[发明专利]一种片状氧化铁的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种以六水合三氯化铁为原料、将湿法结晶与熔盐煅烧相结合制备高径厚比的片状氧化铁的方法，系无机粉体材料制备领域。

背景技术

片状氧化铁具有独特的鳞片结构，主要成分为α-Fe₂O₃，为赤铁矿型Fe₂O₃的一种，在防腐蚀涂料、珠光颜料以及化妆品等领域有着广泛用途。由于其片状结构类似云母，故又称云母氧化铁。目前世界上应用广泛的是天然云母氧化铁，它是以天然云母氧化铁矿为原料，经破碎、选矿、粉碎等工序而制得，其产品杂质含量高，没有规整的外形，表面粗糙，很难满足高档精细颜料的要求。而人工合成片状氧化铁与天然品相比，具有纯度高、结晶好、粒径可控、片状化程度高、径厚比大等优点，具有十分广阔的应用前景。专利US5500043通过在片状氧化铁基体上包覆如二氧化钛或二氧化锆之类高折射率的金属氧化物，可制得更加多彩的云母氧化铁珠光颜料，装饰效果好，可用于高档面漆或化妆品。而片状氧化铁在用于珠光颜料基片或化妆品时，对其片状结构是有特殊要求的，主要对其粒径、厚度或径厚比提出较高的要求，径厚比越大，其片状化程度越高。专利EP0191292A2提出了用于化妆品时氧化铁的平均粒径应为10～60μm，片的理想平均厚度为0.2～1μm。

目前，人工合成片状氧化铁的方法主要有水热法、高温熔盐法和气相法三种。专利US3987156、GBA1333788、EP0416648、CN1944274A采用水热法以钛白工业副产品硫酸亚铁为原料，先用氧化剂直接或间接氧化使之变为三价铁盐，然后在高压釜中与碱反应得到片状氧化铁。此法对反应设备耐压、耐酸碱性要求较高，不利于工业化生产。专利US3864463采用气相法将含氧气体与FeCl₃蒸汽在400℃～750℃的球状粒子固定床上反应，得到了粒径为2～100μm的片状氧化铁。此法制备过程中氧化铁易团聚于反应器壁上，不易剥离，反应器需定期维护，操作效率较低，且产品粒径分布范围较宽。专利EP0307486 A2采用高温熔盐法以铁屑或废铁皮为原料，用氯气氯化成氯化铁或直接用绿矾为原料，然后与碱金属的氯化物混合，高温熔融状态用氧气氧化，得到纯度较高的六方片状结构的云母氧化铁。所制备氧化铁厚1～5μm，直径30～50μm，产品径厚比以及片状化程度调控不是十分理想。专利US4676838在水热法过程中加入添加剂活性氧化铁晶种，制得的产品粒径较小(0.5～20μm)，径厚比为20～100，晶体形貌优于未加入添加剂的产品。可见，加入特定添加剂可起到晶型向导的作用，对提高产品片状化程度较为有利。但是熔盐法制备片状氧化铁工艺过程添加剂的使用则鲜有报道。另外，原料与熔盐的混合效果对产品性能也有较大影响，而目前熔盐法均是采用传统的干法研磨混合，这在一定程度上制约了产品性能的进一步提高。

发明内容

本发明的目的是针对上述已有技术存在的不足，提出一种工艺简单、操作容易、产品质量稳定的片状氧化铁制备方法，该方法用湿法结晶代替传统干法混合，并在复合熔盐煅烧过程中引入添加剂氧化铝或氧化锌作为晶型向导剂，其生产的片状氧化铁产品形貌规整、片状化程度高、在水中具有良好的分散性。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案包括如下步骤和工艺条件：

(1)将六水合三氯化铁与复合熔盐以及添加剂于室温下混合研磨5～10分钟，复合熔盐用量为六水合三氯化铁重量的1.5～3.5倍，添加剂加入量为六水合三氯化铁重量的2～4％，然后在50℃～80℃温度下将研磨的固体混合物完全溶解于浓度为0.1～0.5mol/L的稀硫酸中得前驱体溶液，前驱体溶液中六水合三氯化铁的浓度为0.01～0.05g/ml；

(2)前驱体溶液干燥得前驱体；研磨后煅烧，冷却后得片状氧化铁粗粉；

(3)将氧化铁粗粉加入到蒸馏水中配成悬浮液，搅拌过滤，蒸馏水洗涤；滤饼经干燥所得粉体，即为片状氧化铁。

步骤(1)中所述的复合熔盐为硫酸钠和硫酸钾的混合物，其中硫酸钠与硫酸钾的重量比为2∶1～5∶1，其作用主要是提供高温熔融液态环境。所述的添加剂为硫酸铝或硫酸锌；其作用主要是高温煅烧生成氧化铝或氧化锌，从而以离子掺杂形式存在于氧化铁体系中，起到片状晶型向导的作用。。

所述的步骤(2)中将前驱体溶液干燥至无水，干燥温度为100℃～150℃，干燥时间为24～36小时；煅烧是在900℃～1200℃的温度下煅烧2～6小时，升温速率为5～10℃/min。

所述的步骤(3)的具体条件如下：