[实用新型]用于生产红氧化铁颜料的设备

说明书

技术领域

本实用新型涉及用于通过使用硝酸盐的彭尼曼法(penniman process)(还称为硝酸盐法或直接红法)生产红氧化铁(铁氧化物，iron oxide)颜料的改进方法以及用于实施该方法的设备，并且还涉及该设备(plant)用于通过使用硝酸盐的彭尼曼法生产红氧化铁颜料的用途。

背景技术

氧化铁被应用于许多工业领域。例如，它们在陶瓷、建筑材料、塑料、油墨、涂料和纸中用作着色颜料，充当用于各种催化剂或载体材料的基底，并且能够吸附或吸收污染物。磁性氧化铁在磁性记忆介质、调色剂或铁磁流体中获得应用，或者在医疗应用如例如作为用于磁共振成像的造影剂。

可以通过铁盐的液相沉淀和水解反应获得氧化铁(Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry，VCH Weinheim 2006，Chapter 3.1.1.Iron Oxide Pigments，pp.61-67)。借助沉淀法获得的氧化铁颜料在空气存在下由铁盐溶液和碱性化合物产生。通过定向控制该反应，还可以以该方法制备细分的针铁矿、磁铁矿和磁赤铁矿颗粒。然而，通过该方法生产的红颜料表现出相对低的色饱和度进而主要应用于建筑材料行业。

对应于α-Fe₂O₃改性的细分赤铁矿的液相沉淀是更加复杂的。然后，由于使用熟化步骤，还可以通过直接液相沉淀以及作为核材料的磁赤铁矿改性中的细分氧化铁，γ-Fe₂O₃，或纤铁矿(lepidocrocite)改性，γ-FeOOH，生产赤铁矿(US5,421,878；EP0645437；WO2009/100767)。

用于生产红氧化铁颜料的另一种方法是彭尼曼法(US1,327,061；US1,368,748；US2,937,927；EP1106577A；US6,503,315)。在该方法中，通过溶解和氧化金属离子以及铁盐和氧化铁核制备氧化铁颜料。在SHEN，Qing；SUN，Fengzhi；Wujiyan Gongye 1997，(6)，5-6(CH)，Wujiyan Gongye Bianjib中相应地披露，(CA128：218378n)是其中稀硝酸在升高的温度下对铁作用的方法。其产生赤铁矿核悬浮液。该悬浮液以常规方法促成以形成红颜料的悬浮液，如果想要，将颜料以自身例行的方法从该悬浮液中分离。然而，通过该方法产生的红颜料的色饱和度是相对低的，其类似于商业130级产品的色饱和度，进而这些颜料主要用于建筑材料行业。EP1106577A公开了彭尼曼法的变化方案，其包括为了产生核(即具有小于或等于100nm粒度的细分氧化铁)的目的将铁在升高的温度下暴露于稀硝酸。该铁和硝酸的反应是络合反应并且，根据反应条件，其可能导致铁 的钝化并因此导致反应停止，或导致伴随有溶解的硝酸铁形成的铁的溶解。两个反应路径都是不想要的，并且细分赤铁矿的产生仅在某些条件下实现。EP1106577A描述了用于生产细分赤铁矿的这些条件。其中使铁与稀硝酸在90至99℃的温度下反应。WO2013/045608描述了用于生产红氧化铁颜料的方法，其中，已经改进了形成核即具有小于或等于100nm粒度的细分赤铁矿的反应步骤。

然而，这些固有有效的方法(其允许生产在色价方面具有大变化的高级红氧化铁)具有以下缺点：

1.式NO_m的氮氧化物的释放，其中氮可以具有+1至+5之间的不同氧化值。氮氧化物可能是有毒的(如为亚硝气NO、NO₂和N₂O₄，通常被确定为“NO_x”)；它们产生烟雾，在紫外辐射下破坏大气臭氧层，并且是温室效应气体。一氧化二氮通过大约300的因子尤其是比二氧化碳更强的温室效应气体。此外，一氧化二氮目前被认为是最强的臭氧杀手。在使用硝酸的彭尼曼法的情况下，亚硝气NO和NO₂以及一氧化二氮也以显著量形成。

2.使用硝酸的彭尼曼法产生含氮废水，其含有显著量的硝酸盐、亚硝酸盐和铵化合物。

3.使用硝酸的彭尼曼法是非常耗能的，因为它包括必须通过外部能量供应将大体积的水溶液从60℃加热至120℃。另外，由于含氧气体作为氧化剂进入反应混合物中，能量会从反应混合物(蒸汽抽提)移出，并且必须以热量的形式再次供应。

因此，目的是提供避免上述缺点的用于生产红氧化铁颜料的高效环保方法，一方面，以高产率生产具有广色谱的红氧化铁染料，另一方面，使释放到环境中的含氮副产品部分最小化。

实用新型内容