利用钛白副产硫酸亚铁设备制作氧化铁红的方法及产品与应用与制作流程
钛白粉副产品硫酸亚铁制备氧化铁红的研究
前言氧化铁红是一种无机颜料，广泛地用于建筑材料、涂料、塑料、橡胶、陶瓷、玻璃、油墨等工业中。
硫酸亚铁又称绿矾，是硫酸法钛白粉生产中的固体废弃物。
生产1t钛白粉，产生 3～3.2t的七水硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)。
硫酸亚铁部分用于饲料添加剂、净水剂、农用化肥外，部分可生产氧化铁红颜料，但大部分作为废弃物无法有效加以利用。
利用钛白粉副产物硫酸亚铁生产铁红粉，有干法和湿法两种工艺。
干法生产工艺简单，但原料中杂质含量高，通过水洗处理后产品仍然难上档次，同时造成二次空气污染；湿法生产工艺经过沉淀转化，提高了铁红粉原料品质，但成本较高。
硫酸盐产品的有效回收、产品质量的提高，成了影响该工艺生产成本关键性因素。
采用硫酸法生产钛白时，每生产一吨钛白要副产硫酸亚铁(FeSO4·7H2O) 3.5～4吨。
据不完全统计，我国钛白工业副产硫酸亚铁超过100万吨/年。
副产的硫酸亚铁除了少量用做聚合硫酸铁净水剂外，大部分还未得到充分利用。
这不仅浪费硫、铁资源，而且还造成环境污染。
用钛白副产硫酸亚铁的铁原料来合成氧化铁颜料是一种解决钛白副产硫酸亚铁出路的有效途径。
但是，钛白副产硫酸亚铁除含有95 %左右的亚铁盐外，还含有Ti、Mn、Mg、Al、Si等多种杂质。
这些杂质若不加以处理，混杂在颜料成品中会影响颜料的色光与性能，尤其是 Ti、Mn的影响较为明显。
另外，如何利用钛白副产硫酸亚铁中的硫酸根离子，这也是一个值得考虑的问题。
近年来，利用钛白副产硫酸亚铁合成氧化铁颜料的研究较为活跃，但就其工业应用的实际价值来讲，还存在原料的预处理和副产硫酸盐的利用等问题。
近年来，我国氧化铁红需求量不断增加，年增长率高达107%，远远高于整个氧化铁颜料36.6%的增长率，是仅次于铁黑和铁黄的铁系颜料。
为此，我们提出了一条用氨水代替烧碱、利用钛白副产硫酸亚铁制备氧化铁红的新工艺，并较好地解决了原料预处理和副产硫酸盐的利用问题，所得产品质量符合国家标准。
钛白厂副产硫酸亚铁的处理和利用
钛白厂副产硫酸亚铁的处理和利用摘要随着钛白需求量的增加，钛白的产量年年攀升，由钛白生产产生的废弃物硫酸亚铁日益增多。
本文综述了钛白厂副产硫酸亚铁的国内外生产技术、综合利用现状以及研究进展。
关键词：钛白粉；硫酸亚铁；综合利用1引言钛白粉是一种白色颜料，广泛应用于涂料、化纤、橡胶、搪瓷、陶瓷、塑料、造纸、印刷油墨、电子陶瓷、玻璃、合、焊条、化妆品等工业。
硫酸亚铁是硫酸法生产钛白的副产物，生产钛白约副产七水硫酸亚铁，成为硫酸法钛白工业沉重的负担。
副产硫酸亚铁来源于钛白粉生产中的硫酸酸解工序，该工序中矿与硫酸反应制得Ti(SO4)2和TiOSO4，同时副产FeSO4。
不同的生产厂家，因原料、生产工艺和设备不同，其硫酸亚铁的杂质含量差别较大，但FeSO4•7H2O 的含量一般都在88 %以上。
某钛白厂的副产硫酸亚铁的化学组分见表1(主要成分是硫酸亚铁，还含有其他杂质，统称硫酸亚铁)。
表1 副产硫酸亚铁的化学组分(质量分数/%）组分FeSO4.7H2O MgSO4.7H2OMnSO4.5H2OAl2(SO4)3.7H2O CaSO4.2H2OTiOSO4水不溶物其它含量89.11 4.48 1.12 0.36 0.18 0.48 3.68 0.59由于硫酸法生产钛白所产生的副产物及三废对环境影响很大，近年来世界上以硫酸法生产钛白的大型装置陆续停产，西班牙的陶氏化学公司就是其中之一。
目前，国外已有许多企业实现了钛白副产硫酸亚铁生产氧化铁颜料的工业化生产。
我国氧化铁颜料的生产主要以废铁皮为原料，这在一定程度上限制了氧化铁生产的发展。
国内较大的钛白粉生产企业基本上采用硫酸法生产钛白，副产硫酸亚铁量很大，每生产钛白粉约要排出浓废酸，其中含有七水硫酸亚铁，但其回收利用率很低，因而成为制约生产钛白粉的瓶颈。
目前，从钛白粉副产物中提取硫酸亚铁的工艺方法有很多，工艺流程大同小异，大致包括溶解、沉降、过滤、冷却结晶、干燥等步骤，各种工艺条件日趋成熟，最明显的不同之处在于：使用的沉降剂不同，其沉降剂在使用过程中夹带的杂质以及沉降剂本身引入的杂质不同，对硫酸亚铁晶体的产率有明显的影响，产品纯度及成分结构的控制，因其不同的工艺制备而造成其产品质量参差不齐。
钛白粉副产物硫酸亚铁的高效提纯方法与流程
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钛白粉副产硫酸亚铁综合利用项目报告书
1、建设项目概括ww化工科技有限公司决定在ww东方钛业项目所在地附近，根据ww东方钛业项目规模及进度，配套建设钛白粉副产品硫酸亚铁综合利用生产线。
该项目以七水硫酸亚铁为主要原料，生产氧化铁红和铁精粉、硫酸亚铁铵、93%硫酸等产品，项目能源相互利用、副产品硫酸回用给硫酸法钛白粉项目，使原料—产品—废弃物实现闭环流动，最大限度的减少了资源的消耗，是典型的循环经济项目。
实现了资源（包括能源）—产品—废物的循环利用，实现资源和能源利用率最大化、废物排放量最小化。
（1）项目名称ww化工科技有限公司钛白粉副产硫酸亚铁综合利用项目（2）建设单位ww化工科技有限公司。
（3）建设地点ww省白银高新技术产业园东区，白银公司尾矿坝以东、九十八公墓西南、东方钛业公司以西、国道109线以北地区，占地面积150亩。
（4）建设性质及总投资本项目建设性质为新建，项目总投资9468万元。
（5）建设规模项目拟建设规模为：利用ww东方钛业钛白粉副产的七水硫酸亚铁，配套建设年综合利用18万t90%FeSO4·7H2O生产装置以及其它附属生产设施。
年生产氧化铁红及铁精粉混合物7.5万t，硫酸亚铁铵5万t，副产浓硫酸12万t，无水亚硫酸钠1万t。
（6）产品方案本项目年生产氧化铁红及铁精粉7.5万t，硫酸亚铁铵5万t，副产浓硫酸12万t，副产无水亚硫酸钠1万t，。
表1 产品方案（6）建设内容项目组成以及建设内容见表2：表2 主要建设内容一览表2、产业政策符合性分析本项目利用东方钛业有限公司钛白粉生产过程中产生的废渣七水硫酸亚铁，生产氧化铁红、亚硫酸钠、硫酸亚铁铵等产品。
根据国家《产业结构调整指导目录（2011年本）》规定，第一类鼓励类中第三十八大项环境保护与资源节约综合利用中第15小项“三废综合利用及治理工程”。
及第一类鼓励类中第三十八大项环境保护与资源节约综合利用中第27小项“尾矿、废渣等资源综合利用”。
因此，本项目属鼓励类，项目建设符合国家产业政策要求。
钛白粉副产物硫酸亚铁生产硫酸铵和氧化铁红的研究
卷 年
第6 12 月
期
Journal
of
昆明理工大学 Kunming University of Science
学报 (理工版) and Technology (Science
and
Technology)
Vol . 29 No . 6 Dec . 2004
钛白粉副产物硫酸亚铁生产硫酸铵和氧化铁红的研究
得产品硫铵含氮量降低 ,影响其品位. 这一点从母液 p H 值变化可以得到进一步证实.
(NH4) 2SO4 = NH4HSO4 + NH3 ↑
(6)
母液用活性炭吸附除去杂质 ,经真空浓缩 、分离 、干燥得产品硫铵. 按 GB535 - 1995 检测 ,产品符合国
家一级品要求.
4. 5 碳酸亚铁的氧化和铁红煅烧
Abstract : Copperas , which is the byproduct in making TiO2 , can be used to produce (NH4) 2SO4 and red Fe2O3 powder. The FeCO3 is been oxygenated by ozone (500mg/ h) to Fe2O3·n H2O in the air at the temperature of 50 ℃. By means of burning , Fe2O3 ·3H2O can be made for red Fe2O3 powder product , and first - rate of (NH4) 2SO4 can be made by purifying , concentrating , and crystallizing in vacuum. The experiment indicates that this technology can be effected in a shorter time of oxygenating and more stable than other technologies. Key words : FeSO4·7H2O ; byproduct of TiO2 ; (NH4) 2SO4 ; red Fe2O3 powder ; oxygenation of ozone
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本技术公开了一种利用钛白副产硫酸亚铁制备氧化铁红的方法及产品与应用，属于磁性材料技术领域。
该方法包括以下步骤：步骤S101、净化除杂；步骤S102、氧化合成；步骤S103、焙烧，粉碎、筛分，其中所述净化除杂采用的除硅剂为聚合硫酸铁、阳离子瓜尔胶、海藻酸钠的复配物。
本技术通过多种无机、有机高分子聚合物的合理配伍，充分发挥除硅剂的混凝沉淀效果、电中和能力和吸附桥架作用，有效地去除了硫酸亚铁中的杂质硅，并在氧化合成过程中精确控制硫酸亚铁溶液和碱溶液的加料速度，得到了一致性好、易过滤洗涤、活性高的水合氧化铁沉淀，进一步通过设置合理的焙烧制度，成功的制备出纯度高、性能好的氧化铁红产品。
技术要求1.一种利用钛白副产硫酸亚铁制备氧化铁红的方法，该方法包括步骤：净化除杂，其特征在于，在pH值为5.0～5.5条件下，所述净化除杂采用的除硅剂为聚合硫酸铁、阳离子瓜尔胶、海藻酸钠的复配物。
2.根据权利要求1所述的利用钛白副产硫酸亚铁制备氧化铁红的方法，其特征在于，所述聚合硫酸铁、阳离子瓜尔胶、海藻酸钠在水中的质量百分比含量分别为500ppm～10000ppm、100ppm～5000ppm和100ppm～1000ppm。
3.根据权利要求2所述的利用钛白副产硫酸亚铁制备氧化铁红的方法，其特征在于，包括以下具体步骤：步骤S101、净化除杂(1)将钛白副产硫酸亚铁在搅拌作用下溶解于水中，控制温度在30～60℃范围内，加入碱溶液使体系pH 值保持在4.0～5.0之间；(2)然后加入硫化物，搅拌10～20分钟；过滤、洗涤得到初步净化的硫酸亚铁溶液；(3)向初步净化的硫酸亚铁溶液中加入除硅剂，控制体系的温度在30～60℃范围内，加入碱溶液并使体系pH值保持在5.0～5.5之间，搅拌15～30分钟，静置6～12小时，过滤得到深度除硅后的Fe2+浓度为50～100g/L净化后的硫酸亚铁溶液；步骤S102、氧化合成(4)取体积百分比含量为10～30％的步骤(3)得到的净化后的硫酸亚铁溶液加水稀释至Fe2+浓度为20～40g/L；然后在搅拌作用下，通过蠕动泵滴加方式将步骤(3)剩余体积百分比含量为70～90％的净化后的硫酸亚铁溶液和碱溶液分别以0.5～2L/h和0.1～1L/h的进料速度连续加入，使反应体系中Fe2+浓度维持在3～5g/L，pH值维持在2.5～4.0范围内，控制体系温度在50～90℃之间，并持续向体系通入一定流量的空气，充分反应后制得水合氧化铁沉淀；步骤S103、焙烧、粉碎和筛分(5)将步骤(4)得到的水合氧化铁沉淀进行焙烧，以3～5min/℃的升温速率，升温至350～400℃，停留2～4h，然后继续以3～5min/℃的升温速率，升温至450～650℃，停留1～2h，自然冷却后取出样品，经粉碎、筛分后得氧化铁红产品。
4.根据权利要求3所述的利用钛白副产硫酸亚铁制备氧化铁红的方法，其特征在于，步骤(1)所述的碱溶液为摩尔浓度为2～10mol/L的氢氧化钠溶液或摩尔浓度为2～10mol/L的氨水溶液。
5.根据权利要求3所述的利用钛白副产硫酸亚铁制备氧化铁红的方法，其特征在于，步骤(2)所述的硫化物为摩尔浓度为0.1～0.5mol/L硫化钠溶液或摩尔浓度为0.1～0.5mol/L硫化铵溶液。
6.根据权利要求3所述的利用钛白副产硫酸亚铁制备氧化铁红的方法，其特征在于，步骤(4)所用的碱溶液为摩尔浓度为1～4mol/L氢氧化钠溶液或摩尔浓度为1～4mol/L氨水溶液。
7.根据权利要求3所述的利用钛白副产硫酸亚铁制备氧化铁红的方法，其特征在于，步骤(4)所述的空气流量为0.2～0.5m3/h。
8.根据权利要求3所述的利用钛白副产硫酸亚铁制备氧化铁红的方法，其特征在于，步骤(5)所述的粉碎采用干式破碎机；所述的筛分为采用300目标准筛分级，筛下产品为粒度小于300目的氧化铁红产品，筛上产品粒度大于300目，返回粉碎继续处理。
9.一种由权利要求1至8任一项所述方法得到的氧化铁红，其中Fe2O3含量≥99.4％，SiO2含量≤0.008％。
10.一种如权利要求9的氧化铁红在高性能软磁铁氧体中的应用，所述的高性能软磁铁氧体，在25～120℃范围内，其宽温低功率铁氧体的损耗Pcv小于320kW/m3，高磁导率铁氧体的起始磁导率大于15000±30％。
技术说明书一种利用钛白副产硫酸亚铁制备氧化铁红的方法及产品与应用技术领域本技术属于磁性材料技术领域，更具体地说，涉及一种利用钛白副产硫酸亚铁制备氧化铁红的方法及产品，该氧化铁红适用于高性能软磁铁氧体。
背景技术软磁铁氧体磁性材料具有功率转换、信号处理、抗电磁干扰、新能源逆变器等功能，已经广泛应用于无线通讯、自动控制、3C电子、无线充电、新能源汽车、储能、医疗等领域，而生产软磁铁氧体磁性材料的主要原材料是Fe2O3(约占70％)，即氧化铁红，因此氧化铁红的质量直接影响软磁铁氧体磁性材料的性能。
目前，软磁铁氧体磁性材料用氧化铁红主要来源是由钢厂酸洗废液喷雾焙烧制得。
随着国家在环保方面的重视，钢厂酸洗工艺由于严重污染生态环境已经逐步进行工艺改造升级，产出氧化铁红的量逐渐减少，而且此工艺制得的氧化铁红产品中氯离子、二氧化硅、重金属离子(如铬离子、镍离子)等含量较高，尤其是二氧化硅(SiO2)含量偏高，一般在0.03％左右，造成产品档次较低，只适合作为中、低档软磁铁氧体的原材料。
硫酸法生产钛白粉工艺，每生产1吨钛白粉得到副产约4吨的硫酸亚铁。
目前，该副产的硫酸亚铁只是少量用做聚合硫酸铁净水剂、饲料添加剂、土壤改良剂等，但是，这些用途消耗硫酸亚铁的量较少，远不能解决硫酸法生产钛白粉工艺副产大量硫酸亚铁的综合利用问题。
而用钛白副产硫酸亚铁制备氧化铁红的报道不少，是生产氧化铁红的一条有效的途径，主要的方法包括直接煅烧法、沉淀法等等。
直接煅烧法由于生产成本高，产品质量差，氧化铁纯度低(Fe2O3＜98.5％)，二氧化硅含量高，已经基本被淘汰。
硫酸亚铁采用碳铵沉淀法可以生产出质量较好，应用于中、高档软磁铁氧体的氧化铁红，例如公开号CN104045115A公开了一种用于高档软磁材料的氧化铁的制备方法，公开号CN1297006A公开了软磁铁氧体用氧化铁红的制备方法，公开号CN1374254A公开了铁氧体用高纯氧化铁的制造方法，上述方法都是采用硫酸亚铁净化提纯，提纯后的硫酸亚铁和碳酸铵或碳酸氢铵反应生成碳酸亚铁，经洗涤、干燥、焙烧而制得氧化铁，上述碳铵沉淀法制备的碳酸亚铁前驱体中往往会有胶状的Fe(OH)2沉淀，存在过滤洗涤困难，焙烧温度高，产品活性差的缺点，即使焙烧温度高达850～900℃也很难除尽结晶水，而氧化铁红的最适宜的焙烧温度是500～650℃，当温度高于650℃时，会使氧化铁红产品失去活性。
此外，由于钛白粉副产物硫酸亚铁原料成分复杂，杂质含量高，所以，要制备出高性能软磁铁氧体用氧化铁红产品关键之一是硫酸亚铁的净化除杂，而二氧化硅含量是氧化铁红产品品质优劣的关键指标。
目前，硫酸亚铁的净化除杂的报道重点研究的是如何有效去除重金属，公开号CN101973587A一种钛白粉副产物七水硫酸亚铁的提纯方法，将七水硫酸亚铁溶解配成饱和溶液，分阶段加入铁粉、磷酸、硫化物、硫酸、聚丙烯酰胺等步骤后，进行沉降、过滤、结晶，制得精制后的硫酸亚铁，其重点研究的是钛、铅、镉、铬、锰等重金属的除杂效果。
公开号CN1491997A公开了一种氧化铁红粉的制备方法，解决的是锰含量超标的问题。
公开号CN1208019A公开了一个液相法工艺流程生产氧化铁及硫酸钾、氯化铵，公开号CN1336327A公开了用钛白副产硫酸亚铁生产高纯磁性氧化铁的方法，都是用重结晶的方法净化硫酸亚铁，这种净化工艺生产成本高，流程长，不适合大规模生产。
而硫酸亚铁溶液中如何有效去除硅的报道较少，基本都是混凝脱硅，例如公开号CN110304661A公开了一种软磁铁氧体用高性能氧化铁制备新工艺，将含主要成份三氧化二铁的铁矿石粉碎，磨成粉体，经过磁选、浮选除掉绝大部分二氧化硅及杂质。
公开号CN1297006A公开了软磁铁氧体用氧化铁红的制备方法，加入有机高分子絮凝剂丙烯酸盐聚合物，过滤除去铝、二氧化硅。
上述均为非深度脱硅方法，只能去除60％左右的杂质硅。
但是氧化铁红中的SiO2易于与Fe2O3生成硅酸铁，硅酸铁的熔点为1150℃，低于软磁铁氧体的烧结温度，因此在铁氧体高温区会出现液相，这种液相会在反应物之间流动，当SiO2含量超过一定范围后，生成的硅酸铁会降低锰锌铁氧体的磁导率，增大磁性损耗，同时过多的SiO2也会引发晶粒的非连续增长，因此，高性能软磁铁氧体用氧化铁红产品要求SiO2的含量应低于0.008％。
因此，在充分利用钛白副产硫酸亚铁制备氧化铁红的过程中，如何实现深度除硅，是亟待解决的难题。
技术内容1.要解决的问题针对现有利用钛白副产硫酸亚铁制备氧化铁红的过程不能深度除硅导致氧化铁红的使用范围受限的问题，本技术提供一种利用钛白副产硫酸亚铁制备氧化铁红的方法，可以实现氧化铁红中的二氧化硅含量≤0.008％。
本技术还提供一种上述方法得到的氧化铁红。
本技术还提供一种上述氧化铁红在高性能软磁铁氧体中的应用。
2.技术方案为了解决上述问题，本技术所采用的技术方案如下：本技术的一种利用钛白副产硫酸亚铁制备氧化铁红的方法，包括以下具体步骤：步骤S101、净化除杂(1)将钛白副产物硫酸亚铁在搅拌作用下溶解于水中，控制温度在30～60℃范围内，加入碱溶液使体系pH 值保持在4.0～5.0之间；(2)然后加入硫化物，搅拌10～20分钟；过滤、洗涤得到初步净化的硫酸亚铁溶液；(3)向初步净化的硫酸亚铁溶液中加入除硅剂，控制体系的温度在30～60℃范围内，加入碱溶液并使体系pH值保持在5.0～5.5之间，搅拌15～30分钟，静置6～12小时，过滤得到深度除硅后的Fe2+浓度为50～100g/L净化后的硫酸亚铁溶液。
优选的，步骤(1)所用的碱溶液为摩尔浓度为2～10mol/L氢氧化钠溶液或摩尔浓度为2～10mol/L氨水溶液。
此步骤中，加入碱溶液的主要的目的是利用水解法除去硫酸亚铁溶液中的钛、铝杂质，其反应方程式是：Ti3++3H2O＝Ti(OH)3↓+3H+Al3++3H2O＝Al(OH)3↓+3H+H++OH—＝H2O。
优选的，步骤(2)所用的硫化物为摩尔浓度为0.1～0.5mol/L硫化钠溶液或摩尔浓度为0.1～0.5mol/L硫化铵溶液。
此步骤中，加入硫化物的主要的目的是除去硫酸亚铁溶液中的铅、锌、铬、镉等重金属杂质，其反应方程式是：2Men++nS2—＝Me2Sn↓(Men+代表铅、锌、铬、镉等重金属离子)。
优选的，步骤(3)所用的除硅剂为聚合硫酸铁、阳离子瓜尔胶、海藻酸钠的复配物，除硅剂中聚合硫酸铁、阳离子瓜尔胶、海藻酸钠在水中的质量百分比含量分别为500ppm～10000ppm、100ppm～5000ppm和100ppm～1000ppm。