通过水热转化制备铁化合物制造技术

本发明专利技术涉及一种将选自铁氧化物、铁氢氧化物、铁羟基氧化物及其混合物的固态原料铁化合物水热转化成具有不同物理、化学和／或结构性能的固态产物铁化合物的连续方法。该方法包括ａ）将固态原料铁化合物分散于液体中，从而形成悬浮液，和ｂ）将该悬浮液连续供入一个或多个搅拌的转化容器，在这些容器中固态原料铁化合物在水热条件下转化成固态产物铁化合物。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通过水热转化制备铁化合物本专利技术涉及一种将选自铁氧化物、铁氢氧化物、铁羟基氧化物及其混合物的固态原料铁化合物水热转化成固态产物铁化合物的方法，所述固态产物铁化合物具有不同于固态原料铁化合物的物理、化学和/或结构性能。因此，本专利技术涉及将一种固态铁化合物转化成另一种固态铁化合物。本专利技术不涉及例如其中将溶解的铁化合物转化成固态铁化合物的沉淀法或其中将固态铁化合物溶解的蒸解法。由现有技术已知在水热条件下在悬浮液中将针铁矿(α-FeOOH)转化成赤铁矿(α-Fe2O3)。罗马尼亚专利申请RO 86979公开了使用高压釜和约210℃的温度进行的该转化。相同的转化，但目前是在碳酸钾存在下使用180-210℃的温度和16-20大气压的压力进行，公开在RO 100113中。为了使操作成本降至最小并使能量守恒达到最大，可能理想的是以连续模式进行铁氧化物、铁氢氧化物和铁羟基氧化物的水热转化。然而，正如下面将要解释的，涉及悬浮液的方法不易连续进行，主要是因为分层(segregation)和沉降。悬浮液由连续相，即液体和分散相，即固体颗粒组成。悬浮液可以是均相的或非均相的。在本说明书中，均相悬浮液定义为在整个体系中具有恒定体积分数的连续相的悬浮液。不具有该恒定体积分数的连续相的悬浮液被称为非均相的。在这些非均相体系中，存在分散相的浓度梯度。悬浮液可以分离成具有较高体积分数的连续相的级分和具有较低体积分数的连续相的级分。在本说明书内，该现象被称为分层。分层可能因各种力如离心力或重力的作用而发生。沉降是一种其中分散相因重力而下沉的分层形式。当形成沉降物时，在反应器内的部分流动区被静止的固体阻断，从而降低了可以自由流动的体积。在恒定的质量通量下，悬浮液只得通过更小的面积移动，导致连续相的速度更高。这导致反应器中分散相的甚至更大-->的分层和非理想停留时间分布。悬浮液中固体颗粒的转化可以在传统管式反应器或阶式反应器中连续进行，条件是原料颗粒易于形成稳定的均相悬浮液，例如溶胶或凝胶，且具有或多或少均匀的粒度。甚至在固液比(SLR)上的限制也可能因均相悬浮液的流变行为而发生。高能量输入，例如高剪切混合，可能缓解这些困难，若悬浮液呈现剪切稀化行为的话。不幸的是，易于得到的铁氧化物、铁氢氧化物和铁羟基氧化物无论是在高固液比还是在低固液比下都不易悬浮和/或不形成稳定的均相悬浮液。这是因为其粒度大(例如＞0.1微米)和/或其与液体化学不相容，这使得颗粒非常容易从液体中分层。这意味着颗粒显示出形成沉降层的倾向，导致反应器中不受控和非理想的停留时间分布，从而阻碍转化。该情形可能在处理不同尺寸的原料颗粒时进一步加剧。与上述稳定的均相悬浮液的情形(其中高剪切可能有助于均化和粘度的降低)相反的是，不稳定的悬浮液在向该体系施加高能量输入时倾向于甚至更快地分层。因此，在整个反应器中良好的混合和避免任何死区域或非混合区是优选的，以避免非理想停留时间分布并促进原料颗粒的有效转化。另外，需要加入昂贵的化学品以稳定和分散该悬浮液并防止分层。现已发现可以在一个或一系列分开的容器中没有不可接受的分层程度地甚至以高固液比(SLR)将选自铁氧化物、铁氢氧化物、铁羟基氧化物及其混合物的固态原料铁化合物连续转化。使用高固液比使得能够使用较紧凑的设备并提供低操作成本和能耗。本专利技术涉及一种将选自铁氧化物、铁氢氧化物、铁羟基氧化物及其混合物的固态原料铁化合物转化成固态产物铁化合物的方法，所述固态产物铁化合物具有不同于固态原料铁化合物的物理、化学和/或结构性能，该方法包括下列步骤：a)将固态原料铁化合物分散于液体中，从而形成悬浮液，和b)将该悬浮液连续供入一个或多个搅拌的转化容器，在这些容器中固态原料铁化合物在水热条件下转化成固态产物铁化合物。本专利技术的连续方法优选具有0.01-10L/min，更优选0.05-5L/min，最优-->选0.1-3L/min的物料通过量。在本专利技术的连续方法中，优选悬浮液基本向上流过容器和/或混合器对悬浮液施加轴向力，以使整个反应器良好混合并避免死区域。使用这些措施，可以进一步抑制固体颗粒和液体的分层。另外，基本避免一方面是较小颗粒和另一方面是较大颗粒在悬浮液中的非均相分布。因为本专利技术涉及将一种固态铁化合物转化成另一种固态铁化合物，所以在步骤b)过程中悬浮液的固含量相对恒定，尽管可能因例如如下情形而发生变化：(a)具有特定分子量的铁化合物转化成具有更高或更低分子量的铁化合物，(b)蒸汽的注入(用于加热)，这将降低悬浮液的固含量，或(c)在工艺过程中将添加剂加入悬浮液中，这取决于添加剂可能降低或增加固含量。优选在步骤b)结束时悬浮液的固含量(即固体的重量百分数，包括结晶水，基于悬浮液的总重量)与在步骤b)开始时悬浮液的固含量相差不到40％，优选不到25％，更优选不到10％。本专利技术的另一优点在于可能细微调节特殊(方面的)工艺步骤。若使用不止一个转化容器，则可以通过在这些容器中的至少一个中改变、优选优化工艺条件而控制和/或增强固态产物铁化合物的特定性能。在本专利技术范围内，该技术或程序被称为“去偶”。因此，去偶意味着在转化容器的序列中，在一个或多个容器中的工艺条件不同于在其他容器中的工艺条件。工艺阶段的该去偶尤其可以用于有效控制固态产物铁化合物的结构。去偶的优点并非不重要：通过对各种工艺步骤进行去偶，例如可以优化在其转化过程中流变行为可能发生变化的固-液悬浮液的混合和处理。因此，呈不同粒度的固体沉降或分离形式的分层可能在高SLR下也甚至得以避免。此外，去偶允许优化多步方法的条件。例如，温度或pH可以在各步骤中发生变化且可以在任一步骤中添加额外的化合物，如晶种或添加剂。合适的固态原料和产物铁化合物包括铁矿，如针铁矿(FeOOH)、正方针铁矿(akaganeite)、bernalite、feroxyhyte、水铁矿(ferrihydrite)、纤铁矿、褐铁矿、磁赤铁矿、磁铁矿、赤铁矿和方铁矿，合成铁产物如合成铁氧化-->物和氢氧化物，以及(新鲜)沉淀的铁盐(如硝酸铁、氯化铁等)。应注意的是若原料和产物铁化合物是化学上相等的，则它们必须在其结构和/或物理性能上不同。这些性能的实例是表面积、孔体积、孔度分布、催化活性等。可以使用本专利技术方法进行的转化实例是水铁矿到赤铁矿的转化、针铁矿到具有更高结晶度的针铁矿的转化、具有特定孔隙率和表面积的赤铁矿到具有另一孔隙率和表面积的赤铁矿的转化。还可以使用本专利技术方法将含有添加剂的固态原料铁化合物转化成含有添加剂的固态产物铁化合物。含有添加剂的固态原料铁化合物是另一化合物分散于其结构中的固态铁化合物且可以例如通过共沉淀可溶性铁化合物和所需添加剂的可溶性化合物而制备。待分散于铁化合物中的合适添加剂的实例是包含一种或多种选自稀土金属(例如La、Ce)、过渡金属(例如Cr、Cu、Re、Zn、V、Ni、Co、Mo、Mn、Zr、Ru)、贵金属(例如Pt、Pd)、碱金属(例如Na、K)、碱土金属(例如Mg、Ca、Ba)、Si和Al的元素的化合物。本专利技术方法可以使用一个或多个，优选一系列的2-5个，更优选3-5个分开且基本垂直的转化容器进行。转化容器(各自)包含用于搅拌悬浮液的专用装置。优选轴向或共轴混合器。图1为用于实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种将选自铁氧化物、铁氢氧化物、铁羟基氧化物及其混合物的固态原料铁化合物转化成固态产物铁化合物的方法，所述固态产物铁化合物具有不同于固态原料铁化合物的物理、化学和／或结构性能，该方法包括下列步骤：ｃ）将固态原料铁化合物分散于液体中， 从而形成悬浮液，和ｄ）将该悬浮液连续供入一个或多个搅拌的转化容器，在这些容器中固态原料铁化合物在水热条件下转化成固态产物铁化合物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】EP 2002-8-16 02078407.01.一种将选自铁氧化物、铁氢氧化物、铁羟基氧化物及其混合物的固态原料铁化合物转化成固态产物铁化合物的方法，所述固态产物铁化合物具有不同于固态原料铁化合物的物理、化学和/或结构性能，该方法包括下列步骤：c)将固态原料铁化合物分散于液体中，从而形成悬浮液，和d)将该悬浮液连续供入一个或多个搅拌的转化容器，在这些容器中固态原料铁化合物在水热条件下转化成固态产物铁化合物。2.根据权利要求1的方法，其中所述液体为水且在转化容器中的温度为150-375℃。3.根据权利要求1或2的方法，其中所述悬浮液以0.01-10L/min的物料通过量供入转化容器中。4.根据权利要求3的方法，其中物料通过量为0.1-3L/min。5.根据前述权利要求中任一项的方法，其中在步骤b)开始时所述悬浮液的固液比为0.05-0.25。6.根据前述权利要求中任一项的方法，其中在步骤b)结束时所述悬浮液的固液比为0.03-0.22。7.根据前述权利要求中任一项的方法，其中在步骤b)结束时所述悬浮液的固含量与步骤b)开始时悬浮液的固含量相差不到40％。8.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：EE斯滕温克尔，JPJ韦尔兰，MPR施佩，EJ莱希耶，P奥康纳，D施塔米雷斯，
申请(专利权)人：阿尔伯麦尔荷兰有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]