用黄铵铁矾制备红外反射颜料和硫酸钙的工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种用黄铵铁矾制备红外反射颜料和硫酸钙的工艺，其特征是用碱溶液分解黄铵铁矾，得到氢氧化铁和硫酸盐溶液。以黄铵铁矾分解产生的氢氧化铁为铁源，利用氢氧化铁沉淀时共同沉淀和吸附的金属元素为掺杂相，外加入含铬的物质制备具有红外反射的颜料。本发明不仅可解决黄铵铁矾的环境问题，还可变废为宝，还可得到高档颜料。在黄铵铁矾分解时，在产生的硫酸盐溶液中加入电石渣，可回收碱溶液，并得到石膏副产品。
【专利说明】用黄铵铁矾制备红外反射颜料和硫酸钙的工艺
【技术领域】
[0001]本发明涉及高档颜料的制备方法，特别涉及一种利用铅锌冶炼过程中产生的黄铵铁矾作为原料制备高档颜料的方法。
【背景技术】
[0002]近十年来，我国铅锌冶金保持了快速增长的势头，2010年，铅锌总产量达到958.10万吨。对于年产10万吨的湿法工艺生电锌厂，若锌精矿含铁以8%计，则每年产出的黄铵铁矾约为5.3万吨，一般就近建设渣场堆存，不但占用宝贵的土地资源，而且铁矾渣中的重金属，如Zn、Cu、Cd、Pb、As和Sb等，在自然堆存条件下会不断溶出从而污染地下水和土壤[陈永明，唐谟堂，第19卷第7期中国有色金属学报杨声海，等.NaOH分解含铟铁矾渣新工艺[J].中国有色金属学报，2009，19 (7):1322—1331]。我国铅锌金属产量已连续多年位居世界第一。在产品产能飞速发展的同时，生产过程中的黄铵铁矾的处理问题逐步凸现，不仅关系到资源的综合循环利用，而且更关系到对自然环境的影响。
[0003]黄铵铁矾在碱溶液中将发生分解，生产氢氧化铁和硫酸盐；如果溶液中有亚铁离子，黄铵铁矾分解后将有四氧化三铁产生，反应方程式如下[陈永明，唐谟堂，杨声海，等.NaOH分解含铟铁矾渣新工艺[J].中国有色金属学报，2009，19 (7):1322—1331]:
[0004]2 (NH4) Fe3 (SO4) 2 (OH) 6+6NaOH =
[0005]3Na2S04+ (NH4) 2S04+6Fe (OH) 3 I
[0006](I) [0007]2 (NH4) Fe3 (SO4) 2 (OH) 6+3Fe2++6Na0H =
[0008]3Na2S04+ (NH4) 2S04+3Fe304 I +6H20+6H+
[0009](2)
[0010]因此，在黄铵铁矾分解时，通入空气，将二价铁离子氧化，避免四氧化三铁产生。
[0011]太阳辐射96%以上的能量集中在2500nm以下的波段内，将近红外波段高反射率的颜料用于建筑降温涂料，可以提高降温涂料对太阳能的反射，达到降低建筑物内的温度，减少空调等能源消耗的目的『张潇予，张玉军，龚红宇.纳米高近红外反射颜料制备工艺研究[J].人工晶体学报，2013，42 (3):482-486]。
[0012]电石渣为用电石为原料制备乙炔时，产生的废渣，电石渣的主要成分为氢氧化钙。电石渣中的氢氧化钙与硫酸盐反应时，生成硫酸钙和相应的碱，如下所示:
[0013]Na2S04+Ca (OH) 2 — CaSO4 丨 +2Na0H (3)
[0014]K2S04+Ca (OH) 2 — CaSO4 丨 +2K0H (4)
[0015](NH4) 2S04+Ca (OH) 2 — CaSO4 I +2NH40H (5)
[0016]将硫酸钙与碱溶液进行分离，可回收碱溶液，得到固体的石膏(CaSO4),石膏可用于制备石膏制品。
【发明内容】
[0017]本发明的目的是提供一种利用铅锌冶炼过程中所产生的黄铵铁矾作为原料来制备红外反射颜料的方法，可解决黄铵铁矾的环境问题，变废为宝，还可获得硫酸钙。
[0018]为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的:
[0019]一种用黄铵铁矾制备红外反射颜料(纳米级)和硫酸钙的工艺，其特征在于，包括下述步骤:
[0020](I)在黄铵铁矾中加入质量浓度为10%碱溶液，加入量为黄铵铁矾质量的200-300%，通入空气进行搅拌，温度控制在60-100°C，反应2_6h，得到氢氧化铁沉淀和硫酸盐溶液后，压滤分离，其中，碱溶液为氨水溶液、氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液中的一种；
[0021](2)将步骤(1)压滤分离后所得的氢氧化铁，溶于黄铵铁矾质量20-30%的、质量浓度为20%的稀硫酸中，得到硫酸铁溶液，在该溶液中加入黄铵铁矾质量20-50%的硫酸铬或硝酸铬、黄铵铁矾质量20-30%的络合剂，混合均匀后，加入氨水调节溶液的pH值为6-10，得到含铁和铬的溶胶，将溶胶干燥后与黄铵铁矾质量20-30%的颜色调节剂混合均匀，于600-1000°C煅烧l_3h，得到纳米级红外反射颜料，其中，络合剂为柠檬酸、酒石酸、草酸中的一种；颜色调节剂为石墨、木炭、煤粉中的一种；
[0022](3)在步骤(1)压滤分离后所得的硫酸盐溶液中，加入黄铵铁矾质量20-50%的电石渣，得到硫酸钙沉淀和碱溶液，压滤分离，其中，硫酸钙用作石膏制品的原料。
[0023]另一种用黄铵铁矾制备红外反射颜料(微米级)和硫酸钙的工艺，其步骤(1)和步骤(3)与前述纳米级红外反射颜料制备方法相同，只是步骤(2)不同:
[0024]将步骤(1)压滤分离后所得的氢氧化铁干燥后，与黄铵铁矾质量20-50%的氧化铬、黄铵铁矾质量20-30%的颜色调节剂混合均匀，压制成型，在800-1200°C煅烧2_6h，用球磨机粉碎，得到微米级红外反射颜料，其中，颜色调节剂为石墨、木炭、煤粉中的一种。
[0025]以上两种工艺中，步骤(3)所得的碱溶液可用于回加到步骤(1)的黄铵铁矾中循环使用。
[0026]本发明用碱溶液分解黄铵铁矾，得到氢氧化铁和硫酸盐溶液。以黄铵铁矾分解产生的氢氧化铁为铁源，利用氢氧化铁沉淀时共同沉淀和吸附的金属元素为掺杂相，外加入含铬的物质制备具有红外反射的颜料。本发明不仅可解决黄铵铁矾的环境问题，还可变废为宝，得到高档颜料；在黄铵铁矾分解时，在产生的硫酸盐溶液中加入电石渣，可回收碱溶液，并得到石膏副产品，具有工艺简单，无废水、废气和废渣排放，产品附加值高的优点。
【具体实施方式】
[0027]本发明黄铵铁矾制备红外反射颜料和硫酸钙的工艺，包括:
[0028](1)黄铵铁矾分解
[0029]在黄铵铁矾中加入碱溶液，通入空气进行搅拌，得到氢氧化铁沉淀和硫酸盐溶液后，压滤分离；
[0030](2)纳米级颜料制备
[0031]将压滤分离后所得的氢氧化铁，溶于稀硫酸中，得到硫酸铁溶液，在该溶液中加入硫酸铬或硝酸铬、络合剂，混合均匀后，加入氨水调节溶液的PH值为，得到含铁和铬的溶胶，将溶胶在100°C干燥2小时，与颜色调节剂混合均匀后煅烧，得到纳米级红外反射颜料；
[0032]( 3 )微米级颜料制备[0033]将压滤分离后所得的氢氧化铁在100°C干燥2小时后，与氧化铬、颜色调节剂混合均匀，压制成型，煅烧后用球磨机粉碎，得到微米级红外反射颜料；
[0034](4)碱溶液回收
[0035]在压滤分离后所得的硫酸盐溶液中，加入电石渣，得到硫酸钙沉淀和碱溶液，压滤分离，其中，碱溶液可用于回加到步骤(1)的黄铵铁矾中循环使用，硫酸钙用作石膏制品的原料。
[0036]本发明中煅烧设备为隧道窑。 [0037]表1列出了编号为1-10的10个黄铵铁矾分解实施例。纳米级颜料的制备示于表2，微米级颜料的制备示于表3。在硫酸盐溶液中，实施例1-2，电石渣的加入量为20% ;实施例3-4，电石渣的加入量为30% ;实施例5-6，电石渣的加入量为40% ;实施例7-8，电石渣的加入量为50% ;实施例9-10，电石渣的加入量为30%。近红外波段范围内(700~2500nm)，实施例1-6，其平均反射率可达到97% ;实施例7-10，其平均反射率可达到82%。
[0038]表1黄铵铁矾分解时原料的配比和工艺参数
[0039]
【权利要求】
1.一种用黄铵铁矾制备红外反射颜料和硫酸钙的工艺，其特征在于，包括下述步骤: (1)在黄铵铁矾中加入质量浓度为10%碱溶液，加入量为黄铵铁矾质量的200-300%，通入空气进行搅拌，温度控制在60-10(TC，反应2-6h，得到氢氧化铁沉淀和硫酸盐溶液后，压滤分离，其中，碱溶液为氨水溶液、氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液中的一种； (2)将步骤(1)压滤分离后所得的氢氧化铁，溶于黄铵铁矾质量20-30%的、质量浓度为20%的稀硫酸中，得到硫酸铁溶液，在该溶液中加入黄铵铁矾质量20-50%的硫酸铬或硝酸铬、黄铵铁矾质量20-30%的络合剂，混合均匀后，加入氨水调节溶液的pH值为6-10，得到含铁和铬的溶胶，将溶胶干燥后与黄铵铁矾质量20-30%的颜色调节剂混合均匀，于600-1000°C煅烧l_3h，得到纳米级红外反射颜料，其中，络合剂为柠檬酸、酒石酸、草酸中的一种；颜色调节剂为石墨、木炭、煤粉中的一种； (3)在步骤(1)压滤分离后所得的硫酸盐溶液中，加入黄铵铁矾质量20-50%的电石渣，得到硫酸钙沉淀和碱溶液，压滤分离，其中，硫酸钙用作石膏制品的原料。
2.如权利要求1所述的用黄铵铁矾制备红外反射颜料和硫酸钙的工艺，其特征在于，步骤(3)所得的碱溶液用于回加到步骤(1)的黄铵铁矾中循环使用。
3.一种用黄铵铁矾制备红外反射颜料和硫酸钙的工艺，其特征在于，包括下述步骤: (1)在黄铵铁矾中加入质量浓度为10%碱溶液，加入量为黄铵铁矾质量的200-300%，通入空气进行搅拌，温度控制在60-10(TC，反应2-6h，得到氢氧化铁沉淀和硫酸盐溶液后，压滤分离，其中，碱溶液为氨水溶液、氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液中的一种； (2)将步骤(1)压滤分离后所得的氢氧化铁干燥后，与黄铵铁矾质量20-50%的氧化铬、黄铵铁矾质量20-30%的颜 色调节剂混合均匀，压制成型，在800-1200°C煅烧2_6h，用球磨机粉碎，得到微米级红外反射颜料，其中，颜色调节剂为石墨、木炭、煤粉中的一种； (3)在步骤(1)压滤分离后所得的硫酸盐溶液中，加入黄铵铁矾质量20-50%的电石渣，得到硫酸钙沉淀和碱溶液，压滤分离，其中碱溶液用于回加到黄铵铁矾中循环使用；硫酸钙用作石膏制品的原料。
4.如权利要求3所述的用黄铵铁矾制备红外反射颜料和硫酸钙的工艺，其特征在于，步骤(3)所得的碱溶液用于回加到步骤(1)的黄铵铁矾中循环使用。
【文档编号】C01F11/46GK103588251SQ201310507510
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年10月24日 优先权日:2013年10月24日
【发明者】谭宏斌, 马小玲, 侯小强, 夏鹏举, 林拉才, 冯小明 申请人:陕西理工学院