專利名稱：源于軋屑的鐵氧化物顏料的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及鐵氧化物顏料的生產(chǎn)，尤其是涉及源于軋屑(mill scale)的鐵氧化物顏料的生產(chǎn)。
背景技術：
根據(jù)其化學組成和晶體結構，鐵氧化物顏料可以呈黃色、桔紅色、紅色、褐色或黑色。鐵氧化物顏料適用于用作涂料、陶瓷、橡膠以及塑料、涂料顏料、坯用色料、磚、瓷磚、瓷器琺瑯、釉料、玻璃、寵物食品、撲面粉、藥用膠囊的著色劑以及印刷用的調(diào)色劑。
如Penniman等人在美國專利1,327,061中所公開的，通常是通過鐵鹽與堿反應制備合成的鐵氧化物顏料?；赑enniman的工作，人們進行了許多其它的改進以及進一步的工作。
另一用于顏料的鐵氧化物的合成的主要方法是Laux法，該方法利用來源于所謂的硝基苯法的鐵氧化物。有許多對于Laux法的改進，其中的工作之一見Westerhaus等在美國專利4,966,641中的描述。這兩種主要的方法都使用了酸和堿。當涉及化學品時，該合成方法就會變得昂貴且相對難于操作。這不僅增加了原材料的成本，而且其設備和耗材也相對較貴。這導致較高的工藝成本，且最終使得合成的鐵氧化物顏料的批發(fā)價格相對昂貴。
另一主要的合成鐵氧化物的生產(chǎn)技術基于氯化鐵或硫酸鐵溶液的噴霧熱解(spray pyrolysis)。該工作的參考文獻可見于美國專利5,911,967和5,200,159。用此法生產(chǎn)的鐵氧化物稱為氧化鐵，它適用于作為正鐵酸鹽的原料。該氧化鐵呈紅色，但通常不用作著色顏料。事實上，所述的兩個美國專利中描述的技術的主要目的意在處理酸廢棄物，該酸廢棄物是鋼鐵工業(yè)中涉及的酸洗(pickling)工藝的副產(chǎn)物。
通過上文對鐵氧化物合成工藝的討論，可以發(fā)現(xiàn)這些工藝均為化學工藝，這些化學工藝需要相對昂貴的原料以及昂貴的設備。近年來，工業(yè)界已經(jīng)開始意識到利用軋屑作為原料合成鐵氧化物顏料的重要性。軋屑是氧化亞鐵銹，通?？捎射搹S或鋼結構公司中的鋼坯或鋼結構在受熱和經(jīng)由所謂的熱鍛(hot-working)工藝獲得和產(chǎn)生。軋屑也可以從其它鐵和鋼工廠源獲得。
輝瑞公司(專利號GB 1,090,043)曾采用軋屑和硫酸鐵的組合作為原料生產(chǎn)鐵氧化物顏料。此工藝的主要缺點在于采用了一種高度腐蝕性的化學品-硫酸鐵，該工藝與前面討論的那些化學工藝類似。
在1990年代早期，Yang等(專利號CN1,049,169)曾將軋屑與含碳材料一起在非氧化條件下煅燒，以形成黑色鐵氧化物。一個相關工作已經(jīng)在美國專利5,738,717中報道，在該鐵氧化物顏料工藝中，直接利用了軋屑而沒有使用昂貴的化學品。在這項工作中，主要的工藝步驟涉及軋屑的煅燒。其中描述道，可以獲得紅色、褐色和黑色鐵氧化物。但是，其中涉及了很多的工業(yè)操作困難，諸如對顏色穩(wěn)定性處理的可控性。同時，獲得鐵氧化物顏料的工藝反應速率不能實用，因為軋屑的直接氧化過程是緩慢的。而且沒有完全公開對形成紅色和黑色氧化物的氧化工藝的控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種從軋屑制造鐵氧化物顏料的方法。將軋屑與外源鐵氧化物混合，并將所得的混合物在氧化氣氛中加熱至溫度為200℃至900℃，以產(chǎn)生鐵氧化物顏料，該鐵氧化物顏料可以是黑色、褐色或者紅色。使用的外源鐵氧化物和產(chǎn)生的鐵氧化物顏料可以主要是Fe2O3或Fe3O4或兩者的混合物。如上方法生產(chǎn)或從任何其它來源獲得的鐵氧化物顏料都可以通過將其與軋屑混合，并將所得的混合物在非氧化或還原的氣氛中加熱至溫度為200℃至900℃以產(chǎn)生鐵氧化物黑色顏料而轉化為黑色。為了使產(chǎn)生的鐵氧化物黑色顏料質(zhì)量更好，可以加入添加劑。該添加劑可以是鉻氧化物(chromium oxide)或錳氧化物(manganese oxide)或氧化鎂或任何含碳材料或其混合物。在非氧化或還原的氣氛中冷卻如上方法生產(chǎn)的鐵氧化物黑色顏料，以確保不被重新氧化。
將軋屑和鐵氧化物(主要是Fe2O3或Fe3O4或兩者的混合物)的混合物進行氧化反應，所述鐵氧化物來自外部源(此后稱之為外源鐵氧化物)。所述混合物在氧氣的存在下被加熱至溫度為200℃至900℃之間。外源鐵氧化物的存在加速了軋屑的氧化反應。所需外源鐵氧化物的量和混合物加熱的時間取決于使用的軋屑的種類、質(zhì)量和細度，同時也與所需的氧化程度有關。軋屑的細度越高、軋屑和鐵氧化物之間的接觸表面越大，那么所需的外源鐵氧化物的量就越少，且加熱時間越短。所需的氧化程度越高，需要的外源鐵氧化物的量越大，且加熱時間越長。依據(jù)氧化程度，產(chǎn)生的鐵氧化物顏料(主要是Fe2O3或Fe3O4或兩者的混合物)可以為黑色、褐色或者紅色。當發(fā)生完全氧化時，生成鐵氧化物紅色顏料。另一方面，當氧化過程不完全時，生成鐵氧化物黑色顏料。為了使氧化程度更高，混合物暴露的表面積必須要大。任何能增加暴露面積的方法均可以采用，諸如在加熱混合物時使用一種攪拌裝置。
從反應(i)或任何其它來源獲得的鐵氧化物顏料(主要是Fe2O3或Fe3O4或兩者的混合物)可以通過將其與軋屑混合并將混合物還原的方法轉化為黑色顏料。該混合物在非氧化或還原的氣氛中被加熱至溫度為200℃至900℃之間。軋屑起還原劑的作用，產(chǎn)生的終產(chǎn)物是鐵氧化物黑色顏料(主要是Fe3O4)。所需軋屑的量和混合物的加熱時間取決于使用的鐵氧化物顏料和軋屑的種類、質(zhì)量和細度。使用的鐵氧化物顏料的紅色越深，需要的軋屑的量越多，且加熱時間越長。使用的鐵氧化物顏料和軋屑越細、鐵氧化物顏料和軋屑之間的接觸面積越大，那么所需的軋屑量就越少，且加熱時間越短。
為了使生產(chǎn)的鐵氧化物黑色顏料質(zhì)量更好，在反應(ii)中可以加入添加劑。該添加劑可以是鉻氧化物或錳氧化物或氧化鎂或任何含碳材料或其混合物。所需添加劑的量取決于使用的添加劑、鐵氧化物顏料和軋屑的種類、質(zhì)量和細度。使用的添加劑、鐵氧化物顏料和軋屑越細，添加劑、鐵氧化物顏料和軋屑之間的接觸面積越大，那么所需添加劑的量越少。使從反應(ii)所得的鐵氧化物黑色顏料仍在非氧化或還原的氣氛中被冷卻，以確保不被重新氧化。
具體實施例方式
下述實施例通過示例提供，且不應該被解釋為對本發(fā)明的限制。
實施例1將噴射焙燒的(spray roasted)紅色氧化鐵(3kg)與細度小于50微米的粉狀軋屑(6kg)混合。在一筒狀旋轉爐(tabular rotary furnace)中將該混合物加熱至450℃3小時，該筒狀旋轉爐在一扇門上具有一孔，以允許空氣的自由流動。達到所需的氧化程度。獲得呈褐色的黑色鐵氧化物，并將其球磨研磨，以獲得所需的具有良好著色力的顏料質(zhì)量。
實施例2重復實施例1的步驟，其中將噴射焙燒的紅色氧化鐵替換為從實施例1獲得的呈褐色的黑色鐵氧化物，可獲得基本相同的結果。
實施例3將從實施例2獲得的呈褐色的黑色鐵氧化物(6kg)與細度小于50微米的粉狀軋屑(300g)混合。在一具有吹洗(purging)氮氣的腔室(chamber)中將混合物加熱至溫度為550℃2小時。隨后，將混合物在非氧化氣氛中冷卻15小時。獲得黑色鐵氧化物，將其球磨研磨，以獲得所需的具有良好著色力的顏料質(zhì)量。用Minolta(美能達)色度計CR-210測量的顏色強度值通常是L＝32.46，a＝1.38而b＝-2.54。
實施例4將噴射焙燒的紅色氧化鐵(1.5kg)與細度在250微米至600微米之間的更粗糙的軋屑(9kg)混合。在此選擇更粗糙的軋屑是為了有助于從終產(chǎn)物(為黑色鐵氧化物)中分離過量的軋屑，以使終產(chǎn)物純度更高。將混合物在具有吹洗氮氣的內(nèi)攪拌(internal stirring)的箱式爐中加熱至溫度為550℃2小時。然后，在非氧化氣氛中冷卻該混合物15小時。通過將所得的混合物過篩分離過量的軋屑，獲得所需的黑色鐵氧化物。將獲得的黑色鐵氧化物球磨研磨，以獲得所需的具有良好著色力的顏料質(zhì)量。
實施例5重復實施例4的步驟，其中用紅色鐵氧化物替代噴射焙燒的紅色鐵氧化物，紅色鐵氧化物是TiO2生產(chǎn)工藝的一種副產(chǎn)物。基本獲得了相同的結果。
實施例6重復實施例4的步驟，其中用從實施例2獲得的呈褐色的黑色鐵氧化物替代噴射焙燒的紅色氧化鐵。基本獲得了相同的結果。
實施例7將從實施例3獲得的黑色鐵氧化物(6kg)與錳氧化物(180g)和粉狀木炭(180g)混合。將該混合物在一具有吹洗氮氣的腔室中加熱至500℃2小時。隨后，在非氧化氣氛下，將該混合物冷卻15小時?？色@得更深色的黑色氧化物。在此不添加軋屑，因為從實施例3獲得的黑色鐵顏料已經(jīng)含有過量的軋屑。用Minolta色度計CR-210測量的顏色強度值通常是L＝31.35，a＝1.30而b＝-2.56。
實施例8將從實施例2獲得的呈褐色的黑色鐵氧化物(6kg)在一具有吹洗氮氣的腔室中加熱至550℃2小時。隨后，在非氧化氣氛下，將該混合物冷卻15小時?？色@得黑色鐵氧化物，將其球磨研磨，以獲得所需的具有良好著色力的顏料質(zhì)量。在此不添加軋屑，因為從實施例2獲得的呈褐色的黑色鐵氧化物已經(jīng)含有過量的軋屑。用Minolta色度計CR-210測量的顏色強度值通常是L＝32.53，a＝1.89而b＝-2.63。
權利要求
1.一種從軋屑生產(chǎn)鐵氧化物顏料的方法，包括如下步驟(i)將鐵氧化物與軋屑混合；(ii)將從(i)獲得的混合物加熱至溫度為200℃至900℃；(iii)冷卻從(ii)獲得的混合物。
2.根據(jù)權利要求1所述的生產(chǎn)鐵氧化物顏料的方法，其特征在于，加熱和冷卻混合物的工藝在如下氣氛中完成a)氧化氣氛，以生產(chǎn)呈黑色、褐色或紅色的鐵氧化物顏料，或者b)非氧化或還原氣氛，以生產(chǎn)鐵氧化物黑色顏料。
3.根據(jù)權利要求1所述的生產(chǎn)鐵氧化物顏料的方法，其特征在于，所述鐵氧化物主要是Fe2O3或Fe3O4或兩者的混合物。
4.根據(jù)權利要求2所述的生產(chǎn)鐵氧化物顏料的方法，其特征在于，所述氧化氣氛包括普通空氣或氧氣。
5.根據(jù)權利要求2所述的生產(chǎn)鐵氧化物顏料的方法，其特征在于，所述非氧化或還原氣氛包括蒸汽、氮氣、氬氣、一氧化碳、二氧化碳或其它惰性或還原氣體。
6.根據(jù)權利要求2所述的生產(chǎn)鐵氧化物顏料的方法，其特征在于，生產(chǎn)的所述鐵氧化物顏料主要是Fe2O3或Fe3O4或兩者的混合物。
7.根據(jù)權利要求2所述的生產(chǎn)鐵氧化物顏料的方法，其特征在于，生產(chǎn)的所述鐵氧化物黑色顏料主要是Fe3O4。
8.根據(jù)權利要求2所述的生產(chǎn)鐵氧化物顏料的方法，其特征在于，在所述混合物中加入至少一種或多種添加劑，該添加劑選自由下列物質(zhì)組成的組(i)鉻氧化物(ii)錳氧化物(iii)氧化鎂(iv)含碳材料。
9.根據(jù)權利要求1至8之任一項所述方法生產(chǎn)的鐵氧化物顏料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種從軋屑生產(chǎn)鐵氧化物顏料的方法。將軋屑與外源鐵氧化物混合物，并將所得的混合物在氧化氣氛中加熱至溫度為200℃至900℃，以生產(chǎn)鐵氧化物顏料，該顏料可以是黑色、褐色或紅色。所用的外源鐵氧化物和產(chǎn)生的鐵氧化物顏料主要是Fe
文檔編號C09C1/22GK101089053SQ20061008716
公開日2007年12月19日 申請日期2006年6月15日 優(yōu)先權日2006年6月15日
發(fā)明者劉兼安 申請人:Iop專業(yè)有限公司