低含錳人造金紅石母液制備氧化鐵紅的研究

鄧科，唐勇，緱可貞

(宜賓天原集團(tuán)股份有限公司，四川 宜賓 644004)

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【產(chǎn) 品】

低含錳人造金紅石母液制備氧化鐵紅的研究

鄧科*，唐勇，緱可貞

(宜賓天原集團(tuán)股份有限公司，四川 宜賓 644004)

人造金紅石；母液；氯化亞鐵；氧化鐵紅

通過(guò)一系列除雜過(guò)程，從人造金紅石母液中提取出純度較高的氯化亞鐵晶體，并采用雙水解的方法制得了氧化鐵紅；對(duì)制得的氧化鐵紅的形貌及其中金屬元素含量進(jìn)行了分析。結(jié)果表明:采用該方法制得的氧化鐵紅的雜質(zhì)金屬元素含量少，顆粒均勻規(guī)整，色澤鮮明；對(duì)氧化鐵紅進(jìn)行包膜處理，可解決其顆粒局部團(tuán)聚的問題。

目前，人造金紅石母液主要有石灰中和與魯斯納爐熱解兩種處理方式[1]。雖然這兩種方式都能有效地解決環(huán)保問題，但其副產(chǎn)品的附加值都比較低，因此，這兩種處理方式的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性不高。

筆者對(duì)人造金紅石母液提取高純氯化亞鐵進(jìn)行了系統(tǒng)的分析和研究，通過(guò)一系列除雜過(guò)程，獲得了純度較高的氯化亞鐵晶體，為后續(xù)對(duì)人造金紅石母液鐵質(zhì)元素的資源化利用奠定了基礎(chǔ)。對(duì)于錳含量較高的人造金紅石母液，因其提純出來(lái)的氯化亞鐵中仍含有較高的錳元素，可將其用于制備終端產(chǎn)品中需要錳元素的產(chǎn)品如錳鋅鐵氧體；而對(duì)于低錳鈦精礦生產(chǎn)人造金紅石副產(chǎn)的人造金紅石母液，其后續(xù)產(chǎn)品的選擇更為寬泛。在本試驗(yàn)中，筆者利用其純化后得到的氯化亞鐵，采用雙水解的方式制備氧化鐵紅。

1 試驗(yàn)部分

1.1 原料、儀器及其來(lái)源

試驗(yàn)用原料如下：人造金紅石母液，宜賓海豐和銳有限公司人造金紅石廠；二甲胺，分析純，成都市科龍?jiān)噭S；磷酸三鈉，分析純，成都市科龍?jiān)噭S；甲醛，分析純，成都市科龍?jiān)噭S；活性炭，成都市科龍?jiān)噭S；聚丙烯酰胺，分析純，成都市科龍?jiān)噭S；碳酸鈉，宜賓海豐和銳有限公司；氟化鈉，分析純，成都市科龍?jiān)噭S。

主要試驗(yàn)用儀器如下：天平，XP12002M，梅特勒托利多儀器有限公司；pH計(jì)，PB-21，賽多利斯股份公司；恒溫加熱磁力攪拌器，DF-101S，河南省予華儀器有限責(zé)任公司；馬弗爐，SDTGA100，湖南三德科技發(fā)展有限公司；輔助器材包括燒瓶、錐形瓶、溫度計(jì)，等等。

1.2 試驗(yàn)過(guò)程

首先對(duì)人造金紅石母液進(jìn)行氯化亞鐵的純化處理，分離人造金紅石母液中的水合二氧化鈦膠體，并通過(guò)精確控制逐步分離出鋁、鈣及鎂等，得到了高純氯化亞鐵溶液。在燒杯內(nèi)加入定量的一定濃度的氯化亞鐵溶液，將一定質(zhì)量的Na2CO3勻速地加入燒瓶?jī)?nèi)，并維持體系溫度在50 ℃左右，機(jī)械攪拌2 h直至水解結(jié)束，控制滴定終點(diǎn)的pH值在7左右；水解所得濾餅用蒸餾水洗滌兩次，將所得濾餅在80 ℃的干燥箱中干燥3 h，取出后研磨成粉，在500 ℃的馬弗爐中煅燒2 h，最終得到鮮紅色的氧化鐵紅。

試驗(yàn)流程如圖1所示。

圖1 人造金紅石母液提取高純氯化亞鐵 制備氧化鐵紅的工藝流程示意圖Fig.1 Process flow of extracting high-purity ferrous chloride from synthetic rutile mother liquor and subseqnently preparing iron oxide red

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 氧化鐵紅的粒度分析

氧化鐵紅的激光粒度分析如圖2所示。從圖2可以看到：以人造金紅石母液純化提取的氯化亞鐵制備的氧化鐵紅的粒子粒徑集中在0.3～5 μm的范圍內(nèi)，在這一粒度區(qū)間的顆粒超過(guò)80%，且分布相對(duì)集中。因此顆粒的均勻性比較好。

圖2 氧化鐵紅的激光粒度分析圖Fig.2 Laser particle size analysis of iron oxide red

2.2 氧化鐵紅的EDX分析

能量色散X射線光譜儀(EDX)分析是借助分析試樣發(fā)出的元素特征X射線波長(zhǎng)和強(qiáng)度測(cè)定元素的相對(duì)含量，對(duì)目標(biāo)樣微觀區(qū)域的元素分布進(jìn)行定性定量分析。氧化鐵紅的EDX分析圖如圖3、圖4所示，未研磨的氧化鐵紅實(shí)物照片如圖5、圖6所示。

圖3 低錳人造金紅石母液制備的氧化鐵紅的EDX分析圖Fig.3 EDX pattern of iron oxide red prepared from low-manganese synthetic rutile mother liquor

圖4 高錳人造金紅石母液制備的氧化鐵紅的EDX分析圖Fig.4 EDX pattern of iron oxide red prepared from high-manganese synthetic rutile mother liquor

圖5 低錳人造金紅石母液制備的氧化鐵紅Fig.5 Iron oxide red prepared from low-manganese synthetic rutile mother liquor

圖6 高錳人造金紅石母液制備的氧化鐵紅Fig.6 Iron oxide red prepared from high-manganese synthetic rutile mother liquor

由圖3～圖6分析結(jié)果顯示：高錳人造金紅石母液制備的氧化鐵紅樣表現(xiàn)出強(qiáng)烈的錳元素特征峰，其樣品色澤灰暗；采用低錳人造金紅石母液純化提取氯化亞鐵制備的氧化鐵紅色澤鮮亮?？梢?，對(duì)以氧化鐵紅為終端產(chǎn)品而言，控制其中的錳含量對(duì)產(chǎn)品的性能有重要的意義，錳離子含量的高低直接決定了氧化鐵紅的色澤及性能。這也是針對(duì)低含錳人造金紅石母液選擇氧化鐵紅為下游產(chǎn)品的主要原因。氧化鐵紅的金屬元素含量如表1所示。

通過(guò)對(duì)氧化鐵紅的金屬元素含量與氧化鐵紅標(biāo)樣的分析結(jié)果對(duì)比可以看出：對(duì)低含錳人造金紅石母液純化提取氯化亞鐵制備氧化鐵紅的各種金屬雜質(zhì)含量大部分低于氧化鐵紅標(biāo)樣，且鐵含量高于鐵紅標(biāo)樣。可見以低含錳人造金紅石母液制備氧化鐵紅具有技術(shù)可行性。對(duì)于高含錳人造金紅石母液，要分離除去金屬錳離子雜質(zhì)比較困難，建議將其用于制備對(duì)錳元素不敏感甚至是含有錳元素的一些鐵基產(chǎn)品。

2.3 氧化鐵紅的SEM分析

掃描電子顯微鏡(SEM)是介于透射電鏡和光學(xué)顯微鏡之間的一種微觀形貌觀察儀器，可直接利用樣品表面的物理性能進(jìn)行微觀成像。從氧化鐵紅的SEM分析圖(見圖7)可以看出：粒子形貌較好，大部分呈球形狀，且粒子大小比較均勻。

表1 氧化鐵紅中金屬元素含量的分析結(jié)果Table 1 Analysis results of metal element content of iron oxide red

注:1#樣品為低錳人造金紅石母液制備的氧化鐵紅；2#樣品為高錳人造金紅石母液制備的氧化鐵紅。

圖7 氧化鐵紅的SEM圖Fig.7 SEM image of iron oxide red

氧化鐵紅的SEM圖片還顯示出其粒子發(fā)生了局部團(tuán)聚，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因有可能是在其中存在有部分納米級(jí)的氧化鐵紅微粒。經(jīng)過(guò)研磨后，這些納米級(jí)的粒子存在晶體缺陷，導(dǎo)致粒子的表面活性點(diǎn)數(shù)目增加，使得這些具有活性表面的粒子通過(guò)界面發(fā)生相互作用而團(tuán)聚。

為解決氧化鐵紅粒子的局部團(tuán)聚，在后處理過(guò)程對(duì)其進(jìn)行包膜，通過(guò)表面活性劑吸附在氧化鐵紅粒子表面形成微胞狀態(tài)。由于活性劑的存在而產(chǎn)生了粒子間的排斥力，使得氧化鐵紅微粒彼此無(wú)法團(tuán)聚。

3 結(jié)語(yǔ)

低含錳人造金紅石母液純化提取氯化亞鐵制備氧化鐵紅具有技術(shù)可行性。得到的氧化鐵紅雜質(zhì)金屬元素含量少，顆粒均勻規(guī)整，色澤鮮明。對(duì)氧化鐵紅進(jìn)行包膜處理可解決其顆粒局部團(tuán)聚的問題，進(jìn)一步提升氧化鐵紅產(chǎn)品的品質(zhì)和性能。

[1] 鄧科，唐勇，孫永貴，等.人造金紅石的生產(chǎn)技術(shù)與發(fā)展前景[J].氯堿工業(yè)，2016，52(8)：31-37.

[編輯：董紅果]

Preparation of iron oxide red from low-manganese synthetic rutile mother liquor

DENGKe,TANGYong,GOUKezhen

(Yibin Tianyuan Group Co., Ltd., Yibin 644004, China)

synthetic rutile; mother liquor; ferrous chloride; iron oxide red

Through a series of process for impurity removal, higher-purity ferrous chloride crystal was extracted from synthetic rutile mother liquor, and iron oxide red was prepared by double hydrolysis. The morphology and metal element content of the prepared iron oxide red was analyzed. The results showed that the impurity metal element content of the iron oxide red prepared by this method was low; particles were uniform and regular, and had bright color; iron oxide red was coated, thus solving the problem of local agglomeration of particle.

鄧科(1977—)，男，碩士，化工工藝高級(jí)工程師，從事化工新材料和工藝過(guò)程的開發(fā)與應(yīng)用，現(xiàn)任宜賓天原集團(tuán)股份有限公司海豐和銳有限公司人造金紅石廠廠長(zhǎng)。

2017-03-08

TQ134.11

A

1008-133X(2017)05-0030-04