RU2656047C1 - Способ получения железооксидных пигментов - Google Patents
Способ получения железооксидных пигментов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2656047C1 RU2656047C1 RU2017117657A RU2017117657A RU2656047C1 RU 2656047 C1 RU2656047 C1 RU 2656047C1 RU 2017117657 A RU2017117657 A RU 2017117657A RU 2017117657 A RU2017117657 A RU 2017117657A RU 2656047 C1 RU2656047 C1 RU 2656047C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- iron
- pigment
- filtration
- iron oxide
- temperature
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 50
- 239000001034 iron oxide pigment Substances 0.000 title claims abstract description 19
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims abstract description 51
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 27
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims abstract description 25
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 25
- NCNCGGDMXMBVIA-UHFFFAOYSA-L iron(ii) hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Fe+2] NCNCGGDMXMBVIA-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 22
- 239000000049 pigment Substances 0.000 claims abstract description 21
- BAUYGSIQEAFULO-UHFFFAOYSA-L iron(2+) sulfate (anhydrous) Chemical compound [Fe+2].[O-]S([O-])(=O)=O BAUYGSIQEAFULO-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 18
- 229910021506 iron(II) hydroxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims abstract description 18
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 claims abstract description 12
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000001052 yellow pigment Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229910000359 iron(II) sulfate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- VTLYFUHAOXGGBS-UHFFFAOYSA-N Fe3+ Chemical compound [Fe+3] VTLYFUHAOXGGBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 4
- 230000003113 alkalizing effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 3
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 19
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 17
- 239000003337 fertilizer Substances 0.000 abstract description 11
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 abstract description 7
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 abstract description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 3
- 238000004040 coloring Methods 0.000 abstract description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 abstract description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 abstract description 2
- 229910052573 porcelain Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- -1 tiles Substances 0.000 abstract description 2
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 42
- 235000013980 iron oxide Nutrition 0.000 description 22
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 229910000358 iron sulfate Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 10
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 9
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 description 8
- BFNBIHQBYMNNAN-UHFFFAOYSA-N ammonium sulfate Chemical class N.N.OS(O)(=O)=O BFNBIHQBYMNNAN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000001054 red pigment Substances 0.000 description 8
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonium chloride Substances [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 7
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 7
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 6
- 229910052921 ammonium sulfate Inorganic materials 0.000 description 5
- 235000011130 ammonium sulphate Nutrition 0.000 description 5
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 5
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 5
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 5
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 5
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 235000014413 iron hydroxide Nutrition 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- LPXPTNMVRIOKMN-UHFFFAOYSA-M sodium nitrite Chemical compound [Na+].[O-]N=O LPXPTNMVRIOKMN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 239000001058 brown pigment Substances 0.000 description 3
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 3
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 3
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 3
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 3
- PAYRUJLWNCNPSJ-UHFFFAOYSA-N Aniline Chemical compound NC1=CC=CC=C1 PAYRUJLWNCNPSJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241001104043 Syringa Species 0.000 description 2
- 235000004338 Syringa vulgaris Nutrition 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 2
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 210000002257 embryonic structure Anatomy 0.000 description 2
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N iron(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Fe+2] VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 239000001057 purple pigment Substances 0.000 description 2
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 235000010288 sodium nitrite Nutrition 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 150000001735 carboxylic acids Chemical class 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 230000001687 destabilization Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 229910052571 earthenware Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 1
- 239000011019 hematite Substances 0.000 description 1
- 229910052595 hematite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 150000002484 inorganic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- FBAFATDZDUQKNH-UHFFFAOYSA-M iron chloride Chemical compound [Cl-].[Fe] FBAFATDZDUQKNH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 150000002506 iron compounds Chemical class 0.000 description 1
- 159000000014 iron salts Chemical class 0.000 description 1
- WTFXARWRTYJXII-UHFFFAOYSA-N iron(2+);iron(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Fe+2].[Fe+3].[Fe+3] WTFXARWRTYJXII-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LIKBJVNGSGBSGK-UHFFFAOYSA-N iron(3+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[O-2].[O-2].[Fe+3].[Fe+3] LIKBJVNGSGBSGK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N iron(II,III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]O[Fe]=O SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YDZQQRWRVYGNER-UHFFFAOYSA-N iron;titanium;trihydrate Chemical compound O.O.O.[Ti].[Fe] YDZQQRWRVYGNER-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005374 membrane filtration Methods 0.000 description 1
- 239000012452 mother liquor Substances 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- VLZLOWPYUQHHCG-UHFFFAOYSA-N nitromethylbenzene Chemical compound [O-][N+](=O)CC1=CC=CC=C1 VLZLOWPYUQHHCG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000020477 pH reduction Effects 0.000 description 1
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 1
- 150000003018 phosphorus compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- NIFIFKQPDTWWGU-UHFFFAOYSA-N pyrite Chemical compound [Fe+2].[S-][S-] NIFIFKQPDTWWGU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011028 pyrite Substances 0.000 description 1
- 229910052683 pyrite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 239000002966 varnish Substances 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
- C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
- C09C1/22—Compounds of iron
- C09C1/24—Oxides of iron
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G49/00—Compounds of iron
- C01G49/02—Oxides; Hydroxides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
- C09C3/00—Treatment in general of inorganic materials, other than fibrous fillers, to enhance their pigmenting or filling properties
- C09C3/04—Physical treatment, e.g. grinding, treatment with ultrasonic vibrations
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Compounds Of Iron (AREA)
Abstract
Изобретение может быть использовано для окрашивания пластмасс, в производстве цветных бетонов, плитки, керамики, фаянсовых и фарфоровых изделий. Способ получения железооксидных пигментов включает получение осадка гидроксида железа (II) защелачиванием аммиаком до рН 9,0-9,2 раствора, содержащего ионы сульфата железа (II). Полученный осадок отделяют фильтрованием и проводят термоокисление при температуре 400-1000°С для получения пигмента требуемого цвета. Проводят окисление фильтрата кислородом воздуха до рН 4,1-4,7 для получения желтого пигмента железа (III). Желтый пигмент отделяют фильтрованием и сушат при температуре не выше 120°С. Процессы фильтрования интенсифицируют ультразвуком с частотой 35 кГц в докавитационном режиме. Изобретение позволяет получить железооксидные пигменты широкой цветовой гаммы и дополнительно удобрение из фильтратов. 8 пр.
Description
Изобретение относится к области технологии получения неорганических соединений и может быть использовано на предприятиях, производящих железооксидные пигменты широкой цветовой гаммы, применяемые для окрашивания пластмасс, в производстве цветных бетонов, в производстве плитки, керамики, фаянсовых и фарфоровых изделий и в других областях техники.
Задачей настоящего изобретения является разработка ускоренного способа получения железооксидных пигментов широкой цветовой гаммы из растворов железного купороса (FeSO4, сульфата железа (II), железа (II) сернокислого), представляющего собой побочный продукт при травлении железных листов, проволоки, удалении окалины и др. разбавленной H2SO4, производства оксида титана из ильменита, окислительного обжига пирита.
Цель поставленной задачи достигается в рамках двухстадийной технологической схемы, характеризующейся тем, что на первой стадии получают осадок гидрооксида железа(II) защелачиванием раствора, содержащего ионы сульфата железа (II) аммиаком до значения рН (9,0÷9,5), отделением полученного осадка гидроксида железа (II) ультразвуковым фильтрованием и последующим термоокислением осадка при температуре в интервале (400÷1000)°С для получения требуемого цвета, на второй стадии фильтрат первого фильтрования закисляют кислородом воздуха до значений рН (4,1÷4,7) до получения желтого пигмента железа (III), который отделяют ультразвуковым фильтрованием и сушат при температуре не выше 120°С, а фильтраты, объединенные после первого и второго фильтрования, используются в качестве жидкого удобрения либо упариваются с получением удобрения в виде обезвоженного сернокислого аммония.
Техническим результатом реализации заявленного изобретения является способ ускоренного ультразвуком получения железооксидных пигментов широкой цветовой гаммы, цвет которых зависит от температуры термического окисления гидрооксида железа (II), обеспечивающей получение пигмента необходимого цвета и качества;
- для получения пигмента красно-коричневого цвета термическое окисление ведут при температуре (400÷500)°С, при этом содержание оксида железа составляет 98,72%;
- для получения красного пигмента термоокисление ведут при температуре (550÷650)°С, при этом содержание оксида железа составляет 98,95%;
- для получения красно-сиреневого пигмента термоокисление ведут при температуре (650÷700)°С, при этом содержание оксида железа составляет 98,8%;
- для получения сиреневого пигмента термоокисление ведут при температуре (700÷750)°С, при этом содержание оксида железа составляет 98,38%;
- для получения сиренево-черного пигмента термоокисление ведут при температуре (750÷1000)°С, при этом содержание оксида железа составляет 99.91%.
Желтый пигмент железа (III) получают закислением кислородом воздуха фильтратов первого фильтрования до значений рН (4,1÷4,7) его отделением с помощью ультразвукового фильтрования и высушиванием при температуре не выше 120°С.
В качестве побочного продукта получают жидкое удобрение из фильтратов, объединенных после первого и второго фильтрования, либо упаривают их для получения удобрения в виде обезвоженного сернокислого аммония.
В настоящее время известны четыре принципиальных направления получения железооксидных пигментов, лежащие в основе многочисленных патентов:
I. Процесс осаждения и последующего обжига:
- процесс осаждения:
2FeSO4 + 4NaOH+1/2O2 → образование желтых
зародышей 2FeO(OH) + 2Na2SO4 + Н2O;
- процесс обжига:
FeSO4 × 7Н2O → FeSO4 × Н2O+6Н2O
2FeSO4 × H2O+0,5O2 → 2Fe2O3 + 2SO3 + 2H2O.
II. Процесс Пеннимана:
2Fe+1/2O2 + 3Н2O → образование желтых зародышей
2FeO(OH) + 3Н2
Fe+H2SO4 → FeSO4 + H2↑
III. Процесс Лаукса
9Fe+4C6H5NO2+4Н2O → 3Fe3O4 + 4C6H5NH2 (анилин)
2Fe+C6H5NO2 + 2H2O → 2FeOOH+C6H5NH2
IV. Общий
2FeSO4 * 7H2O + 0,5O2 → Fe2O3 + 2SO3↑ + 7H2O.
В ряде стран железооксидные пигменты желтого и красного цветов производят по методу Пеннимана (Penniman Jr. R.S., Zoph N.M. Process of manufacturing iron compounds US 1327061 A, 1917), в соответствии с которым готовят раствор железного купороса путем растворения железосодержащих отходов в серной кислоте, после чего (на второй стадии) готовят зародыши путем окисления взвеси свежеприготовленного гидрата окиси железа (II) в водном растворе железного купороса и окисляют последний кислородом воздуха в отдельном реакторе антикоррозионного исполнения. Приготовленные таким образом зародыши подают в реактор для синтеза пигмента, где (на третьей стадии) проводят синтез пигмента при температуре (60÷70)°С путем окисления кислородом воздуха водного раствора железного купороса, причем время окисления составляет (3÷4) суток.
Недостатком способа является сложность в реализации и продолжительность процесса.
Известны способы получения черного пигмента (Исмагилова Г.В., Колесникова М.П., Кузнецов А.И. и др. Способ получения черного железоокисного пигмента. RU 2346018, 2007 и Калиниченко И.И., Соколов В.И., Никоненко Е.А. и др. Способ получения железоокисных пигментов. RU 2047631. 1995) из красного шлама с прокаливанием при температуре (500÷1000)°С.
Недостатком вышеуказанных способов является низкое качество пигмента, обусловленное весьма невысоким содержанием оксида железа и большим количеством примесей кремния и алюминия.
Все способы получения пигмента по процессу Лаукса (Беленький Е.Ф., Рискин И.В. Химия и технология пигментов. Л-д.: Химия, 1974; Орлова О.И., Фомичева Т.Н. Технология лаков и красок. Л-д.: Химия, 1990), обладают существенными недостатками - применением токсичного нитротолуола и сложностью осуществления процесса.
Известен способ получения железооксидных пигментов (Хабаров Ю.Г., Бабкин И.М., Кузяков Н.Ю., Малков А.В. Способ получения кристаллического оксида железа (III). RU 2501737, 2007), включающий введение в раствор солей железа (II) нитрита натрия с последующим добавлением щелочи, отделением полученного осадка от маточного раствора, промывкой до нейтральной реакции и сушки.
Недостатком способа является сложность, большая длительность процесса, существенный расход нитрита натрия и моногостадийность, что значительно усложняет аппаратурное оформление процесса.
Известен способ получения зародышей красного железного пигмента, в соответствии с которым из раствора сульфата железа (II) и сульфата аммония готовят осадок гидрооксида железа, добавляя водный раствор аммиака, суспензию перемешивают в течение 30 минут и потом в течение двух часов продувают воздух и далее суспензию кипятят в течение двух часов. (Леонтьева Н.А. и др. Способ получения зародышей красного железноокисного пигмента. SU №1458368, 1989).
Недостатком способа является сложность и большая длительность процесса.
Известен способ получения оксидов железа из металлического железа, включающий его взаимодействие с водным раствором карбоновой кислоты в среде инертного газа с последующим окислением до карбоксилата железа (III) при нагревании на воздухе. (Конка Э., и др. Способ получения оксидов железа RU 2318730. 2003). Способ многостадийный, длительный и энергозатратный.
Известен патент (Mleczko L., Meisen U., Lamp G., Weber R. Iron oxide pigments US 7425234 B2. 2003), в соответствии с описанием которого для получения пигментов оксида железа водный раствора хлорида железа распыляют в вакуумный реактор, капли полностью обезвоживаются для образования твердых частиц, которые затем подвергаются в другом реакторе термообработке в течение до 6 часов.
Судя по описанию, реализация способа требует длительного времени и сложной аппаратуры и направлена на получение только желто-красного пигмента.
Известен патент (Takada J. Hashimoto Н., Fujii Т., Nakanishi М. Iron oxide red pigment. US. Appl. №20140134216. 2014) на способ получения красного пигмента в виде гематитового композита. Полученный по указанному способу красный пигмент содержит кроме микрокристаллического железа значительное количество посторонних включений в виде соединений кремния и фосфора.
Известен патент (Yang Jianming, Tan Gang, Shao Yuxiyng. Preparation technology for low water-absorption heavy iron oxide yellow pigment. CN 102390871 A, 2012) на способ получения желтого железоокисного пигмента. Процесс получения пигмента связан с большим расходом щелочи, а конечный продукт содержит примесь цинка в качестве постороннего включения.
Следует отметить, что все вышеприведеннные способы включают процесс фильтрования, представляющий собой наиболее затратную по времени стадию технологической цепочки. Однако скорость фильтрования можно существенно увеличить, интенсифицируя его ультразвуком. (Голямина И.П. Ультразвук. Маленькая энциклопедия. Изд-во: Советская энциклопедия, 1979, с. 348; Акопян В.Б., Ершов Ю.А. Основы взаимодействия ультразвука с биологическими объектами. Москва, Из-во «ЮРАЙТ», 2016, 223 с.)
Известно устройство фильтрования в ультразвуковом поле через мембранный элемент (Weavers L.К., Walker Н.W., Lamminen М.О., Dong Chen. Ultrasonically cleaned membrane filtration system, US 7008540 B1, 2003). Однако принцип устройства требует плотности ультразвуковой энергии, обеспечивающей ультразвуковую кавитацию, при которой не только очищается поверхность фильтрующей мембраны, но и разрушается сам фильтрующий элемент.
Известно устройство фильтрования в ультразвуковом поле (Ковалев А.А., Ультразвуковой фильтр, Патент РФ 2037327, 1995), предназначенное для очистки воды. Конструкция фильтра весьма сложна и не может быть адаптирована к эффективному фильтрованию суспензий.
Известно устройство фильтрования в ультразвуковом поле (Иванова М.А., Понедельченко А.А. Разработка экспериментальной ультразвуковой установки с керамическими мембранными элементами для обработки вина. Научный журнал НИУ ИТМО. Серия «Процессы и аппараты пищевых производств» 2015. №1. С. 56), предназначенное для исследования процесса дестабилизации коллоидной системы вина в лабораторной установке ультразвуковым воздействием. Установка имеет малую производительность и не может быть использована без принципиальных переделок в промышленном масштабе.
В идеализированном случае скорость фильтрования:
где V - объем фильтрата, S - площадь фильтрующей перегородки, t - время, ΔР - разность давлений по обе стороны фильтрующей перегородки, η - вязкость жидкой фазы, Roc - гидродинамическое сопротивление слоя осадка, Rфп - гидродинамическое сопротивление фильтрующей перегородки.
Эффективность процессов переноса существенно повышается под влиянием ультразвука, ускоряющего транспорт сквозь пористые материалы. Кроме того, использование способности ультразвука удалять с поверхностей различные отложения позволяет создавать самоочищающиеся ультразвуковые фильтры, с относительно низким сопротивлением течению фильтрующимся средам, не повышающимся в процессе эксплуатации, эффективно разделять жидкости и взвешенные в них частицы нерастворимых веществ, осуществлять ускоренный непрерывный процесс фильтрования, обеспечивать самоочищение фильтрующего элемента акустическими микропотоками, повышать экономическую эффективность производства.
В результате ультразвукового воздействия гидродинамическое сопротивление осадка остается равным нулю в течение всего процесса фильтрования, а сопротивление фильтрующей перегородки уменьшается за счет снижения диффузионных ограничений у ее поверхности. Очевидно, что материал фильтрующей перегородки вместе с содержащейся в ней жидкостью поглощает часть ультразвуковой энергии, что приводит к повышению температуры, уменьшению вязкости жидкости в порах перегородки, а, следовательно, к увеличению скорости фильтрования.
Использование ультразвука в докавитационном режиме позволяет интенсифицировать процесс фильтрования за счет акустических потоков, но сохранить целостность фильтрующего элемента и суспендированных частиц.
Цель поставленной задачи достигается в рамках двухстадийной технологической схемы, характеризующейся тем, что на первой стадии получают осадок гидрооксида железа (II) защелачиванием раствора, содержащего ионы сульфата железа (II) аммиаком до значения рН (9, (9,0÷9,5), отделением полученного осадка гидроксида железа (II) ультразвуковым фильтрованием в потоке и последующим термоокислением осадка при температуре в интервале (400÷1000)°С для получения пигмента требуемого цвета; на второй стадии фильтраты первого фильтрования окисляют кислородом воздуха до значений рН (4,1÷4,7) до получения желтого пигмента железа (III), который отделяют ультразвуковым фильтрованием и сушат при температуре не выше 120°С, а объединенная после первого и второго фильтрования жидкая фаза используется в качестве жидкого удобрения либо упаривается с получением удобрения в виде обезвоженного сернокислого аммония.
Гидрооксид железа осаждают аммиаком, доводя рН раствора до значения (9,0÷9,5), а образовавшийся при этом по реакции
FeSO4 + 2NH4OH = Fe (ОН)2 + (NH4)2SO4
осадок гидроксида железа (II) фильтруют в ультразвуковом поле и осажденную гидроокись железа подвергают термическому окислению в токе воздуха в интервале температур (400÷1000)°С в зависимости от требуемого цвета пигмента:
- для получения пигмента красно-коричневого цвета термическое окисление ведут при температуре (400÷500)°С, при этом содержание оксида железа составляет 98,72%;
- для получения красного пигмента термоокисление ведут при температуре (550÷650)°С, при этом содержание оксида железа составляет 98,95%;
- для получения красно-сиреневого пигмента термоокисление ведут при температуре (650÷700)°С, при этом содержание оксида железа составляет 98,8%;
- для получения сиреневого пигмента термоокисление ведут при температуре (700÷750)°С, при этом содержание оксида железа составляет 98,38%;
- для получения сиренево-черного пигмента термоокисление ведут при температуре (750÷1000)°С, при этом содержание оксида железа составляет 99.91%.
Желтый пигмент железа (III) получают окислением кислородом воздуха фильтратов первого фильтрования до значений рН (4,1÷4,7), его отделением с помощью фильтрования и высушиванием при температуре не выше 120°С.
В качестве побочного продукта получают удобрение в виде сернокислого аммония, упариванием объединенной после первого и второго фильтрования жидкой фазы.
Изобретение демонстрируется примерами, не имеющими, однако, ограничительного характера.
Пример 1.
Пульпу, полученную в результате осаждения гидрооксида железа (II) раствором амиака, из раствора, содержащего сульфат ионы, фильтруют на фильтр-полотне, например бельтинговой ткани, для отделения гидрооксида железа (II) от водного раствора сернокислого аммония. При разности давлений на фильтрующей перегородке ~105 Па, скорость процесса за (20÷30)мин уменьшается до пренебрежимо малых значений.
Скорость фильтрования в начале процесса составляет 2,2 л/час и через 30 минут уменьшается до 0,5 л/час из-за осаждения на фильтре частиц гидрооксида железа (II), закупоривающего поры фильтра и препятствующего процессам переноса в фильтрущем элементе.
Пример 2.
Пульпу, полученную в результате осаждения гидрооксид железа (II) раствором амиака, фильтруют на бельтинговой ткани для отделения гидрооксида железа (II) от водного раствора сернокислого аммония. Под действием ультразвука частотой 35 кГц и плотностью мощности акустического излучения в объеме фильтра (2÷4) кВт/м3 начальная скорость фильтрования увеличивается примерно вдвое и остается на том же уровне в течение, как минимум, 8 часов.
Пример 3.
Сульфат железа растворяют в воде до концентрации (100÷120) г/л и затем фильтруют в ультразвуковом поле для отделения механических примесей. Твердая фаза после фильтрования депонируется, а из жидкой фазы осаждают гидрооксид железа(II) раствором амиака, доводя рН до значения (7÷9). Полученный осадок отделяют ультразвуковым фильтрованием, промывают водой и направляют на операцию термического окисления, которую ведут при температуре (400÷500)°С в течение 2 часов, при этом получают пигмент красно-коричневого цвета, содержание оксида железа в котором составляет ≥98,7%.
Пример 4.
Сульфат железа растворяют в воде до концентрации (100÷120) г/л и затем фильтруют для отделения механических примесей. Твердая фаза после фильтрования депонируется, а из жидкой фазы осаждают гидрооксид железа (II) раствором аммиака, доводя рН до значения (7÷9). Полученный осадок отделяют ультразвуковым фильтрованием, промывают водой и направляют на операцию термического окисления, которую ведут при температуре (550÷650)°С в течение 2 часов, при этом получают пигмент красного цвета, содержание оксида железа в котором составляет ≥98,9%.
Пример 5.
Сульфат железа растворяют в воде до концентрации (100÷120) г/л и затем фильтруют в ультразвуковом поле для отделения механических примесей. Твердая фаза после фильтрования депонируется, а из жидкой фазы осаждают гидрооксид железа (II) раствором аммиака, доводя рН до значения (7÷9). Полученный осадок отделяют фильтрованием, промывают водой и направляют на операцию термического окисления, которую ведут при температуре (650÷700)°С в течение 2 часов, при этом получают пигмент красно-сиреневого цвета, содержание оксида железа в котором составляет 98,8%).
Пример 6.
Сульфат железа растворяют в воде до концентрации (100÷120) г/л и затем фильтруют в ультразвуковом поле для отделения механических примесей. Твердая фаза после ультразвукового фильтрования депонируется, а из жидкой фазы осаждают гидрооксид железа (II) раствором аммиака, доводя рН до значения (7÷9). Полученный осадок отделяют ультразвуковым фильтрованием, промывают водой и направляют на операцию термического окисления, которую ведут при температуре (650÷700)°С в течение 2 часов, при этом получают пигмент сиреневого цвета, содержание оксида железа в котором ≥98,4%.
Пример 7.
Сульфат железа растворяют в воде до концентрации (100÷120) г/л и затем фильтруют в ультразвуковом поле для отделения механических примесей. Твердая фаза после фильтрования депонируется, а из жидкой фазы осаждают гидрооксид железа (II) раствором аммиака, доводя рН до значения (7÷9). Полученный осадок отделяют ультразвуковым фильтрованием, промывают водой и направляют на операцию термического окисления, которую ведут при температуре (750÷1000)°С в течение 2 часов, при этом получают пигмент сиренево-черного цвета, содержание оксида железа в котором составляет ≥99.9%.
Пример 8.
Сульфат железа растворяют в воде до концентрации (100÷120) г/л и затем фильтруют в ультразвуковом поле для отделения механических примесей. В раствор сульфата железа добавляют аммиачную воду, доводя рН до (9,0÷9,5). Полученную суспензию отфильтровывают с получением кека гидроксида железа, который подвергается сушке и прокаливанию, с получением красного пигмента, и фильтрата.
Полученный фильтрат окисляют кислородом воздуха в течение (0,5÷1,0) часа. При этом получают желтый пигмент, который выделяют ультразвуковым фильтрованием и сушат при температуре не выше 120°С.
Жидкую фазу после первого и второго фильтрования во всех приведенных в примерах случаях объединяют и используют в качестве жидкого удобрения либо упаривают для получения удобрения в виде обезвоженного сернокислого аммония.
Проведенные нами дополнительные исследования по варьированию различных физических параметров процесса при поиске оптимальных режимов получения железооксидных пигментов показали, что при изменении каждого из указанных параметров как в сторону увеличения, так и уменьшения (при постоянстве остальных параметров) снижалась эффективность процессов. Исследования показали, что параметры заявленного способа в том виде, как он охарактеризован в изложенной формуле изобретения, оптимальны и изобретение может быть осуществлено с помощью описанных в заявке средств и методов.
Таким образом, изложенные выше сведения свидетельствуют о том, что представленное изобретение обладает заявленными свойствами и совокупность отличительных признаков описываемого способа обеспечивает достижение указанного результата.
В результате проведенного анализа уровня техники получения железооксидных пигментов аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения, не обнаружен, следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна".
Дополнительный поиск известных решений показал, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку подобраны новые условия переработки, а также совокупность и очередность технологических приемов, обеспечивающих малоотходное, ускоренное получение железооксидных пигментов широкой гаммы цветов, а также удобрения в качестве побочного продукта. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".
Для заявленного способа в том виде, как он охарактеризован в изложенной формуле изобретения, нет препятствий его осуществления на практике с использованием современных технических средств. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «промышленная применимость».
Claims (1)
- Способ получения железооксидных пигментов, включающий получение осадка гидроксида железа (II) защелачиванием аммиаком до значения рН 9,0-9,2 раствора, содержащего ионы сульфата железа (II), отделение полученного осадка фильтрованием и последующее термоокисление при температуре в интервале от 400 до 1000°С для получения пигмента требуемого цвета с параллельным окислением фильтрата кислородом воздуха до рН 4,1-4,7 для получения желтого пигмента железа (III), отделением желтого пигмента фильтрованием и его сушкой при температуре не выше 120°С, характеризующийся тем, что процессы фильтрования интенсифицируют ультразвуком с частотой 35 кГц в докавитационном режиме.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017117657A RU2656047C1 (ru) | 2017-05-23 | 2017-05-23 | Способ получения железооксидных пигментов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017117657A RU2656047C1 (ru) | 2017-05-23 | 2017-05-23 | Способ получения железооксидных пигментов |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2656047C1 true RU2656047C1 (ru) | 2018-05-30 |
Family
ID=62560228
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017117657A RU2656047C1 (ru) | 2017-05-23 | 2017-05-23 | Способ получения железооксидных пигментов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2656047C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2700071C1 (ru) * | 2019-03-06 | 2019-09-12 | Общество с ограниченной ответственностью "Гидрогранатовые пигменты" | Способ получения железосодержащих пигментов |
| RU2701939C1 (ru) * | 2019-04-12 | 2019-10-02 | Общество с ограниченной ответственностью "Гидрогранатовые пигменты" | Способ получения железооксидных пигментов |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU255445A1 (ru) * | Способ получения желтого железоокисногопигмента | |||
| US4459276A (en) * | 1981-09-17 | 1984-07-10 | Agency Of Industrial Science & Technology | Yellow iron oxide pigment and method for manufacture thereof |
| SU1313857A1 (ru) * | 1985-05-27 | 1987-05-30 | Днепропетровский химико-технологический институт им.Ф.Э.Дзержинского | Способ переработки сернокислого железосодержащего раствора |
| US6416723B1 (en) * | 1998-03-20 | 2002-07-09 | Bayer Aktiengesellschaft | Method for reprocessing waste acid to form gypsum and iron oxide |
| EA011176B1 (ru) * | 2008-04-24 | 2009-02-27 | Александр Николаевич Уперечкин | Способ получения железооксидных пигментов |
| RU2471836C1 (ru) * | 2011-06-23 | 2013-01-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный архитектурно-строительный университет" (ГОУВПО "ТГАСУ") | Способ получения железооксидных пигментов |
-
2017
- 2017-05-23 RU RU2017117657A patent/RU2656047C1/ru active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU255445A1 (ru) * | Способ получения желтого железоокисногопигмента | |||
| US4459276A (en) * | 1981-09-17 | 1984-07-10 | Agency Of Industrial Science & Technology | Yellow iron oxide pigment and method for manufacture thereof |
| SU1313857A1 (ru) * | 1985-05-27 | 1987-05-30 | Днепропетровский химико-технологический институт им.Ф.Э.Дзержинского | Способ переработки сернокислого железосодержащего раствора |
| US6416723B1 (en) * | 1998-03-20 | 2002-07-09 | Bayer Aktiengesellschaft | Method for reprocessing waste acid to form gypsum and iron oxide |
| EA011176B1 (ru) * | 2008-04-24 | 2009-02-27 | Александр Николаевич Уперечкин | Способ получения железооксидных пигментов |
| RU2471836C1 (ru) * | 2011-06-23 | 2013-01-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный архитектурно-строительный университет" (ГОУВПО "ТГАСУ") | Способ получения железооксидных пигментов |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2700071C1 (ru) * | 2019-03-06 | 2019-09-12 | Общество с ограниченной ответственностью "Гидрогранатовые пигменты" | Способ получения железосодержащих пигментов |
| RU2701939C1 (ru) * | 2019-04-12 | 2019-10-02 | Общество с ограниченной ответственностью "Гидрогранатовые пигменты" | Способ получения железооксидных пигментов |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4911760A (en) | Color pure iron oxide pigments, a process for their preparation | |
| CN106044799B (zh) | 氯化法钛白粉工艺中氯化钛渣及其滤液的综合利用方法 | |
| RU2656047C1 (ru) | Способ получения железооксидных пигментов | |
| RU2655336C1 (ru) | Способ получения железооксидных пигментов | |
| JP2023509228A (ja) | 硫酸法チタン白生産廃水の完全資源化リサイクル方法 | |
| US4701221A (en) | Process for the production of black pigments based on iron | |
| CN105110382A (zh) | 一种高纯γ-Fe2O3氧化铁红颜料的制备方法 | |
| AU2015310834B2 (en) | Preparation of iron (III) oxide pigment | |
| RU2007141195A (ru) | Использование способа осаждения титана | |
| SU841595A3 (ru) | Способ переработки водной суспензиигидРАТА дВуОКиСи ТиТАНА HA пигМЕНТ | |
| RU2497964C1 (ru) | Способ получения пентаоксида ванадия | |
| JPH0653573B2 (ja) | 新規な耐酸化性、耐熱性酸化鉄黒色顔料、それらの製造方法、及びそれらの使用 | |
| IL25249A (en) | Process for the preparation of hydrated iron oxides | |
| SU834047A1 (ru) | Способ получени железной лазури | |
| RU2157420C1 (ru) | Способ переработки ванадийсодержащих конвертерных шлаков | |
| RU2400505C2 (ru) | Способ получения железосодержащего пигмента | |
| SU1370124A1 (ru) | Способ синтеза коричневого железоокисного пигмента | |
| RU2592596C2 (ru) | Способ очистки растворов от селена и мышьяка | |
| JPS5950031A (ja) | 酸化鉄粉の精製方法 | |
| RU2113407C1 (ru) | Способ получения пигментного диоксида титана из титансодержащих отходов | |
| RU2451706C1 (ru) | Способ получения железокальциевого пигмента | |
| SU467085A1 (ru) | Способ получени желтого железоокисного пигмента | |
| RU2139307C1 (ru) | Способ получения кобальтсодержащих пигментов | |
| RU2097337C1 (ru) | Способ обработки растворов металлосодержащих сточных вод | |
| RU2253616C1 (ru) | Способ синтеза титанилоксалата бария |