第一节 氧化铁的概述
氧化铁(ferric oxide),化学式Fe2O3。又称烧褐铁矿、烧赭土、铁丹、铁红、红粉、威尼斯红(主要成分为氧化铁)等。,易溶于强酸,中强酸,外观为红棕色粉末。其红棕色粉末为一种低级颜料,工业上称氧化铁红,用于油漆、油墨、橡胶等工业中,可作为催化剂,玻璃、宝石、金属的抛光剂,可用作炼铁原料。(资金申请)
第二节 氧化铁 行业 发展存在的问题
我国的氧化铁 行业 ,虽然取得了长足的发展,在囚际市场上占有重要的位置,但总体水平与发达国家相比还有相当的差距。
1、企业多,规模小
我国的氧化铁总能力己超过 100 万 t/a,生产企业达到 150 家,从数量上看很大,但有规模的企业很少,这是我国氧化铁 行业 的突出问题。我国的企业必须达到 2 亿元的销售收入才有竞争优势国的企业必须达到 2 亿元的销售收入才有竞争优势。
2、低档产品多,高档产品少
虽然我国的氧化铁产量很高,但产品的质量与档次同国外著名公司如:拜耳公司、罗克伍德公司等相比还有很大差距.国内企业以生产中低端产品为主,出口也以低档产品为主,中档产品次之.呼低档产品在国际市场上已适应了建材领域的砖、混凝土道路、墙体材料等性能要求,但与中高档涂料、庄子磁性材料、油墨、化工触媒、化妆品毯药制品的性能要求还存在着较大差距。
3、工艺和装备水平落后
随着中国氧化铁产量的扩大,氧化铁的生产技术和加工设备也随之保持发展的趋势.在技术方面也开发了如高纯氧化铁生产技术、纳米氧化铁粉体技术等赴法制备的氧化罐容积已由原 30^-40m,已逐步扩展到 60^-80m',最大的容积达到 110m'。
在后处理设备上,已由水洗、千燥流程改进到一个工序操作的吸滤一气流沸腾(氧化铝瓷球)床千燥器的先进装置,提高了产品质量和劳动生产率,改善了生产工作环坡;在深加一方而,已开始采用拼 N机、磨粉机、粉体罐装机等在检测方而已与国际市场接轨,采用电脑测色仪、配色仪等先进测试仪器。
尤其在骨干、核心企业中,在产品结构、质量控制、仪器检测、包装运输等方而与进日国家和地区做到了对接工作。国外先进技术己开始引入,而一些中外合资企业的出现,使中国的氧化铁生产设备和检侧仪器提高一个档次,某些设备的性能已经与国外同类设备不相上下。但是,我国氧化铁企业的科技投入少,自主开发力度不够,技术和装备的总体水平还是落后于发达国家。
4、生产成本上升,企业效益下滑
资源的短缺和费用上升对企业效益的影响已日益明显。氧化铁工业是典型的资源型、能耗型和劳动密集型产业,氧化铁 行业 所用的大部分原材料、燃料以及运输价格低于国际市场,加入 WTO 后,国内市场与国际市场接轨,将使氧化铁生产成本提高,获利能力降低.同时产品的价格近儿年来一直处于跌幅逐年下降的低价位运行状况。这种 行业 整休上高进低出的状况,绝大部分处于微利及无利态势,己严重影响到企业的生存和健康发展。
第三节 氧化铁的制备方法
制备方法有湿法和干法。湿法制品结晶细小、颗粒柔软、较易研磨,易于作颜料。干法制品结晶大、颗粒坚硬,适宜作磁性材料、抛光研磨材料。
湿法
FeSO4+2NaOH=Fe(OH)2+Na2SO4
4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3
4FeSO4+4H2O+O2=2Fe2O3↓+4H2SO4
Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑
将一定量的5%硫酸亚铁溶液迅速与过量氢氧化钠溶液反应(要求碱过量 0.04~0.08g/ml),在常温下通入空气,使之全部变为红棕色的氢氧化铁胶体溶液,作为沉积氧化铁的晶核。以上述晶核为载体,以硫酸亚铁为介质,通入空气,在75~85℃,在金属铁存在下,硫酸亚铁与空气中氧气作用生成氧化铁(即铁红)沉积在晶核上,溶液中的硫酸根又与金属铁作用重新生成硫酸亚铁,硫酸亚铁再被空气氧化成铁红继续沉积,这样循环至整个过程结束,生成红色氧化铁。
在空气中灼烧亚铁化合物或氢氧化铁等可得氧化铁。
4Fe3O4+O2 =高=温=6Fe2O3
在潮湿的空气中,钢铁表面吸附了一层薄薄的水膜,这层水膜里含有少量的H+和OH-,还溶解了氧气,结果在钢铁表面形成了一层电解质溶液,它跟钢铁里的铁和少量的碳(因钢铁不纯)恰好形成无数微小的原电池。在这些原电池里,铁是负极,碳是正极。铁失去电子而被氧化:
负极:2Fe_4e-=2Fe2+
正极:2H2O+O2+4e-=4OH-
电化学腐蚀是造成钢铁腐蚀的主要原因。
在此之后继续反应:
Fe2+2OH-=Fe(OH)2
4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3
2Fe(OH)3+nH2O=Fe2O3·nH2O+3H2O
在初中的化学里,可用盐酸(HCl)来除铁锈。
方程式为:Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O
干法
硝酸与铁屑反应生成硝酸亚铁,经冷却结晶、脱水干燥,经研磨后在600~700℃煅烧8~10h,在经水洗、干燥、粉碎制得氧化铁红产品。也可以氧化铁黄为原料,经600~700℃煅烧制得氧化铁红。4Fe(NO3)3→2Fe2O3+12NO2↑+3O2↑ Fe2O3·nH2O→Fe2O3+nH2O;先制得透明氧化铁黄(制法参见透明氧化铁黄),经煅烧脱水,制得透明氧化铁红。其2α-FeOOH==△==2α-FeSO3+H2O。
采用中和沉淀法。先制得氧化铁黑,再高温灼烧制得透明氧化铁线。将0.5mol/L浓度的FeCl3·6H2O溶液加热沸腾水解至红棕色胶粒出现为止(溶液1)。取与溶液1等体积的0.25mol/L的FeCl2溶液(由金属铁与盐酸作用制得),用稀氨水调至白色沉淀不再消失为止(溶液2)。将溶液1和溶液2合并,搅拌,并加入适量的羟基羧酸络合剂和缓冲剂,维持恒温80℃。随反应的进行,不断有黑色Fe3O4生成。反应结束,将Fe3O4结晶转移至pH8、含有为Fe3O4质量比为10%~20%的油酸钠溶液中进行表面处理,搅拌悬浊液,恒温80℃,0.5h后将悬浊液用稀盐酸(1:3)调pH=6~6.5,将Fe3O4油酸吸附包覆物(黑色絮凝体)抽滤,热水搅洗数次,50~60℃真空烘干,制得疏松的粉体Fe3O4。将上述油酸包覆的Fe3O4慢速升温至550~600℃焙烧0.5h,得到均匀分散的透明铁红α-Fe2O3微粒子。
由天然黄铁矿制得。由硫酸亚铁或草酸铁经风化得硫酸铁,再经煅烧而得。由氢氧化铁脱水而得。制造硫酸、苯胺、氧化铝等过程中的副产物。由碳酸铁、硝酸铁等经强热而得。硫酸亚铁加热至650℃以上而得。
云母赤铁矿法:云母赤铁矿石精选后,经湿球磨机磨成精矿粉,脱水,烘干,冷却,粉碎至325目,过筛,制成云母氧化铁。
硫酸亚铁氧化法:将硫酸与铁屑反应制得硫酸亚铁,除砷及重金属,经氧化而得。流程参见氧化铁黄。
制备方法有湿法和干法。湿法制品结晶细小、颗粒柔软、较易研磨,适宜作颜料。干法制品结晶大、颗粒坚硬,适宜作磁性材料、抛光研磨材料。湿法将一定量的5%硫酸亚铁溶液迅速与过量烧碱溶液反应(要求碱过量0.04~0.08 g/ml),在常温下通入空气使之全部变成红棕色的氢氧化铁胶体溶液,在金属铁存在的条件下,硫酸亚铁与空气中氧作用,生成氧化铁(即铁红)沉积在晶核上,溶液中的硫酸根又与金属铁作用,重新生成硫酸亚铁,硫酸亚铁再被空气氧化成铁红继续沉积,如此循环到整个过程结束,生成氧化铁红。其干法硝酸与铁片反应生成硝酸亚铁,经冷却结晶,脱水干燥,经研磨后在600~700℃煅烧8~10h,再经水洗、干燥、粉碎制得氧化铁红产品。也可以氧化铁黄为原料,经600~700℃煅烧制得氧化铁红。其4Fe(NO3)3=△=2Fe2O3+12NO2↑+3O2↑Fe2O3+n H2O==△==Fe2O3+nH2O。
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