液相氧化法生产铁红和铁黄

液相氧化法生产铁红和铁黄

用烧碱（或氨）中和硫酸亚铁生成氢氧化亚铁，以空气氧化氢氧化亚铁制晶种，在晶种存在下用空气氧化硫酸亚铁，反应过程中连续滴加硫酸亚铁和碱（或氨），保持一定的亚铁浓度和PH值，通过对色光进展的控制可以得到从浅色到深色一系列色相的氧化铁。该工艺生产铁红和铁黄区别在于晶种制备条件不同，酸性条件下得铁黄晶种，碱性条件下得铁红晶种。用空气液相氧化法生产１吨氧化铁约需七水硫酸亚铁3.5~4吨，30%的烧碱３吨或液氨0.45吨。

用液相氧化法生产氧化铁在我国目前还处在实验室阶段，尚未有工业生产装置。原因主要是产品质量和目前成熟的铁皮法相比还有较大差距，另外它需要消耗大量的碱或氨，生产成本也没有优势。但作为处理钛白副产硫酸亚铁的有效途径之一，这还是一套非常值得研究的生产工艺，关键在两点：一是找到控制粒子均匀成长的有效方法，提高产品质量；二是对反应的钠盐或氨盐回收利用，降低生产成本。

用氨中和硫酸亚铁至碱性（PH=8.5~9.5），通入空气氧化制得初生晶种γ-FeOOH，

γ-FeOOH在Fe2+诱导下转化成真实晶核α-Fe2O3，这实质是一个重新成核的过程。

在α-Fe2O3晶核和硫酸亚铁存在下，用空气氧化硫酸亚铁，生成的三氧化二铁沉积在晶核上，同时生成的硫酸用氨中和，连续滴加硫酸亚铁和氨，晶核逐渐长大而形成铁红。化学反应式如下：

晶种制备：FeSO4+2NH3·H2O=Fe(OH)2↓+(NH4)2SO4

2Fe(OH)2+1/2O2=2γ-FeOOH+H2O

晶种转化：2γ-FeOOH→α-Fe2O3+H2O

二步氧化：2FeSO4+1/2O2+2H2O=Fe2O3↓+2H2SO4

H2SO4+2NH3=(NH4)2SO4

用氨中和硫酸亚铁溶液至PH值为5~6，中和之后体系中仍有一定量的硫酸亚铁。通入空气在常温下氧化即制得铁黄晶种。在晶种存在下进行二步氧化，二步氧化的过程和氨法铁红相似，这里不再重复。

化学反应式如下：

晶种制备：FeSO4+2NH3·H2O=Fe(OH)2↓+(NH4)2SO4

2Fe(OH)2+1/2O2=Fe2O3·H2O+H2O

步氧化：2FeSO4+1/2O2+3H2O=Fe2O3·H2O↓+2H2SO4

H2SO4+2NH3=(NH4)2SO4

铁黄（氧化铁黄），色光从柠檬黄到橙黄都有。着色力几乎与铅铬黄相等。耐光、耐大气影响、耐污浊气体以及耐碱性都非常强。耐酸性较差特别是能被浓热的强酸溶解。加热时脱水变色，逐渐形成氧化铁红。

γ-FeOOH，γ-FeOOH

针铁矿(α-FeOOH)

样品的衍射峰与α-FeOOH 标准图谱基本对应，在2θ=21.223o,33.241o, 36.649o, 41.186o和53.237o处的衍射峰分别对应α-FeOOH 的(110), (130), (111), (140) 和(221) 晶面(JCPDS 29-0713)，表明样品为α-FeOOH。

3.1.2 α-FeOOH 纳米棒的形貌和比表面

图 3 为α-FeOOH 的SEM 图，从图可以看出α-FeOOH 由较均匀的针状组成，分布较无序，颗粒之间有明显的空隙，短轴均小于100 nm，长轴大部分在0.5 μm 左右. 表明所测样品为α-FeOOH 纳米棒，用孔隙比表面分析仪测得其比表面积为45.7 m2/g.

图3 α-FeOOH 的扫描电镜照

纤铁矿(γ-FeOOH)和

四方纤铁矿(β-FeOOH)

β-FeOOH, PDF 75-1594，α-Fe2O3, PDF 33-0664

铁黄α-FeOOH

铁红α-Fe2O3赤铁矿

铁黑Fe3O4

橙、棕、绿三个颜色的透明氧化铁都是混合颜料。透明铁橙由透明铁红和透明铁黄混合而成；透明铁棕由透明铁红、透明铁黄和透明铁黑三者混合而成；透明铁绿则由透明铁黄和有机颜料酞菁蓝混合而成。

锌铁黄化学成份是铁酸锌，分子式是ZnFe2O4或ZnO·Fe2O3，色相呈棕黄色，是用煅烧法生产出来的。