Способ получения красного железооксидного пигмента

(51)09 1/24 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КРАСНОГО ЖЕЛЕЗООКСИДНОГО ПИГМЕНТА(71) Заявитель Учреждение образования Белорусский государственный технологический университет(72) Авторы Салоников Владимир Анатольевич Ещенко Людмила Семеновна Кордиков Василий Дмитриевич(73) Патентообладатель Учреждение образования Белорусский государственный технологический университет(57) Способ получения красного железооксидного пигмента, включающий растворение металлического железа в растворе серной кислоты, выделение из полученного раствора гептагидрата сульфата железа , его термообработку при 250 С с образованием основного сульфата железа , термообработку водной суспензии основного сульфата железа, фильтрование, промывку и сушку продукта, отличающийся тем, что термообработку водной суспензии основного сульфата железапроводят при температуре 100110 С в присутствии карбамида при массовом соотношении 4(2)22,равном 1(0,3-1)(3-10). Изобретение относится к технологии получения неорганических пигментов, используемых для окрашивания лакокрасочных, строительных материалов, различных видов пластмасс, бумаги. Известен способ получения глянцевого красного железооксидного пигмента путем диспергирования оксигидроксида железа - в водном растворе алюмината натрия и гидротермальной обработки полученной суспензии при температуре 250 С. Количество диспергируемого оксигидроксида железа составляет 25-500 г на 1000 г раствора алюмината, содержащего 10-350 г 23 и 10-525 г гидроксида щелочного металла на 1000 г раствора. Гидротермальную обработку проводят в течение 8 ч, добавляя растворимые соединения титана в количестве 50-330 г и минеральную кислоту в количестве 165-750 г на 1000 г пигмента. После обработки продукт промывают, сушат и измельчают 1. Недостатками данного метода являются использование в качестве сырья -,что существенно повышает стоимость конечного продукта, а также проведение синтеза при сравнительно высокой температуре. 8391 1 2006.08.30 Известен способ получения красного железооксидного пигмента, при котором суспензия, полученная смешением 1 М раствора соли железас 2 М раствором щелочного агента и раствором жидкого стекла, гидротермально обрабатывается при температуре 150330 С, причем в качестве солей железаиспользуется хлорид, сульфат или нитрат, а содержание 2 составляет 2-20 моль на 1 моль . Полученный осадок фильтруется,промывается и сушится 2. Недостатком данного метода является наличие жидких стоков, содержащих гидроксид, силикат натрия и сульфат, нитрат или хлорид натрия, а также энергоемкость способа в результате нагрева большого объема суспензии, содержащей до 70 воды. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является способ получения красного железооксидного пигмента, включающий окислительно-дегидратирующую сушку гептагидрата сульфата железас получением основного сульфата железас последующей его гидротермальной обработкой в растворе сульфата железапри температуре 140-160 С и при мольном соотношении 44 0,25-11 до получения гетита. Затем гетит смешивается с раствором сульфата железапри мольном соотношении 4 0,25-11 и гидротермально обрабатывается при 140-160 С. Из полученной суспензии выделяется осадок пигмента, промывается и сушится. Жидкая фаза после отделения осадка гетита обрабатывается железной стружкой, а затем подвергается вакуум-кристаллизации при 80-100 С и остаточном давлении 1,0-1,6 КПа с выделением гептагидрата сульфата железа , который направляют в исходный процесс. Маточник с этой стадии и промывные воды после промывки пигмента используют на стадии гидротермальной обработки гетита, а жидкую фазу после отделения гематита используют на стадии гидротермальной обработки основного сульфата железа 3. Недостатками данного способа являются 1. Многостадийность метода, связанная с применением ряда повторяющихся операций, таких как фильтрование и гидротермальная обработка. 2. Протекание процесса гидролиза 4 в кислой среде, что снижает скорость кристаллизации -е 2 О 3 и увеличивает растворимость образующегося осадка. 3. Проведение синтеза в интервале температур 140-160 С, для осуществления которого необходимо только специальное оборудование - автоклавы, работающие при повышенном давлении. Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является снижение температуры обработки, а также упрощение процесса производства. Поставленная задача достигается тем, что металлическое железо растворяют в растворе серной кислоты с последующим выделением из раствора гептагидрата сульфата железа, который термообрабатывают при 250 С с образованием основного сульфата железа, после этого 4 термообрабатывают в водном растворе карбамида при массовом соотношении 4(2)2 Н 2 О, равном 1(0,3-1)(3-10), при температуре 100-110 С с последующими фильтрованием, промывкой и сушкой осадка. Отличительными признаками предлагаемого способа являются 1. Введение в водную суспензию 4 карбамида при массовом соотношении 4 карбамид, равном 10,3-1 2. Параметры процесса термообработки температура 95-100 С, давление 1 атм массовое соотношение 4 Н 2 О 12-10. Гидротермальная обработка основного сульфата железав водном растворе или в растворе 4 приводит к его гидролизу с выделением в жидкую фазу серной кислоты и понижению рН до значения 0,6-0,7. При этом жидкая фаза содержит значительное количество соединений железа , что приводит к снижению выхода пигмента. Введение в водную суспензию 4 карбамида с последующим его разложением при нагревании позволяет нейтрализовать выделяющуюся серную кислоту и повысить 2 8391 1 2006.08.30 скорость гидролиза основного сульфата железа. Применение одновременно термического и щелочного гидролиза 4 позволяет проводить синтез гематита с высокой скоростью при более низкой температуре, чем только при термическом гидролизе. Увеличение скорости гидролиза 4 дает возможность проводить синтез гематита в одну стадию, что существенно упрощает процесс получения пигмента. Понижение температуры до 100-110 С позволяет применять для синтеза пигмента типовое оборудование, работающее при атмосферном давлении. При разложении карбамида рН суспензии составляет 4,5-6,8, т.е. в жидкой фазе присутствует сульфат аммония и избыток карбамида растворимость образующегося оксида железа в данной среде практически равна нулю,что обеспечивает выход пигментного оксида железа на уровне 97-98 . Разложение карбамида протекает одновременно во всем объеме суспензии, что способствует росту частиц осадка монодисперсного состава за счет равномерного образованию зародышей фазы -23. Одновременно с этим выделяющийся СО 2 обеспечивает перемешивание суспензии. Предпочтительно, согласно предлагаемому способу, массовое соотношение 4(2)2 10,3-1, т.к. при введении в суспензию меньшего количества карбамида резко снижается скорость гидролиза, а также выход пигментного оксида железа. Введение карбамида сверх указанного предела приводит к выделению аммиака при гидротермальной обработке суспензии. По предлагаемому способу предпочтительно массовое соотношение 4 Н 2 О 13-10. Повышение содержания воды в суспензии выше указанного предела приводит к уменьшению выхода -23. Понижение содержания Н 2 О ниже указанного предела затрудняет кристаллизацию гематита. По предлагаемому способу температура обработки составляет 100-110 С. Повышение температуры обработки суспензии связано с проведением процесса при повышенном давлении и необходимостью применения автоклавного оборудования, а снижение существенно уменьшает скорость образования -23. Жидкая фаза после фильтрования представляет собой раствор карбамида и сульфата аммония, на базе которого можно получать азотные или комплексные удобрения различных марок. Промывные воды используются для приготовления суспензии основного сульфата железа . Изобретение поясняется следующими примерами. Пример 1. 10 г металлического железа растворяется в 100 мл 20 серной кислоты, полученный гептагидрат сульфата железа термообрабатывается при температуре 250 С в течение 3 ч. 23 г 4 суспензируется в 70 мл воды, к смеси добавляется 23 г карбамида. После этого суспензия обрабатывается при температуре 95-100 С в течение 20 ч, осадок фильтрованием отделяется от жидкой фазы, промывается и сушится. Содержание 23 в осадке составляет 97,5 . Укрывистость полученного пигмента - 3,9 г/м 2, маслоемкость 20 г/100 г. Пример 2. 10 г металлического железа растворяется в 100 мл 20 серной кислоты, полученный гептагидрат сульфата железа термообрабатывается при температуре 250 С в течение 3 ч. 23 г 4 суспензируется в 230 мл воды, к смеси добавляется 23 г карбамида. После этого суспензия обрабатывается при температуре 95-100 С в течение 24 ч, осадок фильтрованием отделяется от жидкой фазы, промывается и сушится. Содержание 23 в осадке составляет 98,0 . Укрывистость полученного пигмента - 4,3 г/м 3, маслоемкость - 22 г/100 г. Пример 3. 10 г металлического железа растворяется в 20 серной кислоте, полученный гептагидрат сульфата железа термообрабатывается при температуре 250 С в течение 3 ч. 23 г 4 суспензируется в 70 мл воды, к смеси добавляется 7 г карбамида. После этого 3 8391 1 2006.08.30 суспензия обрабатывается при температуре 100 С в течение 24 ч, осадок фильтрованием отделяется от жидкой фазы, промывается и сушится. Содержание 23 в осадке составляет 97,2 . Укрывистость полученного пигмента - 4,9 г/м 3, маслоемкость - 24 г/100 г. Пример 4. 10 г металлического железа растворяется в 100 мл 20 серной кислоты, полученный гептагидрат сульфата железа термообрабатывается при температуре 250 С в течение 3 ч. 23 г 4 суспензируется в 230 мл воды, к смеси добавляется 7 г карбамида. После этого суспензия обрабатывается при температуре 100 С в течение 24 ч, осадок фильтрованием отделяется от жидкой фазы, промывается и сушится. Содержание 23 в осадке составляет 97,6 . Укрывистость полученного пигмента - 5,1 г/м 3, маслоемкость 20 г/100 г. Таким образом, по предлагаемому способу обработка основного сульфата железа проводится в одну стадию, а температура ее понижена на 30-60 С, что упрощает процесс и позволяет использовать оборудование, работающее при атмосферном давлении. Полученные по предлагаемому способу пигменты могут применяться для окрашивания продукции на предприятиях, производящих лакокрасочные и строительные материалы, бумагу, резину, пластмассы. Источники информации. 1. Патент США 4373963, МПК 4 С 09 С 1/24, 1983. 2. Патент США 5133805, МПК 5 С 09 С 1/22, 1992. 3. Патент СССР 1809833, МПК 3 С 09 С 1/24, 1993 (прототип). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4