一种以工业钛精矿为原料制备纳米三氧化二铁铁红的方法技术

本发明专利技术涉及一种以工业钛精矿为原料制备纳米三氧化二铁铁红的方法，包括以下步骤：(1)：称取工业钛精矿放入稀酸溶液中，搅拌反应，过滤，得到澄清浸出液；(2)：在搅拌条件下，往步骤(1)所得澄清浸出液中加入表面活性剂和沉淀剂，控制溶液pH值在3‑8.5之间，沉淀，得到铁红前驱体；(3)：再将步骤(2)所得铁红前驱体进行水热处理，过滤，洗涤，干燥，即得到铁红产品。与现有技术相比，本发明专利技术利用化学工程技术和介尺度调控方法合成高附加值纳米Fe2O3铁红产品，具有成本低、容易规模化制备等优点，极大促进了我国富产资源的高效清洁利用。

Preparation of nanometer iron oxide red from industrial titanium concentrate

The invention relates to a method for preparing nanometer iron oxide red with industrial titanium concentrate as raw material, which comprises the following steps: (1) weighing industrial titanium concentrate into dilute acid solution, stirring reaction, filtering, and obtaining clarified leaching solution; (2) adding surfactant to the clarified leaching solution obtained by step (1) under stirring condition. And the precipitator, control the pH value of the solution between 3 8.5, precipitation, get iron red precursor; (3): and then step (2) the iron red precursor obtained by hydrothermal treatment, filtration, washing, drying, that is, iron red products. Compared with the prior art, the invention synthesizes high value-added nano-Fe2O3 iron red products by chemical engineering technology and mesoscale control method, has the advantages of low cost, easy large-scale preparation, and greatly promotes the efficient and clean utilization of rich resources in China.

【技术实现步骤摘要】
一种以工业钛精矿为原料制备纳米三氧化二铁铁红的方法
本专利技术涉及工业钛精矿利用和铁红制备
，尤其是涉及一种以工业钛精矿为原料制备纳米三氧化二铁铁红的方法。
技术介绍
在各类颜料中，三氧化二铁(化学式为Fe2O3)颜料的产销量仅次于钛白粉，是第二个量大面大的无机颜料，是第一大彩色颜料。氧化铁颜料颜色多，色谱广，遮盖力高，着色力强，主要分为三类：铁红、铁黄和铁黑三种，通过调配还可以得到铁橙、铁棕、铁绿等系列色谱的复合颜料。据统计，目前我国Fe2O3的产能在80万吨/年，其中铁红～30万吨/年，铁黄～30万吨/年，铁黑～10万吨/年，其他产品(混拼)～10万吨，国内市场氧化铁的容量为65万吨/年。铁红是氧化铁系颜料中最稳定的一种，具有良好的耐候性，对光、水和大气的作用很稳定，而且对紫外线具有很强的吸收能力，从而保护物品免受紫外线的破坏。我国的铁系颜料已有几十年的生产历史，但传统铁红产品存在颜色偏暗，色调不明快、着色力低，从而限制了铁红产品在诸多领域中的应用。目前铁红的生产工艺主要分为干法和湿法，其中湿法工艺生产工艺更为广泛，专利CN101898800A采用含镍三氯化铁蚀刻废液经铁粉还原、除镍得到氯化亚铁溶液，然后经碱液沉淀、空气氧化后，得到Fe2O3滤饼，再经干燥和煅烧，得到铁红产品。该方法主要缺点是消耗大量优质铁粉，容易造成优质铁粉原料市场短缺及价格飞涨，且对制备铁红产品纯度、粒径尺寸和形貌结构等未有描述。专利CN1772628A通过将硫酸、含硫金精矿焙烧渣和助溶剂按一定比例在60-100℃反应釜中处理1-6h，然后将滤液用氨水沉淀，再将得到沉淀物洗涤、干燥和300-700℃煅烧处理，再经研磨处理，磨细到颜料要求的粒径尺寸，从而得到铁红产品。该方法需要较高的煅烧温度，以及后续研磨处理，并且对铁红产品的形貌结构、粒径尺寸和组成等未有相关描述。与此相比，国外许多生产厂家生产的铁红产品从色泽、色调和着色力方面都具有明显优势，如德国拜耳公司的铁红产品有8个牌号，颜色从浅红到深褐红，给用户提供了很大的选择余地。目前高品质铁红产品的生产技术主要被掌握在国外几家公司，譬如德国拜耳公司、美国费泽公司和美国Reichard公司等。因此，若能以我国富产的工业钛精矿为原料制备高品质铁红产品，对促进我国资源高效转化利用，突破国外技术封锁，满足我国当今社会需求，力争在我国资源高效清洁利用等关键技术和重大工艺开发方面取得突破，既有重要意义，又有广泛的应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种以工业钛精矿为原料制备纳米三氧化二铁铁红的方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：本专利技术的目的之一在于提出了一种以工业钛精矿为原料制备纳米三氧化二铁铁红的方法，包括以下步骤：(1)：称取工业钛精矿放入稀酸溶液中，搅拌反应，过滤，得到澄清浸出液；(2)：在搅拌条件下，往步骤(1)所得澄清浸出液中加入表面活性剂和沉淀剂，控制溶液pH值在3-8.5之间，沉淀，得到铁红前驱体；(3)：再将步骤(2)所得铁红前驱体进行水热处理，过滤，洗涤，干燥，即得到铁红产品。在本专利技术的一种优选的实施方式中，步骤(1)中所述的稀酸溶液为20-25％的稀盐酸溶液。更优选的实施方式中，工业钛精矿与稀盐酸的质量比为1:5。在本专利技术的一种优选的实施方式中，步骤(2)中，沉淀剂的浓度为1.0-5.0M，澄清浸出液与沉淀剂的体积比为1:3-8。在本专利技术的一种优选的实施方式中，步骤(2)中，表面活性剂的浓度为0.01-0.1M，澄清浸出液与表面活性剂的体积比为100:1。在本专利技术的一种优选的实施方式中，步骤(1)中，搅拌反应的条件为：在800-1000rpm的转速下搅拌10-24h。在本专利技术的一种优选的实施方式中，所述的表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、三嵌段共聚物F127和聚乙二醇中的一种或几种；所述的沉淀剂为氨水、碳酸钠、碳酸氢钠和氢氧化钠中的一种或几种。在本专利技术的一种优选的实施方式中，步骤(3)中水热处理的条件为：在180-220℃下处理1-3h。本专利技术的目的之二在于提出了一种采用上述方法制备得到的纳米三氧化二铁铁红，其平均粒径约为200nm。高品质铁红颜料的水热制备与大宗化学品的生产过程不同，个体基元原位精确逐级构筑过程往往是在复杂固/液/气三相体系中进行。通常高附加值、高品质的铁红材料对其微观结构的对称性、结晶度、分散性和稳定性等要求较高，传统铁红制备方法对原料来源、制备工艺和除杂工艺要求比较苛刻，而先进的铁红制备技术大都掌握在国外(德国、美国等)手上。本专利技术主要通过对水热反应器微元、微反应系统以及前躯体相变化规律和电子迁移等过程进行调控，对固/液/气多相反应过程中材料表界面和颗粒团聚两个介尺度在颗粒尺度关联进行控制，由于反应体系存在典型的材料表界面、前驱体相变、分解和熔合、以及复杂系统集成等多个层次的介尺度行为，通过综合调控前驱体相变化、水热生长习性、水化和离子诱导效应，以及前驱体表界面反应-扩散定向控制规律，原位构筑形貌、结构和组成可控的高品质铁红产品。工业钛精矿主要成分为TiO2、Fe2O3和FeO，并含有少量杂质，Ti含量通常占钛精矿的50％左右，Ti和Fe元素比例接近1:1。本专利技术采用稀盐酸处理钛精矿，钛精矿中TiO2不溶于稀盐酸，而Fe2O3和FeO溶于稀盐酸，从而达到利用Fe元素的目的。工业钛精矿经稀酸浸渍后，浸渍出来得澄清溶液主要以二价铁盐和三价铁盐形式存在，添加表面活性剂后，表面活性剂分子与溶液中二价铁离子和三价铁离子结合，实现从原子、分子级别对铁离子进行分散，然后再经沉淀剂沉淀，调控溶液pH值在3-8.5之间，澄清浸出液与沉淀剂的体积比控制在1:3-8，能够使溶液中大部分铁离子沉淀，得到分散的铁红前驱体，经水热反应后(180-220℃，1-3h)，铁红前驱体经水热处理后完全分解为Fe2O3，得到分散的三氧化二铁铁红产品。沉淀剂的浓度控制在1.0-5.0M，如果使用低于1.0M沉淀剂，一是消耗大量的沉淀剂溶液，导致最终反应液体积显著增加，不利于后续水热处理；如果使用高于5.0M沉淀剂溶液，会导致反应局部成核、分解速度过快，并且该反应是放热反应，添加沉淀剂时候会使溶液温度升高，导致其他杂质也沉淀出来，使铁红产品纯度降低。本专利反应温度控制在180-220℃，如果反应温度低于180℃，铁红前驱体会出现分解不完全问题；而反应温度高于220℃，一方面较高的水热温度会增加铁红产品团聚的问题，另一方面会增加额外能耗以及对反应设备要求也显著提高。反应时间1-3h能够保证铁红前驱体在180-220℃分解完全。本专利使用的盐酸为20-25％的稀盐酸溶液，低于20％稀盐酸会导致钛精矿中Fe元素浸出率较低，对于同等质量的钛精矿，较低浓度的稀盐酸将消耗大量稀酸溶液；而高于25％盐酸会使钛精矿中Ti元素浸出，导致制备铁红中TiO2含量增加，从而将降低铁红产品的纯度和色泽。严格控制上述生产工艺参数，能够使得制备的铁红产品粒径分布均匀、产品纯度在99.0％以上，否则会导致产品形貌不规整、产品色泽差以及纯度低等问题。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)通过对反应条件参数的调控，以工业钛精矿为原料，可以制备粒本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种以工业钛精矿为原料制备纳米三氧化二铁铁红的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)：称取工业钛精矿放入稀酸溶液中，搅拌反应，过滤，得到澄清浸出液；(2)：在搅拌条件下，往步骤(1)所得澄清浸出液中加入表面活性剂和沉淀剂，控制溶液pH值在3‑8.5之间，沉淀，得到铁红前驱体；(3)：再将步骤(2)所得铁红前驱体进行水热处理，过滤，洗涤，干燥，即得到铁红产品。

【技术特征摘要】
1.一种以工业钛精矿为原料制备纳米三氧化二铁铁红的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)：称取工业钛精矿放入稀酸溶液中，搅拌反应，过滤，得到澄清浸出液；(2)：在搅拌条件下，往步骤(1)所得澄清浸出液中加入表面活性剂和沉淀剂，控制溶液pH值在3-8.5之间，沉淀，得到铁红前驱体；(3)：再将步骤(2)所得铁红前驱体进行水热处理，过滤，洗涤，干燥，即得到铁红产品。2.根据权利要求1所述的以工业钛精矿为原料制备纳米三氧化二铁铁红的方法，其特征在于，步骤(1)中所述的稀酸溶液为20-25％的稀盐酸溶液。3.根据权利要求2所述的以工业钛精矿为原料制备纳米三氧化二铁铁红的方法，其特征在于，工业钛精矿与稀盐酸的质量比为1:5。4.根据权利要求1或3所述的以工业钛精矿为原料制备纳米三氧化二铁铁红的方法，其特征在于，步骤(2)中，沉淀剂的浓度为1.0-5.0M，澄清浸出液与沉淀剂的体积比为1:3-8。5.根据权利要求1或3所述的以工业钛精矿为原料制备纳米三氧化二铁铁红的方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：高国，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31