Способ получения железооксидных пигментов

011176 Изобретение относится к технологии получения желтых и красных железооксидных пигментов, используемых при изготовлении лакокрасочных и строительных материалов, пластмасс, резины, бумаги и т.д. Для получения синтетических красных железооксидных пигментов в мировой практике наиболее распространенной является осадочно-прокалочная технология, основанная на предварительном получении желтого или черного железооксидного пигмента с последующим его прокаливанием при 600-900 С(1). Одним из видов сырья, который используется при получении желтых или черных железооксидных пигментов, являются растворы солей железа (II), образующиеся при травлении стали серной или соляной кислотами. Кроме того, в качестве сырья могут быть использованы соли железа (II) - отходы производства пигментного оксида титана. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ получения железооксидных пигментов путем переработки отработанных травильных растворов, содержащих соль железа (II), включающий приготовление суспензии зародышей гидроксида железа (II) взаимодействием водного раствора соли железа (II) со щелочным агентом с последующим окислением продуктов их взаимодействия, получение желтого пигмента путем смешения суспензии зародышей с раствором соли железа (II) и окисление полученной смеси при повышенной температуре при непрерывном введении нейтрализующего агента (гидроксида натрия, карбоната натрия, карбоната магния, оксида магния, гидроксида магния, оксида кальция, гидроксида кальция или аммиака), фильтрование, промывку, сушку,измельчение полученного желтого железооксидного пигмента и его прокаливание с получением красного железооксидного пигмента (2). Недостатками данного способа являются: 1) необходимость применения в качестве исходного сырья достаточно концентрированных растворов солей железа (II); 2) применение в качестве нейтрализующего агента гидроксида натрия карбоната натрия, карбоната магния, оксида магния, гидроксида магния, оксида кальция, гидроксида кальция или аммиака, что имеет ряд недостатков: образование значительного количества сложноутилизируемых сточных вод, содержащих соли натрия, магния или кальция; увеличение затрат на производство, связанное с высокой стоимостью гидроксида натрия, карбоната натрия; необходимость установки очистного оборудования для улавливания газообразного аммиака. Задачей, на решение которой направлен предлагаемый способ, является расширение сырьевой базы производства железооксидных пигментов за счет использования высоко- и низкоконцентрированных растворов солей железа (II), понижение затрат на очистку за счет исключения газообразных выбросов аммиака, а также упрощение переработки побочного продукта. Поставленная задача решается тем, что в раствор соли железа (II) при перемешивании вводят щелочной агент, смесь продувают воздухом, образующуюся суспензию зародышей смешивают с раствором соли железа (II), нагревают полученную смесь до температуры 55-75 С, окисляют ее кислородом воздуха в течение 20-60 ч с одновременной нейтрализацией щелочным агентом, в качестве которого применяют водную суспензию гидроксида железа (II) с pH 8,5-10, полученную путем осаждения гидроксида железа(II) при перемешивании аммиаком из раствора соли железа (II) с концентрацией железа (II) 5-140 г/л, с получением желтого железооксидного пигмента, после этого проводят его фильтрование, промывку,сушку, измельчение и прокаливание при 600-900 С с получением красного железооксидного пигмента. В качестве осадителя при получении водной суспензии гидроксида железа (II) используют жидкий аммиак,газообразный аммиак или водный раствор аммиака. Отличительным признаком данного способа является применение в качестве нейтрализующего агента на стадии получения желтого железооксидного пигмента водной суспензии аморфного гидроксида железа (II). Это позволяет в качестве исходного сырья на стадии получения нейтрализующего агента использовать растворы солей железа (II) как высоких, так и низких концентраций. По данному способу проводится предварительное осаждение и выделение из части исходных растворов аморфного гидроксида железа (II). Такой подход позволяет поддерживать необходимую концентрацию железа (II) в реакторе при получении зародышей и при синтезе желтого железооксидного пигмента как при применении высоко-, так и низкоконцентрированных исходных растворов. Второй целью стадии осаждения гидроксида железа (II) является получение нейтрализующего агента, а также упрощение процесса утилизации побочного продукта - растворов, образующихся после отделения гидроксида железа (II) от жидкой фазы. На данной стадии в качестве осадителя предпочтительно использовать жидкий или газообразный аммиак, водный раствор аммиака, а наиболее предпочтительно жидкий или газообразный аммиак, так как в данном случае не происходит увеличение объема образующейся суспензии и как следствие объема побочного продукта за счет разбавления. При применении аммиака в качестве осадителя образуются соли аммония, которые используются как азотные минеральные удобрения. Достоинством предлагаемого способа является то, что после выделения из суспензии гидро-1 011176 ксида железа (II) жидкая фаза представляет собой раствор солей аммония, практически не содержащий солей железа (II). Это предопределяет возможность его непосредственного использования в качестве жидкого азотного удобрения или получения на его основе других азотсодержащих удобрений. Применение в процессе синтеза желтого железооксидного пигмента в качестве нейтрализующего агента водной суспензии гидроксида железа (II) предотвращает выброс аммиака с отходящими газами. В данном случае упрощается технологическая схема очистки газообразных выбросов за счет исключения стадии улавливания аммиака из отходящих газов. Температурный интервал при синтезе желтого железооксидного пигмента, составляющий 55-75 С,обусловлен тем, что при более низкой температуре значительно понижается интенсивность процесса, а повышение температуры сверх указанного предела приводит к резкому возрастанию энергозатрат из-за увеличения испарения воды в реакторе. Продолжительность синтеза желтого железооксидного пигмента по данному способу составляет от 20 до 60 ч. При продолжительности менее 20 ч образуются продукты низкого качества, характеризующиеся невысокой кроющей способностью и чистотой цвета. Прокаливание таких продуктов приводит к образованию низкокачественных красных пигментов. Повышение продолжительности более 60 ч нецелесообразно из-за низкой интенсивности процесса на заключительной стадии синтеза. Прокаливание желтого железооксидного пигмента целесообразно проводить в интервале температур от 600 до 900 С, так как данный температурный интервал обеспечивает получение пигментов с высокими техническими характеристиками. Повышение температуры сверх указанного предела приводит к значительной агрегации частиц пигмента, вызванной их спеканием, а при более низкой температуре обработки значительно ухудшается качество пигмента. Образующаяся после синтеза желтого железооксидного пигмента жидкая фаза, содержащая 5-20 г/л железа (II), используется для разбавления исходной суспензии при использовании высококонцентрированных исходных растворов или направляется на стадию осаждения гидроксида железа (II). Промывные воды после отмывки пигмента частично используются для компенсации потерь воды, вызванных упаркой суспензии при синтезе. Остальная промывная вода смешивается с жидкой фазой, которая направляется на осаждение гидроксида железа (II). Изобретение поясняется следующими примерами. Пример 1. Получение желтого железооксидного пигмента. Приготовление нейтрализующего агента - аморфного гидроксида железа(II) осуществляют введением при интенсивном перемешивании в 250 мл раствора соли железа (II) с концентрацией железа (II) 80 г/л водного 25%-ного раствора аммиака со скоростью 5 мл/мин до pH 9. Полученная смесь выдерживается при перемешивании 30-60 мин и разделяется фильтрованием. После фильтрования образуется жидкая фаза с остаточным содержанием железа (II)0,02 г/л. Для приготовления зародышей кристаллизации -FeOOH в лабораторный реактор при перемешивании вводят 250 мл раствора, содержащего 80 г/л железа (II), и после этого - 20 мл водного 25%-ного раствора аммиака. Через образующуюся суспензию продувают воздух с расходом 0,5 л/мин. Окисление проводят при 20-25 С в течение 2 ч до снижения pH суспензии от 6,5 до 3,0. После получения зародышей к реакционной массе добавляют 250 мл раствора с содержанием железа (II) 80 г/л, нагревают полученную смесь до температуры 75 С и пропускают воздух с расходом 0,5 л/мин в течение 20 ч. Значение pH поддерживается на уровне 3,60,2 путем постоянного добавления суспензии гидроксида железа (II). Полученный твердый продукт массой 32 г отделяют фильтрованием от жидкой фазы, промывают, сушат и измельчают. Цвет пигмента - светло-желтый, укрывистость - 12 г/м 2, светлота L - 68,2, а - 13,8, b 53,1. Пример 2. Получение желтого железооксидного пигмента. Приготовление нейтрализующего агента - аморфного гидроксида железа (II) осуществляют введением при интенсивном перемешивании в 250 мл раствора соли железа (II) с концентрацией железа (II) 20 г/л водного 25%-ного раствора аммиака со скоростью 5 мл/мин до pH 9. Полученная смесь выдерживается при перемешивании 30-60 мин и разделяется фильтрованием. После фильтрования образуется жидкая фаза с остаточным содержанием железа (II)0,02 г/л. Для приготовления зародышей кристаллизации -FeOOH в лабораторный реактор при перемешивании вводят 250 мл раствора, содержащего 80 г/л железа (II), и после этого - 20 мл водного 25%-ного раствора аммиака. Через образующуюся суспензию продувают воздух с расходом 0,5 л/мин. Окисление проводят при 20-25 С в течение 2 ч до снижения pH суспензии от 6,5 до 3,0. После получения зародышей к реакционной массе добавляют 250 мл раствора с содержанием железа (II) 80 г/л, нагревают полученную смесь до температуры 75 С и пропускают воздух с расходом 0,5 л/мин в течение 40 ч. Значение pH поддерживается на уровне 3,60,2 путем постоянного добавления суспензии гидроксида железа (II). Полученный твердый продукт массой 52 г отделяют фильтрованием от жидкой фазы, промывают, сушат и измельчают. Цвет пигмента - желтый, укрывистость - 13 г/м 2, светлота L - 64,9, а - 17,0, b - 58,8. Пример 3. Для получения красного железооксидного пигмента 20 г желтого пигмента, полученного по приме-2 011176 ру 1, помещают в муфельную печь, нагревают до 600 С со скоростью 10/мин и выдерживают в течение 2 ч, достают из печи и охлаждают до комнатной температуры. Цвет пигмента - красный, укрывистость 5 г/м 2, светлота L - 40,3, а - 29,1, b - 22,3. Пример 4. Получение красного железооксидного пигмента. Для получения красного железооксидного пигмента 50 г желтого пигмента, полученного по примеру 2, помещают в муфельную печь, нагревают до 850 С со скоростью 10/мин и выдерживают в течение 2 ч, достают из печи и охлаждают до комнатной температуры. Цвет пигмента - темно-красный, укрывистость - 7 г/м 2, светлота L - 34,8, а - 28,9, b - 22,6. Таким образом, по предлагаемому способу возможно получение пигментов переработкой как высоко-, так и низкоконцентрированных растворов солей железа (II), не требуется дополнительная очистка побочных продуктов от соединений железа (II), что упрощает процесс их утилизации, а также снижается себестоимость производства за счет уменьшения затрат на газоочистное оборудование. Полученные по предлагаемому способу пигменты могут применяться в составах продукции предприятий, производящих лакокрасочные, строительные материалы, бумагу, резину, пластмассы. Библиографические данные источников информации. 1. Корсунский Л.Ф., Калинская Т.В., Степин С.Н. Неорганические пигменты: Справочник. - СПб.: Химия, 1992. - 336 с. 2. Заявка 19746262 ФРГ, МКИ 6 С 09 G 49/06, С 09 С 1/24. Verfahren zur Herstellimg von Eisenoxidrotpigmenten und deren Verwendung / R. Braun, E. Bayer, U. Meisen; Bayer AG. -P 19746262; Заявл. 20.10.97; Опубл. 22.04.99. // Изобретения стран мира. - 2001. -6. - С. 10. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ получения железооксидных пигментов, включающий получение суспензии зародышей путем введения в раствор соли железа (II) щелочного агента при перемешивании, продувания полученной смеси воздухом, смешение суспензии зародышей с раствором соли железа (II), нагревание полученной смеси, окисление ее кислородом воздуха с одновременной нейтрализацией щелочным агентом,фильтрование полученного желтого железооксидного пигмента, его промывку, сушку, измельчение и прокаливание с получением красного железооксидного пигмента, отличающийся тем, что в качестве щелочного агента на стадии синтеза желтого железооксидного пигмента используют водную суспензию гидроксида железа (II) с pH 8,5-10, полученную из раствора соли железа (II) с концентрацией железа (II) 5-140 г/л путем осаждения гидроксида железа (II) жидким аммиаком при перемешивании, нагревание смеси суспензии зародышей с раствором соли железа (II) производят до температуры 55-75 С, синтез желтого железооксидного пигмента производят в течение 20-60 ч, прокаливание с получением красного железооксидного пигмента производят при температуре 600-900 С. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве щелочного агента на стадии синтеза желтого железооксидного пигмента используют водную суспензию гидроксида железа (II) с pH 8,5-10, полученную из раствора соли железа (II) с концентрацией железа (II) 5-140 г/л путем его осаждения водным раствором аммиака при перемешивании. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве щелочного агента на стадии синтеза желтого железооксидного пигмента используют водную суспензию гидроксида железа (II) с pH 8,5-10, полученную из раствора соли железа (II) с концентрацией железа (II) 5-140 г/л путем его осаждения газообразным аммиаком при перемешивании.