利用铁尾矿制备亮红色铁红杂化颜料的方法与流程

本发明涉及一种亮红色铁红杂化颜料的制备方法，尤其涉及一种利用铁尾矿制备亮红色铁红杂化颜料的方法，属于铁尾矿深加工和纳米复合材料制备技术领域。

背景技术：

铁尾矿是工业固体废弃物的主要组成部分，因含有丰富的有价物质而作为一种二次资源被世界广泛关注。而目前，我国铁尾矿的综合利用率只有7％，堆存的铁尾矿量高达几千亿吨。铁尾矿的利用困难不仅导致了资源的浪费，也带来了许多严重的环境问题，严重恶化周边地区的空气环境和水环境。为实现资源效益、经济效益、社会效益和环境效益的有效统一，对铁尾矿资源化、高附加值功能化利用至关重要。

铁红颜料是一种常见的无机颜料，主要成分为α-fe2o3，具有很高的遮盖力和着色力，且绿色安全，被广泛用于涂料、建材、塑料、陶瓷和橡胶等领域。但铁红颜料的颜色一般较为暗淡，没有光泽，很难与含有毒性重金属离子的红色颜料相媲美，限制了其在高端产品中的应用。近年来，研究学者发现硅基质的存在有利于提高铁红的红色相(ceram.int.34(2008)491)，铝元素的存在可使其色彩更鲜艳且耐高温(acsappl.mater.inter.6(2014)20282)。tian等(ceram.int.43(2017)1862)发现含有硅骨架和铝元素的天然硅酸盐黏土矿可以显著改善铁红颜料的色度和热稳定性。

我国铁尾矿以sio2、al2o3、fe2o3、cao、mgo等为主要成分，以石英、绿泥石、角闪石、长石、辉石等脉石类矿物为主要物相。这些矿物都含有丰富的硅元素，基本单元都包括[sio4]四面体，可为铁红颜料提供载体并提高其红色相。而且，铁尾矿一般含有丰富的铝元素和铁元素，铁元素可作为铁源合成α-fe2o3，而铝元素可用以提高铁红的鲜艳度和热稳定性。相对天然硅酸盐黏土矿物，铁尾矿具有堆存量大、成本低廉、亟需利用等特点。但由于铁尾矿成分组成复杂，组分相互间作用机理情况复杂，致使其具体应用中，还存在很多技术要点需要研究和克服。目前铁尾矿的研究利用多以环保为目的，尚没有针对铁尾矿的天然硅酸盐复合矿物禀赋特性构筑高附加值功能材料的报道。

技术实现要素：

本发明的目的是针对当前技术中存在的不足，提供一种利用铁尾矿制备亮红色铁红杂化颜料的方法。该方法选用工业固体废弃物铁尾矿为原料经过适合的配比和参数，合成铁红杂化颜料。本发明将铁尾矿当成资源利用，既可解决环境和能源问题，又可为降低铁红颜料的制备成本提供新途径，合成路径更绿色、制备成本更低廉，为我国储量丰富、亟待利用的铁尾矿的资源化、高附加值功能化利用开辟新途径。

本发明的技术解决方案：

一种利用铁尾矿制备亮红色铁红杂化颜料的方法，该方法包括以下步骤：

将铁尾矿粉末加入到铁盐溶液中，搅拌、超声后加入碱，剧烈搅拌20～40min后，继续搅拌和超声各30min～4h，得到悬浮液，将该悬浮液转至水热反应釜中，140～200℃条件下反应4～48h，自然冷却至室温后，离心、洗涤、干燥、研磨、过筛得到亮红色铁红杂化颜料；

其中，每克铁尾矿粉末加入到10～60ml铁盐溶液中；碱的摩尔量为铁盐摩尔量的1～4倍。

所述铁尾矿的sio2含量为35～65％，al2o3、fe2o3的量分别为8～15％。

所述的铁盐为氯化铁、硫酸铁和硝酸铁中的一种或两种。

所述碱为六次甲基四胺、氨水、尿素、偏硅酸钠、氢氧化钠、碳酸钠、水杨酸钠和十二烷基二甲基甜菜碱中的一种或多种。

所述铁盐溶液的浓度为0.2～1.5mol/l。

所述的剧烈搅拌为转速是4000～5500r/min。

本发明的有益效果是：

本发明通过水热反应把铁尾矿转变为亮红色铁红杂化颜料，该杂化颜料的l*值为43.1、a*值为37.9、b*值为23.7，且表现出良好的高热稳定性，经1200℃煅烧4h处理仍保持亮丽红色，煅烧后的色度值l*、a*、b*分别为39.1、30.1、20.9，有望应用于涂料、油漆、陶瓷、油墨、涂层等多个领域。本发明可为提高铁红颜料的色度、降低其合成成本提供新方法，为我国储量丰富、亟待利用的铁尾矿的资源化、高附加值功能化利用开辟新途径。

附图说明

图1为铁尾矿、实施例1制备亮红色铁红杂化颜料的xrd谱图。

图2为铁尾矿、实施例1制备亮红色铁红杂化颜料的sem照片，其中，图2a为铁尾矿的sem照片，图2b为制备的亮红色铁红杂化颜料的sem照片。

图3为实施例1制备亮红色铁红杂化颜料经1100℃煅烧前后的色度值。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术解决方案做进一步说明，这些实施例不能理解为是对技术方案的限制。

所述的铁尾矿具体为河北滦平铁尾矿，其sio2含量为35～65％，al2o3、fe2o3的量分别为8～15％，主要物相为石英、水合铝酸钙、钠长石、白云母，其形貌较复杂，包括片层结构、颗粒状结构及不规则块状结构，粒径为50μm左右。

实施例1：将2.0g球磨处理的铁尾矿粉末分散于60ml浓度为0.37mol/l氯化铁的水溶液中，充分搅拌(2500r/min，2h)和超声(30min)后加入1g氢氧化钠、1ml氨水(氨水质量分数：28wt.％；总碱摩尔量：0.0398mol)，以4800r/min的转速剧烈搅拌30min后，继续搅拌(1500r/min)和超声各2h得均一悬浮液，将该悬浮液转至水热反应釜中，160℃条件下反应24h，自然冷却至室温后，离心、洗涤、干燥、研磨、过筛得到亮红色铁红杂化颜料。

得到铁红颜料的主要物相组成为α-fe2o3、钠长石、石英(如图1所示)；形貌较规则，为类蚕茧形貌，粒径为160nm(如图2所示)；a*值高达37.7、b*值为21.1、l*值高达42.1，说明其颜色亮丽，经1100℃煅烧后色度值基本不变，说明所得颜料具有良好的耐热性(如图3所示)(色度由北京科美润达仪器设备有限公司的cr-400/410测试)。

实施例2：将4.0g的铁尾矿粉末分散于60ml浓度为0.18mol/l氯化铁、0.21mol/l硫酸铁的水溶液中，充分搅拌(3000r/min，2h)和超声(1.5h)后加入6ml氨水(氨水质量分数：28wt.％；摩尔量：0.0888mol)，以4500r/min的转速剧烈搅拌30min后继续搅拌(1500r/min)和超声各1h得均一悬浮液，将该悬浮液转至水热反应釜中，180℃条件下反应12h，自然冷却至室温后，离心、洗涤、干燥、研磨、过筛得到亮红色铁红杂化颜料，其粒径为210nm，a*值高达35.9、b*值为22.1、l*值高达44.2，说明其颜色亮丽(色度由北京科美润达仪器设备有限公司的cr-400/410测试)。

实施例3：将3.0g的铁尾矿粉末分散于60ml浓度为0.74mol/l硝酸铁的水溶液中，充分搅拌(2000r/min，1h)和超声(1.5h)后加入3ml氨水(氨水质量分数：28wt.％)、3g偏硅酸钠(总碱摩尔量：0.0602mol)，以5000r/min的转速剧烈搅拌30min后继续搅拌(2000r/min，2h)和超声(30min)得均一悬浮液，将该悬浮液转至水热反应釜中，200℃条件下反应6h，自然冷却至室温后，离心、洗涤、干燥、研磨、过筛得到亮红色铁红杂化颜料，其粒径为190nm，a*值高达33.9、b*值为23.2、l*值高达42.7，说明其颜色亮丽(色度由北京科美润达仪器设备有限公司的cr-400/410测试)。

实施例4：将1.5g的铁尾矿粉末分散于60ml浓度为0.27mol/l硫酸铁的水溶液中，充分搅拌(3500r/min，1h)和超声(30min)后加入1.5g偏硅酸钠、0.5g尿素(总碱摩尔量：0.0162mol)，以5500r/min的转速剧烈搅拌30min后继续搅拌(2500r/min)和超声各2h得均一悬浮液，将该悬浮液转至水热反应釜中，140℃条件下反应48h，自然冷却至室温后，离心、洗涤、干燥、研磨、过筛得到亮红色铁红杂化颜料，其粒径为150nm，a*值高达36.7、b*值为21.6、l*值高达42.9，说明其颜色亮丽(色度由北京科美润达仪器设备有限公司的cr-400/410测试)。

实施例5：将6.0g的铁尾矿粉末分散于60ml浓度为1.2mol/l硫酸铁的水溶液中，充分搅拌(2500r/min)和超声各2h后加入3.5g十二烷基二甲基甜菜碱、0.9g水杨酸钠、10.8g氢氧化钠(总碱摩尔量：0.287mol)，以4000r/min的转速剧烈搅拌30min后继续搅拌(2000r/min)和超声各1.5h得均一悬浮液，将该悬浮液转至水热反应釜中，180℃条件下反应48h，自然冷却至室温后，离心、洗涤、干燥、研磨、过筛得到亮红色铁红杂化颜料，其粒径为195nm，a*值高达31.7、b*值为23.8、l*值高达41.2，说明其颜色亮丽(色度由北京科美润达仪器设备有限公司的cr-400/410测试)。本发明未尽事宜为公知技术。