Спосіб одержання залізоокисного пігменту

Спосіб одержання залізоокисного пігменту, який включає репульпацію залізовмісної сировини в воді, модифікування одержаного продукту, обезводнення твердої фази фільтрацією цього продукту, його промивання, сушіння та диспергування, який відрізняється тим, що залізовмісну сировину після репульпації додатково піддають термогідролізу при температурі 80-100 °С, рН=2,5-3,5 та при продуванні киснем повітря протягом 100-120 хвилин, а модифікування проводять шляхом введення розчину карбаміду та формальдегіду при співвідношенні компонентів 1:(1,1-1,5) в кількості 10-50 % від маси пігменту в перерахунку на суху масу, відповідно, при температурі 30-50 °С та перемішуванні протягом 60-120 хвилин. Винахід відноситься до способу одержання модифікованого залізоокисного пігменту, у вигляді дисперсного продукту з регульованою дисперсністю, що може використовуватись у радіоелектронній, будівельній промисловості, у виробництві каталізаторів та магнітоносіїв, функціональні властивості яких суттєво залежать від дисперсності залізоокисного пігменту. Відомий спосіб одержання жовтого залізоокисного пігменту, в якому отримання пігменту проводять шляхом окиснення металічного заліза в присутності зародків при підвищеній температурі з наступною фільтрацією, сушкою, подрібненням та пакуванням. При цьому приготування зародків проводять безпосередньо в реакторі, шляхом окиснення киснем повітря попередньо отриманого гідрату закису заліза в присутності металічного заліза, одночасно з синтезом пігменту на протязі 30-40 годин, причому при приготуванні зародків жовтого залізоокисного пігменту окиснення ведуть при температурі 40-50 С на протязі 40-60 хвилин. [Пат. 45284 UA, МПК7 C01G49/04A. Спосіб отримання жовтого залізоокисного пігменту / Лапін Е. В., Степаненко М. Д., Трофименко Н. А., Кий А. Н., Прохоренко В. Т., Волков В. Н., Карпенко А. М. №2001117590; Заявл. 07.11.2001; Опубл. 15.03.2002]. До недоліків відомого способу слід віднести: - значну тривалість процесу отримання пігменту необхідної якості; - спосіб неможна використовувати для утилізації заліза із стічних вод для отримання пігменту (в реакції витрачається металічне залізо); - неможливість регулювання розмірів частинок пігменту в процесі його синтезу; - підвищену пожаро- та вибухонебезпечність технологічного процесу у зв'язку з використанням аміаку; - існує небезпека забруднення атмосфери при порушенні герметичності аміакопроводів. Відомий спосіб одержання залізоокисного пігменту шляхом приготування суспензії зародків взаємодією розчину заліза сульфату з водним розчином аміаку та окисненням киснем повітря, змішуванням суспензії зародків з розчином заліза сульфату, окисненням при підвищеній температурі отриманої суміші киснем повітря з одночасною її нейтралізацією. Стадію нейтралізації ведуть карбамідом у вигляді сухої солі або водного розчину з концентрацією 200-500г/дм3 і подачу карбаміду здійснюють зі швидкістю 0,3-3,0г/ч на 1дм3 реак (19) UA (11) 91164 (13) C2 (21) a200907856 (22) 27.07.2009 (24) 25.06.2010 (46) 25.06.2010, Бюл.№ 12, 2010 р. (72) МЕЛЬНИКОВ БОРИС ІВАНОВИЧ, ВАСИЛЕНКО ІННА АНАТОЛІЇВНА, ВАКАЯ СЕРГІЙ ВАСИЛЬОВИЧ, ЗОЛОТАРЬОВ ОЛЕКСІЙ ЄГОРОВИЧ (73) ДЕРЖАВНИЙ ВИЩИЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД "УКРАЇНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ХІМІКОТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ" (56) BY 8391 C1 30.08.2003 EA 11176 B1 27.02.2009 CZ 9603458 A3 17.02.1999 JP 4145168 A 19.05.1992 3 ційного об'єму [Пат. 2061009 RU, C09C1/24. Способ получения железоокисных пигментов / Бубнов А. А., Леонтьева Н. А. - № 94007848/26; Заявл. 05.03.1994; Опубл. 27.05.1996]. До недоліків відомого способу варто віднести: - значну тривалість процесу отримання пігменту необхідної якості; - підвищену пожежо- та вибухонебезпечність технологічного процесу у зв'язку з використанням аміаку, а також небезпека забруднення атмосфери при порушенні герметичності аміакопроводів; - неможливість регулювання розмірами частинок і відсутність чіткої кореляції між розмірами колоїдних частинок й одержуваних конгломератів. Найбільш близьким до винаходу, що заявляється, за технічною суттю та ефекту, який досягається, є спосіб отримання залізовмісного пігменту шляхом приготування робочого розчину із залізовмісної сировини, його обезводнення, модифікування смолою, сушки та диспергування. При цьому в якості залізовмісної сировини використовують залізовмісний концентрат, який отримують на металургійних підприємствах в процесі термічної обробки відпрацьованих травильних сірчанокислотних та (або) солянокислотних розчинів, який піддають репульпації водою до концентрації залізовмісного концентрату 300-350г/дм3. Окислюють солі заліза (II) до заліза (III) бертолетовою сіллю в кислому середовищі при рН=2,5-4 та нейтралізують білилом порошкоподібним технічним до рН=5,5-6 і після фільтрації пасту модифікують смолою меламін формальдегідною в кількості 2-6 % від маси пігменту в перерахунку на суху масу [Пат. 2090582 RU, С09С1/22, С09С1/24. Способ получения железасодержащего пигмента / Мотошина М. Н., Зайко В. П. - № 96100429/25; Заявл. 09.01.1996; Опубл. 20.09.1997] (прототип). До недоліків прототипу варто віднести: - неможливість регулювання розмірів частинок пігменту в процесі його синтезу; - складність технологічного процесу, яка обумовлена тривалістю ведення процесу синтезу та значною вартістю модифікатора. В основу винаходу покладена задача розробити спосіб одержання залізоокисного пігменту з регульованою дисперсністю, шляхом одержання нанодисперсного золю гідроксиду заліза (III) термічним гідролізом солей заліза (II), з одночасним окисненням продуктів гідролізу і регулюванням дисперсності золю рН розчину, температурою і концентрацією вихідної сировини. Для виділення нанодисперсного золю гідроксиду заліза (III) і модифікування його поверхні в золь вводять карбамід та формальдегід, які в кислому середовищі утворюють дисперсні продукти структурно пов'язані з гідроксидом заліза (III). Поставлена задача досягається тим, що відомий спосіб одержання залізоокисного пігменту, що включає репульпацію залізовмісної сировини в воді, модифікування продукту, обезводнення твердої фази фільтрацією, промивку, сушку та його диспергування, відповідно винаходу, вихідна залізовмісна сировина підлягає термогідролізу при температурі 80-100 С та рН=2,5-3,5, при продувці киснем повітря на протязі 100-120 хвилин, модифі 91164 4 кування проводять шляхом введення розчину карбаміду та формальдегіду при співвідношенні компонентів 1:(1,1-1,5) відповідно при температурі 3050 С та перемішуванням на протязі 60-120 хвилин в кількості 10-50% від маси пігменту в перерахунку на суху масу. Сутність способу полягає в тім, що залежно від рН і температури гідролізу та концентрації вихідної залізовмісної сировини утворюється стабільний золь гідроксиду заліза (III) з нанодисперсними частинками твердої фази близькими к монодисперсним, а введення карбаміду та формальдегіду дозволяє отримати кабамидоформальдегідний полімер, який структурно зв'язує частинки золю гідроксиду заліза (III) у конгломерати, тим самим забезпечуючи можливість проведення фільтрації, промивання і сушіння цільового продукту. Спосіб здійснюють таким чином. У реактор з мішалкою, обладнаний нагріваючим пристроєм заливають розчин сульфату заліза (II), нагрівають його та підключають продувку киснем повітря на протязі 100-120 хвилин при рН=2,53,5. На протязі процесу осадження частинок гідроксиду заліза (III) підтримують температуру 80100 С. По вичерпанню часу додають розчини карбаміду та формальдегіду при співвідношенні компонентів 1:(1,1-1,5) відповідно та перемішують реакційну суміш на протязі 60-120 хвилин, протягом процесу осадження підтримують температуру 30-50 С. Отриману суспензію фільтрують, промивають дистильованою водою, висушують в сушильній шафі та подрібнюють. Спосіб пояснюється такими прикладами. Приклад 1. У реактор з мішалкою заливають 1000 мас. ч. розчину сульфату заліза (II) з концентрацією 120г/дм3, нагрівають його до температури 100 С та підключають продувку киснем повітря на протязі 100 хвилин при рН=3,5. На протязі процесу осадження частинок гідроксиду заліза (III) підтримують температуру 100 С. По вичерпанню часу додають 161,29 мас. ч. карбаміду та 88,71 мас. ч. формальдегіду при співвідношенні к:ф=1:1,1 та перемішують реакційну суміш на протязі 60 хвилин. Протягом процесу осадження підтримують температуру 30 С. Отриману суспензію фільтрують, промивають дистильованою водою, висушують в сушильній шафі та подрібнюють. Приклад 2. У реактор з мішалкою заливають 1000 мас. ч. розчину сульфату заліза (II) щільністю 120г/дм3, нагрівають його до температури 80 С та підключають продувку киснем повітря на протязі 120 хвилин при рН=3,5. На протязі процесу осадження зародків гідроксиду заліза (III) підтримують температуру 80 С. По вичерпанню часу додають 142,8 мас. ч. карбаміду та 107,1 мас. ч. формальдегіду при співвідношенні к: ф=1:1,5 та перемішують реакційну суміш на протязі 120 хвилин. Протягом процесу осадження підтримують температуру 50 С. Отриману суспензію фільтрують, промивають дистильованою водою, висушують в сушильній шафі та подрібнюють. 5 91164 В усіх описаних прикладах у якості продуктів одержують жовтий порошок, що складається з часток голкової форми з розмірами близькими 250нм з вузьким розподілом частинок за розмірами. Частинки продукту являють собою частинки гідроксиду заліза (III), структурно пов'язані з карбамідоформальдегідним полімером. Запропонований спосіб є економічно ефективним, дозволяє зменшити пожежо- та вибухонебезпечність виробництва, дозволяє скоротити тривалість ведення процесу отримання частинок заліза Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 6 гідроксиду заданого розміру та кольору, підвищити дисперсність порошку та регулювати розміри частинок у ході процесу. Промислова придатність: запропонований винахід відноситься до способу одержання модифікованого залізоокисного пігменту, у вигляді нанодисперсних частинок, що може використовуватись в лакофарбовій, радіоелектронній, будівельній промисловості, у виробництві каталізаторів та магнітоносіїв. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601