f),第一含氮氧化物流-并且,其中步骤c)已经根据变化方案II实施,第 三含氮氧化物流-以及来自步骤e)的氧化的第二含氮氧化物流与水洗涤相接触,以产生预 纯化气流和富含硝酸的洗涤相。在该操作中,具体地,将NO 2从步骤a)和c)的含氮氧化物 流或从来自步骤e)的氧化的含氮氧化物流中除去。
[0096] 通过NO2与水洗涤相的反应,形成硝酸,并且从而水洗涤相的HNO 3浓度在含NO 2流 的洗涤过程中连续上升,直到达到想要的最终浓度。最终HNO3浓度优选从10至67wt %,更 优选从20至67wt %。当达到想要的最终HNO3浓度时,将形成的硝酸从洗涤线路中除去并 取代为水或低于想要的最终HNO 3浓度的硝酸。
[0097] 根据本申请方法的步骤f)获得的预纯化气流含有例如不超过50%、优选小于 30%、更优选小于15%在步骤f)之前存在的原始部分的NO 2。存在于步骤f)中使用的流 中的NO以更小于NO2的程度溶解于水相中,但NO含量甚至在清洗过程中部分通过平衡反 应或氧化改变。N 2O以比NO2显著更低的程度溶于水相中。洗涤对气流的N2O浓度的影响 通常仅是非常小的。
[0098] 优选在一种或多种催化剂的存在下进行步骤g)。相应的方法是本领域技术人员非 常熟知的,如DeNO x法或SCR(选择性催化还原)或NSCR(非选择性催化还原)法。用于一 氧化二氮热分解的方法也在DeN20?;法名下已知。
[0099] 此处的预纯化气流通常与氨或与分解形成氨的化学化合物如尿素在一种或多种 催化剂的存在下接触,其可以可选地已经施加至至少一种载体。催化剂通常包括二氧化钛、 五氧化二钒和氧化钨和/或沸石和/或铂和/或其他金属氧化物。亚硝气和氨此处以
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