[發明專利]一種利用綠礬制備四氧化三鐵的方法

有效

• 申請號: 202010138292.0
• 申請日: 2020-03-03
• 公開（公告）號: CN111268743B
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發明（設計）人: 李明玉;計宏益;李宵萌
• 申請（專利權）人: 暨南大學;廣州綠華環保科技有限公司
• 主分類號: C01G49/08
• 分類號: C01G49/08
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 郭煒綿;陳燕嫻

本發明公開了一種利用綠礬制備四氧化三鐵的方法，該方法包括以下步驟：向綠礬溶液中加入分散劑，將堿性化合物溶液滴入綠礬溶液中，該過程控制混合溶液pH值為3.5～7.0；然后曝氣2小時以上，在空氣的氧化作用下亞鐵被氧化為前驅體；將綠礬溶液和前驅體混合，然后加入分散劑充分混合，調節混合液pH值為5～12，50?100℃攪拌反應2小時以上，制得四氧化三鐵沉淀。本發明是在常壓和體系溶液沸點以下的反應，條件溫和；通過精確控制前軀體與綠礬的加料比例，來控制亞鐵與三價鐵比例，過程精準控制，易于工業化生產。本發明方法制得的四氧化三鐵純度高，結晶度好，飽和磁化強度高，具有超順磁性，產品性能優。

技術領域

本發明屬于材料化學領域，具體涉及一種利用綠礬制備四氧化三鐵的方法。

背景技術

綠礬是硫酸消化鈦鐵礦(FeTiO₃)生產二氧化鈦而產生的工業固體副產物，其主要成分是七水硫酸亞鐵。隨著中國二氧化鈦產業的不斷發展和壯大，綠礬的年產生量約為700萬噸，并且這一數量還在逐年增加。

大部分綠礬被當做廢品處理，或長期露天堆置，不僅對環境造成嚴重威脅，還造成資源極大的浪費。因此，尋找一條行之有效的資源化利用途徑，已成為該行業關注的焦點問題。

四氧化三鐵因具有無毒、遮蓋力強、性能穩定和超順磁性等優點，在涂料、油墨、復印粉、陶瓷、水泥、建材、食品、醫藥等領域具有廣泛應用?，F有的四氧化三鐵的制備方法包括共沉淀法、溶膠-凝膠法、氣相火焰法、電化學法、微波和超聲輔助合成方法。

現有技術有一些利用綠礬制備四氧化三鐵的報道。

中國授權發明專利CN100503743C公開了用鈦白廢渣綠礬生產氧化鐵黑顏料的方法，該方法向綠礬溶液中加入碳酸鈣粉末，調節pH值3-5，保溫不少于30分鐘，制得硫酸亞鐵溶液；用燒堿或液氨中和硫酸亞鐵溶液至pH值為7-10；再用空氣氧化得到氧化鐵黑料漿。

中國專利申請CN105366729A公開了一種石灰為中和劑綠礬制備四氧化三鐵的方法，該方法是在裝有圓形磁環的攪拌器中，將綠礬溶液加熱至60～90℃，通入空氣或氧氣，加入石灰乳，控制溶液pH值為8-10，反應2-6h后，在磁環上生成四氧化三鐵。

上述兩份專利，分別首先加入了碳酸鈣和石灰乳，用于調整溶液的pH值，并先得到Fe(OH)₂，然后通入空氣將一部分Fe(OH)₂氧化為Fe(OH)₃，預留一部分Fe(OH)₂不被氧化。通過這樣方式做出來二價鐵源和三價鐵源，然后制備出Fe₃O₄。

但是上述做法無法準確控制原料中二價鐵和三價鐵的精確比例，因為，一是通入空氣需要多長時間不好控制和沒有定量的客觀判據，二是空氣中的氧氣究竟有多少量參與了氧化亞鐵的反應，更是無法定量控制。因此，上述方法的反應過程存在隨機性和不確定性。這就導致無論是通空氣時間過量或者不足，都會導致產品純度不高，即所得產品中二價鐵和三價鐵比例不當，無法滿足四氧化三鐵產品中必須是FeO:Fe₂O₃＝1:1的要求，最終難以得到具有優良性能和較高品質的四氧化三鐵產品。

另外，上述兩份專利中分別加入了碳酸鈣和石灰乳，這二種物質均可與綠礬反應得到了硫酸鈣沉淀。硫酸鈣沉淀的存在，大大降低了所得鐵黑產品的純度，并顯著影響鐵黑的理化性能。

上述兩份專利制備四氧化三鐵的原理如下：

Fe²⁺+2OH^-→Fe(OH)₂↓

4Fe(OH)₂+O₂+2H₂O→4Fe(OH)₃