云母氧化鐵的制備與應(yīng)用

摘要:介紹了云母氧化鐵的性質(zhì)、制備方法和應(yīng)用前景,著重探討了云母氧化鐵的合成技術(shù),指出了我國(guó)云母氧化鐵生產(chǎn)、應(yīng)用動(dòng)態(tài)和今后發(fā)展的方向,指出開(kāi)發(fā)利用天然云母氧化鐵和由鐵資源尤其是工業(yè)副產(chǎn)鐵資源合成的云母氧化鐵在我國(guó)具有很重要的意義。
 

1制備技術(shù)

1.1機(jī)械加工法

天然云母氧化鐵的生產(chǎn)一般是采用機(jī)械加工法,工藝簡(jiǎn)單,便于操作,但產(chǎn)品雜質(zhì)含量高,純度多在80%~90%之間,沒(méi)有規(guī)整的外形,粒度分布不均勻,很難滿足一些*精細(xì)顏料的要求。

1.2熔鹽高溫絡(luò)合物氧化法

該法以廢鐵屑為原料,用氯氣氯化成無(wú)水氯化鐵,再與工業(yè)食鹽反應(yīng)生成熔融復(fù)合物,熔融復(fù)合物在高溫下氧化成云母氧化鐵。反應(yīng)分3步進(jìn)行:

氯化:2Fe+3Cl22FeCl32FeCl3+Fe3FeCl22FeCl2+Cl22FeCl3

絡(luò)合:FeCl3+NaClNaFeCl4FeCl2+NaClNaFeCl3

氧化:2NaFeCl4+3/2O2-Fe2O3+2NaCl+3Cl2

2NaFeCl3+3/2O2-Fe2O3+2NaCl+2Cl2

該反應(yīng)器是一個(gè)襯有耐火材料的圓柱型鋼殼,反應(yīng)器中裝有瓷球作為反應(yīng)支充物,反應(yīng)時(shí)將瓷球、鐵屑和工業(yè)食鹽混合,置于反應(yīng)器中。為保證產(chǎn)品質(zhì)量,瓷球應(yīng)均勻分散反應(yīng)物中。瓷球同時(shí)還可作為該反應(yīng)的氣體分布器。將填充物料底部預(yù)熱至700℃左右,然后通入氯氣和空氣的混和物,氯與預(yù)熱后的鐵屑和工業(yè)食鹽反應(yīng)形成一個(gè)反應(yīng)區(qū),在瓷球的表面形成一層NaFeCl4和NaFeCl3的膜(控制膜的厚度大于150um)。通入空氣使NaFeCl4和NaFeCl3膜氧化為片狀氧化鐵晶體并放出氯氣。放出的氯氣向反應(yīng)器上方移動(dòng)又形成一個(gè)新的反應(yīng)區(qū),重復(fù)上述步驟,直至反應(yīng)達(dá)到頂部。反應(yīng)完畢后,將合成的云母氧化鐵從瓷球上取下,收集在過(guò)濾器中,洗滌至不含氯化物,干燥、磨碎、篩分包裝得產(chǎn)品。反應(yīng)介質(zhì)氯氣和NaCl可回收使用。

該工藝中通過(guò)調(diào)節(jié)瓷球的大小和鐵原料與瓷球的重量比來(lái)控制產(chǎn)品云母氧化鐵的厚度與片徑。厚度可在05~5um、片徑在1~100um之間變化,Fe2O3含量可達(dá)97.5%左右。該法的反應(yīng)為放熱反應(yīng),所以只要預(yù)熱引發(fā)反應(yīng),以后則可靠自身反應(yīng)熱維持反應(yīng)溫度,因而有能耗低的特點(diǎn)。

1.3水熱處理法

1.3.1FeSO4直接氧化法

該法是以鈦白副產(chǎn)硫酸亞鐵為原料來(lái)合成云母氧化鐵。硫酸亞鐵在60℃溶于水制成飽和溶液,并在此溫度下氧化成水合硫酸鐵漿液,再與水合氫氧化鈉反應(yīng)生成水合氫氧化鐵膏狀物。然后在150℃以上和過(guò)量堿存在的條件下,在高壓釜中進(jìn)行水熱處理,即有六角形晶粒結(jié)晶析出。然后降溫至80℃分離得產(chǎn)品,殘液中的NaOH經(jīng)分離后可以重新使用。

所用氧化劑是氯酸鈉;水熱處理的*低溫度是150℃,低于此溫度水熱結(jié)晶不能進(jìn)行;*佳溫度宜控制在180~220℃;蒸汽壓力在1.0~2.3MPa。產(chǎn)品云母氧化鐵的粒徑明顯的受反應(yīng)系統(tǒng)中氫氧化鈉濃度的影響,氫氧化鈉濃度越大產(chǎn)品粒徑相應(yīng)的就越大。當(dāng)氫氧化鈉濃度在5~14mol/L范圍變化時(shí),粒徑則在20~50um之間變化。

為了得到較大粒徑的云母氧化鐵,美國(guó)的Ado等在FeSO4氧化后的漿液中加入一種結(jié)晶添加劑硼酸或硼酸鹽以促進(jìn)水熱結(jié)晶過(guò)程中晶粒的生長(zhǎng),這樣制得的云母氧化鐵粒徑范圍為30~100um.

1.3.2FeSO4間接氧化法

該法是將FeSO4溶于水,加入Na2CO3,生成FeCO3沉淀。將沉淀洗滌后放入高壓釜中,加入過(guò)量堿,密閉高壓釜,持續(xù)通入氧氣并維持一定壓力,升溫至一定溫度進(jìn)行氧化反應(yīng)和結(jié)晶,然后繼續(xù)升溫至一定溫度進(jìn)行結(jié)晶陳化。冷卻后過(guò)濾、洗滌、干燥即得云母氧化鐵晶粒。氧化階段的溫度通常控制在150~260℃,時(shí)間在4~7h。結(jié)晶陳化溫度控制在250~280℃,時(shí)間在2~3h。此法也可以用CaO做為Fe2+的沉淀劑,反應(yīng)液中的SO2-4則以石膏的形式沉淀析出,反應(yīng)結(jié)束后利用沉積作用將其與云母氧化鐵分開(kāi),并且此法采用氧氣作為氧化劑不會(huì)產(chǎn)生二次污染物,NaOH又可以循環(huán)利用,因此,該法若能解決設(shè)備的耐壓?jiǎn)栴},可以作為解決當(dāng)今鈦白生產(chǎn)中大量副產(chǎn)FeSO4(1t鈦白副產(chǎn)3.5~4t硫酸亞鐵)去路問(wèn)題的一種途徑。

通過(guò)控制反應(yīng)系統(tǒng)中NaOH濃度和氧氣的壓力可控制產(chǎn)品云母氧化鐵的粒徑。NaOH濃度通常控制在8~12mol/L,調(diào)節(jié)氧氣的壓力得到的產(chǎn)品的粒徑為5~70um,Fe2O3含量為97%~98%,顏色有銀灰色和紫色兩種。

1.3.3磁鐵礦氧化法

該法是將鐵礦石、FeCl2等含鐵原料和NaOH放入高壓釜中,釜中空氣用N2置換掉,攪拌升溫反應(yīng),首先生成磁鐵礦微小晶粒。然后冷卻至90℃再加入氧化劑NaClO3,升溫至一定溫度進(jìn)行水熱氧化反應(yīng)和結(jié)晶,即有六角形片狀晶粒析出。再冷卻至室溫,過(guò)濾、洗滌、干燥、即得云母氧化鐵。

此法中云母氧化鐵的粒徑受水熱反應(yīng)體系中的堿液濃度、溫度和體系的升溫速率等控制。在較高的堿液濃度、溫度和較慢的升溫速率條件下,會(huì)得到較大粒徑的云母氧化鐵晶粒。同時(shí)還受*步中生成的磁鐵礦微小晶粒的粒徑影響。為此要制得理想粒徑的云母氧化鐵,首先要制得理想的磁鐵礦微小晶粒。利用此法制得的產(chǎn)品粒徑為1~50um,Fe2O3含量可達(dá)99.0%。

2云母氧化鐵的應(yīng)用

2.1防銹顏料

云母氧化鐵主要用作防銹顏料。云母氧化鐵的片狀結(jié)構(gòu)具有優(yōu)良的屏蔽性。還具有反射外來(lái)光線、吸收紫外線、降低紫外線對(duì)漆膜的破壞作用。因此,被廣泛用作永久性鋼建筑的防銹顏料,如橋梁、塔架、護(hù)欄、車輛、船舶面漆等。使用壽命都達(dá)15a以上。

2.2珠光顏料

利用云母氧化鐵的片狀性、無(wú)毒性、光澤性、對(duì)酸、堿、有機(jī)溶劑的穩(wěn)定性和吸收紫外線的能力,進(jìn)一步開(kāi)發(fā)出各種功能顏料和珠光顏料,如用作化妝品、印刷油墨、太陽(yáng)霜、太陽(yáng)傘、皮革、食品包裝和室外建筑裝飾材料面漆等。國(guó)內(nèi)已有部分生產(chǎn)商已經(jīng)或正在開(kāi)發(fā)這些產(chǎn)品。其價(jià)格昂貴,有的在萬(wàn)元/t以上,前景看好。