您現在的位置是:首頁 > 成果推介 >

環保壓力下氧化鐵顏料行業如何發展
[點擊量:112] [作者:] [日期:2020-04-07]





  氧化鐵顏料是一種非常重要的無機彩色顏料,具有良好的顏料品質,應用領域十分廣闊。就氧化鐵紅的生產而言,其生產方法分為干法和濕法兩種。其中干法主要包括綠礬(即七水硫酸亞鐵)煅燒法、鐵黃煅燒法、鐵黑煅燒法,此外還有以赤鐵礦為原料的天然氧化鐵礦物超細粉碎法等。濕法工藝主要包括硫酸鹽(即硫酸亞鐵或含有硫酸亞鐵的溶液)法、硝酸鹽(即硝酸鐵、硝酸亞鐵或含有硝酸鐵鹽的溶液)法、混酸法;濕法工藝按照二步氧化過程所使用的中和劑不同,又可分為鐵皮法和氨法。生產氧化鐵黃和氧化鐵黑的工藝方法主要為濕法。 

  縱觀我國氧化鐵顏料生產工藝現狀,普遍存在著廢氣、廢水對環境造成影響的問題。在環保法規完善、環保要求日益提高、環保執法力度日益增強的今天,如何確保氧化鐵顏料行業可持續、穩定發展呢?  

  這里,結合我國氧化鐵顏料生產工藝進行一些淺要分析。  

  我國現行的氧化鐵顏料生產工藝有干法和濕法兩種。其中濕法為主流工藝,干法目前已不多采用。    

  一、關于干法工藝

  干法工藝是我國傳統、原始的氧化鐵紅生產工藝,其優點是生產工藝簡單、流程短,設備投資相對較少。缺點是產品質量稍差,而且煅燒過程有有害氣體產生,對環境有明顯影響。如鐵礬煅燒法,煅燒過程有大量的含硫氣體產生。  

  近年來,基于對含鐵廢棄物的綜合利用,我國又出現了硫酸燒渣法、鐵礦粉酸化焙燒法等干法工藝,其優點是工藝簡單、投資少,缺點是所產產品質量層次較低,只能應用于低端領域,而且生產過程有大量的有害氣體產生,對環境影響較大。 

 

  二、關于濕法工藝

  濕法工藝是以硫酸亞鐵或硝酸亞鐵、硫酸鐵、硝酸鐵為原料,采用先制備晶種,后氧化制備鐵紅的氧化鐵紅生產方法。所用原料既可以是硫酸亞鐵、硝酸亞鐵固體原料,也可以是含有硫酸亞鐵、硝酸亞鐵、硫酸鐵、硝酸鐵的水溶液。所使用的中和劑既可以是鐵皮、鐵屑,也可以是堿或氨。  

  近幾年來,基于對工業廢棄物的綜合利用,又產生了以鈦白副產硫酸亞鐵或硫酸鐵溶液、以鋼廠酸洗廢酸或廢水為原料制備氧化鐵紅工業顏料的方法,但都歸屬于濕法工藝范疇。所使用的中和劑仍然為鐵皮、鐵屑、堿或氨。  

  濕法工藝的優點在于所得產品質量性能優異,可以制備出不同型號的系列化氧化鐵顏料產品。缺點在于工藝流程較長,生產過程能耗高,有大量的廢氣和酸性廢水產生,目前缺少有效的綜合利用途徑,對環境影響較大。  

01、

硫酸法工藝

  以七水硫酸亞鐵或硫酸鐵,或含有水硫酸亞鐵、硫酸鐵的廢酸、水溶液為原料,首先對鐵鹽或鐵鹽溶液進行凈化處理以去除其中的雜質,然后嚴格控制工藝條件以氫氧化鈉或氨為中和劑制備晶種。再將所制得的晶種轉入二步氧化合成反應器,在加溫的條件下嚴格控制工藝條件,投入氫氧化鈉或氨調整體系pH值,再通入空氣進行氧化制得晶種。將所制得的合格晶種轉入氧化合成反應器,調整pH值和溫度條件,投入鐵皮或鐵屑以中和氧化過程所產生的酸,通入空氣進行氧化反應,氧化過程連續不斷的加入鐵鹽溶液,當反應體系的色光達到目標色光標準時,停止反應經過濾分離出氧化鐵紅產品。分離所產生的母液為含有硫酸鈉(以氨為中和劑時含有硫酸銨)的酸性廢水。該工藝的最明顯缺點在于有大量的酸性廢水產生,缺少可靠的控制與循環利用方法。  

02、

硝酸法工藝

  基本原理同硫酸法工藝,所不同的是所使用的鐵鹽為鐵的硝酸鹽。其優點在于所得產品質量優于硫酸法,缺點是生產成本高,生產過程有有害氣體(一氧化氮)和酸性廢水產生。酸性廢水中含有大量硝酸鹽,目前無可靠的綜合利用途徑。 

03、

混酸法工藝

  混酸法是首先制備硫酸亞鐵溶液和硝酸亞鐵溶液,然后以硝酸亞鐵溶液為原料,以堿或氨為中和劑制備晶種。然后將晶種轉入氧化合成反應器,調整溫度和pH值,投入鐵皮或鐵屑作為中和劑,通風氧化。氧化過程加入硫酸亞鐵和硝酸亞鐵溶液(根據所制備目標產品的需要隨機調整二者滴加比例和速度)進行氧化反應,當反應體系的色光達到目標色光標準時,停止反應經過濾分離出氧化鐵紅產品。分離所產生的母液為含有硫酸鹽和硝酸鹽的酸性廢水。該工藝的優點是產品質量好,可以達到硝酸法產品質量狀態,但缺點在于有大量的酸性廢水產生,缺少可靠的控制與循環利用方法。  

04、

氨法工藝

  氨法工藝所產生的酸性工藝廢水所含的主要成份為硫酸銨,在以氯化鐵或氯化亞鐵為原料時則為氯化銨。由于對廢水處理后可以回收硫酸銨或氯化銨產品,因此無廢水排放。也因此被視為一種發展前景看好的氧化鐵顏料環保型生產工藝。但由于國內對該工藝的研究相對較少,又缺乏相應的工業化實踐經驗,存在著晶種制備及二步氧化工藝條件不完善,產品質量不穩定等不足,因此應用受到限制。  

  氨法生產氧化鐵紅可以使用的原料有七水硫酸亞鐵、硝酸鐵、氯化亞鐵、硫酸鐵、氯化鐵晶體,也可以是含有上述鐵鹽的廢酸、廢水,也可以是含鐵工業固體廢棄物等。工藝過程為:  

  以硫酸亞鐵為原料為例:首先將硫酸亞鐵溶解并做凈化處理,然后將硫酸亞鐵溶液定量的投入到晶種制備反應器中,整溶液的pH,然后控制工藝條件,通空氣氧化制得晶種。  

  將晶種轉入鐵紅氧化合成反應器,調整體系相關條件后,再以空氣為氧化劑進行氧化,氧化過程加入硫酸亞鐵溶液和氨水,當反應體系的色光接近目標產品色光時,停止反應,經過濾、洗滌、干燥、包裝制得氧化鐵紅工業顏料。  

  過濾過程所產生的氧化鐵紅母液主要成份為硫酸銨,經蒸發、結晶、分離收得副產品硫酸銨。  

  該工藝的優點是生產成本低,廢水可以綜合利用,對環境無明顯影響。缺點是產品質量不穩定,回收硫酸銨過程需要消耗大量的熱能,硫酸銨附加值較低。

  

  綜上所述,目前我國氧化鐵顏料的生產工藝有多種,但就氧化鐵紅和氧化鐵黃兩大主體產品而言,主流工藝為混酸法,混酸法的優點是產品質量較好,工藝成熟可靠,但不足是有大量酸性廢水產生,缺少可靠的綜合利用途徑。在所述工藝中,比較環保的為氨法,但存在的問題是產品質量不穩定,廢水綜合利用成本較高。這種狀況將在一定程度上制約著氧化鐵顏料行業的可持續、穩定發展。  

  那么,氧化鐵顏料行業發展的出路在哪里?  

  筆者認為,氧化鐵顏料行業發展的出路在于研究開發既能保證和提升產品質量,又能降低生產成本,還能實現對生產過程所產生廢氣、廢水循環利用的綠色、環保型氧化鐵顏料生產技術。  

  南陽東方應用化工研究所以現有氨法工藝為基礎,歷經兩年研究,解決了氧化鐵顏料生產過程鐵鹽溶液凈化、晶種制備、氧化合成、質量控制、廢水廢氣的全封閉綜合利用等關鍵技術,形成了堿循環法氧化鐵顏料生產新工藝。該工藝不僅產品質量達到混酸法水平,而且通過對工藝廢水的綜合利用,收得了氨水循環使用,生產過氨程補充率不大于5%,有效降低了氧化鐵顏料生產成本。廢水利用過程所得高品質半水石膏符合工藝石膏、模具石膏標準。此外,使反應時間較混酸法縮短55%,提升了設備利用率,大幅度降低了能耗。目前,該工藝已申請專利并實現產業化。  

  綜上所述,我國氧化鐵顏料行業發展的出路,一是降低成本,提升品質,二是要切實有效地解決生產過程對環境的污染問題。堿循環法氨法氧化鐵顏料生產工藝具有生產成本低,產品質量穩定,附加值高,無三廢排放等優勢。這無疑給環保壓力日益增大氧化鐵顏料行業帶來了生機和希望。


更多>>專家介紹

肖景波,高級工程師,中國化工學會無機酸堿鹽專業委員會第三、四屆硼化物專家組副組長,中國綠色建材產業發展聯盟工業固廢專業委員會學術委員會委員,《硼化合物生產與應用》第一副主編,中國硼工業新人貢獻獎獲得者,全國無機鹽先進科技工作者。曾參與了《無機鹽工藝學》等學術專著的編寫,發表學術論文40余篇。多年來主要從事非金屬礦綜合利用、濕法冶金、工業廢棄物綜合利用、硼、鎂化合物制備工藝研究。擁有40余項科技成果,具有扎實的理論基礎和豐富的工業實踐經驗。

四肖精准期期中特