[发明专利]一种利用绿矾制备四氧化三铁的方法

说明书

本发明公开了一种利用绿矾制备四氧化三铁的方法，该方法包括以下步骤：向绿矾溶液中加入分散剂，将碱性化合物溶液滴入绿矾溶液中，该过程控制混合溶液pH值为3.5～7.0；然后曝气2小时以上，在空气的氧化作用下亚铁被氧化为前驱体；将绿矾溶液和前驱体混合，然后加入分散剂充分混合，调节混合液pH值为5～12，50‑100℃搅拌反应2小时以上，制得四氧化三铁沉淀。本发明是在常压和体系溶液沸点以下的反应，条件温和；通过精确控制前躯体与绿矾的加料比例，来控制亚铁与三价铁比例，过程精准控制，易于工业化生产。本发明方法制得的四氧化三铁纯度高，结晶度好，饱和磁化强度高，具有超顺磁性，产品性能优。

技术领域

本发明属于材料化学领域，具体涉及一种利用绿矾制备四氧化三铁的方法。

背景技术

绿矾是硫酸消化钛铁矿(FeTiO₃)生产二氧化钛而产生的工业固体副产物，其主要成分是七水硫酸亚铁。随着中国二氧化钛产业的不断发展和壮大，绿矾的年产生量约为700万吨，并且这一数量还在逐年增加。

大部分绿矾被当做废品处理，或长期露天堆置，不仅对环境造成严重威胁，还造成资源极大的浪费。因此，寻找一条行之有效的资源化利用途径，已成为该行业关注的焦点问题。

四氧化三铁因具有无毒、遮盖力强、性能稳定和超顺磁性等优点，在涂料、油墨、复印粉、陶瓷、水泥、建材、食品、医药等领域具有广泛应用。现有的四氧化三铁的制备方法包括共沉淀法、溶胶-凝胶法、气相火焰法、电化学法、微波和超声辅助合成方法。

现有技术有一些利用绿矾制备四氧化三铁的报道。

中国授权发明专利CN100503743C公开了用钛白废渣绿矾生产氧化铁黑颜料的方法，该方法向绿矾溶液中加入碳酸钙粉末，调节pH值3-5，保温不少于30分钟，制得硫酸亚铁溶液；用烧碱或液氨中和硫酸亚铁溶液至pH值为7-10；再用空气氧化得到氧化铁黑料浆。

中国专利申请CN105366729A公开了一种石灰为中和剂绿矾制备四氧化三铁的方法，该方法是在装有圆形磁环的搅拌器中，将绿矾溶液加热至60～90℃，通入空气或氧气，加入石灰乳，控制溶液pH值为8-10，反应2-6h后，在磁环上生成四氧化三铁。

上述两份专利，分别首先加入了碳酸钙和石灰乳，用于调整溶液的pH值，并先得到Fe(OH)₂，然后通入空气将一部分Fe(OH)₂氧化为Fe(OH)₃，预留一部分Fe(OH)₂不被氧化。通过这样方式做出来二价铁源和三价铁源，然后制备出Fe₃O₄。

但是上述做法无法准确控制原料中二价铁和三价铁的精确比例，因为，一是通入空气需要多长时间不好控制和没有定量的客观判据，二是空气中的氧气究竟有多少量参与了氧化亚铁的反应，更是无法定量控制。因此，上述方法的反应过程存在随机性和不确定性。这就导致无论是通空气时间过量或者不足，都会导致产品纯度不高，即所得产品中二价铁和三价铁比例不当，无法满足四氧化三铁产品中必须是FeO:Fe₂O₃＝1:1的要求，最终难以得到具有优良性能和较高品质的四氧化三铁产品。

另外，上述两份专利中分别加入了碳酸钙和石灰乳，这二种物质均可与绿矾反应得到了硫酸钙沉淀。硫酸钙沉淀的存在，大大降低了所得铁黑产品的纯度，并显著影响铁黑的理化性能。

上述两份专利制备四氧化三铁的原理如下：

Fe²⁺+2OH^-→Fe(OH)₂↓

4Fe(OH)₂+O₂+2H₂O→4Fe(OH)₃