получение красного железоокисного пигмента на основе

УДК 667-12
ПОЛУЧЕНИЕ КРАСНОГО ЖЕЛЕЗООКИСНОГО ПИГМЕНТА
НА ОСНОВЕ ОТРАБОТАННЫХ ТРАВИЛЬНЫХ РАСТВОРОВ

И.А. Василенко, кандидат технических наук,
доцент кафедры технологии неорганических веществ и экологии
ГВУЗ «Украинский государственный химико-технологический университет»
(Днепропетровск), Украина
Аннотация. В статье описан способ получения красного железоокисного пигмента на основе отработанных травильных растворов методом прокаливания гетита. Показаны основные свойства полученного пигмента и его
сравнение с промышленными образцами.
Ключевые слова: пигмент, травильные растворы, утилизация, синтез.
Выбор метода очистки отработанных травильных растворов зависит от многих факторов: расхода, концентрации и состава сточных вод; возможности и экономической целесообразности извлечения примесей из
сточных вод; требования к качеству очищенной воды при ее использовании для повторного и оборотного водоснабжения и для сброса в водоем; мощность водоема; наличия районных или городских очистных сооружений.
Отработанные травильные растворы образуются путем кислотной обработки поверхности металла с целью удаления окалины и окислов. В цехах травления используется серная и соляная кислота. После травления металлы
промывают, так образуются промывные сточные воды, которые содержат 0,5–5,0 г/дм3 серной кислоты, 0,8–5,0
г/дм3 сульфата железа и до 300 мг/дм3 взвешенных частиц (окалина, песок и другие механические примеси) [1].
Существует множество методов переработки отработанных травильных растворов (ОТР) практически
любого состава, но распространение нашли методы кристаллизации железного купороса с ОТР сернокислого
травления с последующим его использованием для синтеза гидроксидов железа [2–4]. Однако стадия кристаллизации требует дополнительных энергетических затрат, что в дальнейшем сказывается на цене получаемого продукта.
Поэтому было проведено множество исследований для разработки технологии утилизации травильных
растворов с получением железоокисных пигментов, которые широко применяются в лакокрасочной и строительной промышленности [5–7]. Установки для переработки ОТР с получением пигментов являются малогабаритными, все аппараты, которые в них используются, являются простыми и выпускаются серийно. Установки по
переработки могут быть установлены непосредственно в цехах травления. Проведенные лабораторные исследования показали, что отработанные травильные растворы от травления черных металлов серной кислотой могут
быть использованы в качестве сырья, но есть ряд рекомендаций:
1. Травильные растворы являются высококонцентрированными кислыми растворами, рН которых не будет способствовать осаждению гидроксидов железа. Поэтому необходимо ввести дополнительную стадию по
уменьшению кислотности раствора [8].
2. Концентрация солей железа может достигать 300–500 г/дм3, а как известно из многочисленных литературных и собственных экспериментальных данных, повышение концентрации сульфата железа выше 120–150
г/дм3 способствует зеленоватом оттенка пигмента. Если такой оттенок не является технологическим условием,
то существует потребность доведения ОТР до необходимых концентраций. Для этих целей можно использовать
промывные воды производства пигментов.
3. Отработанные травильные растворы, кроме сульфата железа, содержат примеси, которые могут влиять
на технологический процесс или на качество производимого продукта. Поэтому травильные растворы каждого
производства должны быть исследованы и подобран индивидуальный технологический регламент. Наличие примесей может несколько сузить области применения синтезированных пигментов, так пигменты изготовлены из
ОТР не могут быть использованы в косметической промышленности или изготовлении художественных красок
и строительных материалов для внутренней отделки помещений. Но они могут найти свое применение для
окраски фасадов, изготовления грунтовок и тротуарной плитки.
Получение красных железооксидных пигментов путем прокаливания гетита является приоритетным, так
как обеспечивает образование чистого продукта, без посторонних включений. Поэтому был предложен новый
способ получения красного железоокисного пигмента с регулируемой дисперсностью и однородным составом,
на основе разработанных технологий получения желтого железоокисного пигмента [5–6]. Технология включает
следующие стадии:
1. Очистки отработанных травильных растворов от взвешенных частиц путем фильтрования и снижения
кислотности.
2. Доведение концентрации сульфата железа водой до необходимой. В случае использования железного
купороса – изготовление раствора.
©
Василенко И.А. / Vasilenko I.A., 2015
3. Окисления кислородом воздуха железа (II) до железа (III) с последующим гидролизом. Воздух подают
в реактор с удельным расходом 2 дм3/дм3 раствора, а температуру поддерживают на уровне 100 0С при постоянном перемешивании реакционной смеси мешалкой. При этом происходит образование золя, а затем высокодисперсного осадка гетита со снижением рН раствора до 2,0.
4. Осаждение и рост частиц гидроокиси железа (III) в присутствии карбамида при рН = 2,5–4,0. Процесс
продолжается в течение 7–10 часов.
5. Фильтрование, промывание и сушка осадка.
6. Прокаливание гидроокиси железа, в печи при температуре 250–7500С в течение 1–2 часов с предыдущим его измельчением. В ходе прокаливания необходимо осуществлять перемешивание порошка для предотвращения спекания и образования конгломератов. Широкий диапазон температур прокаливания позволит получить
красный осадок с различными оттенками от морковного до бордового цвета.
7. Фасовки и упаковки готового продукта.
8. Утилизация фильтрующих и промывных вод.
Такое технологическое решение позволит в одном цикле изготавливать два разных продукта в соответствии со спросом. Кроме того, способ является экономичным и экологичным. Технология позволяет повысить
характеристики цвета, укрывистости и химической чистоты продукта. Сравнительная характеристика промышленного и полученного образцов представлена в таблице 1.
Таблица 1
Сравнительная характеристика промышленного и синтезированного образцов
№
1
2
3
4
5
6
7
Показатель
Содержание оксидов железа, %
Массовая доля водорастворимых веществ, %
Влагоемкость, %
рН
Маслоемкость, г/г
Укрывистость, г/м2
Диспергируемость, мкм
Промышленный образец
95,3
0,5
1,0
7,0
21,0
6,0
13
Полученный образец
97,0
0,4
1,0
7,0
22,0
5,1
12,5
Ренгенофазним анализом было подтверждено, что в качестве продуктов получают красный порошок, а
методом микроскопии доказано, что порошок состоит из частиц размерами близкими 300 нм с узким распределением частиц по размерам (рис. 1).
70
%
60
50
40
30
20
10
0
100
200
300
400
500
600
d, нм
Рисунок 1. Распределение частиц красного железоокисного пигмента по размерам
Таким образом, разработанная технология позволяет:
1. Утилизировать отработанные травильные растворы с получением целевого продукта непосредственно
в цехах травления на простом обрудовании.
2. Получать желтые и красные железоокисные пигменты на одном оборудовании в зависимости от востребования.
3. Получение красных пигментов с широкой цветовой гаммой и улучшенными свойствами.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Клюткина, Л. В. Сточные воды и их очистка / Л. В. Клюткина, М. М. Перистый // Охорона навколишнього середовища та раціональне використання природних ресурсів: Збірка доповідей V Міжнародної наукової конференції аспірантів
та студентів. – Т.1. – Донецьк: ДонНТУ, 2006. – 102 с.
2. Вайнштейн, И. А. Очистка и использование сточных вод травильных отделений / И. А. Вайнештейн – М. : Металургия, 1986. – 202 с.
3. Патент 1490086 Россия С 01 G 49/06, С01 В 17/90. Способ переработки отработанных травильных растворов /
И.А. Вайнштейн, Л.Д. Кленышева, А.Б. З адорожная и Л.Г. Чалый – № 240822/23–26, опубл. 05.05.87.
4. Патент 2019524 Россия, С 02 F 1/64. Способ обработки кислых железосодержащих сточных вод / Зюльков Б. Н.,
Хорошкин В. М. – №5007009/26; заявл. 01.07.1991; опубл. 15.09.1994.
5. Патент 91164 України, МПК7 С09С1/22, С09С1/24. Спосіб одержання залізооксидного пігменту / Мельников Б. І.,
Василенко І. А., Вакал С. В., Золотарьов О. Є. – № 200907856; Заявл. 27.07.2009 Опубл. 26.06.2010. Бюл. №12.
6. Патент 100944 України, МПК7 С09С1/22, С09С1/24, С01G45/02. Спосіб одержання жовтого залізооксидного пігменту / Василенко І. А., Куманьов С. О. – № 201112246; Заявл. 19.10.2011 Опубл. 11.02.2013. Бюл. №3.
7. Патент 99538 України, МПК7 С09С1/22, С09С1/24, С09С1/62, С09С3/06. Спосіб одержання чорного залізооксидного
пігменту / Василенко І. А., Чиванов В. Д., Бордунова О. Д. – № 201101341; Заявл. 07.02.2011 Опубл. 27.08.2012. Бюл. №16.
8. Патент 102154 України, МПК7 С02F1/64, С01G49/02, С09С1/22, С09С1/24. Спосіб утилізації кислих залізовмісних
розчинів / Василенко І. А., Куманьов С. О. – № 201112825; Заявл. 01.11.2011 Опубл. 10.06.2013. Бюл. №11.
Материал поступил в редакцию 23.12.14.
RECEIVING THE RED IRON OXIDE PIGMENT
ON THE BASIS OF THE WASTE ETCHING SOLUTIONS
I.A. Vasilenko, Candidate of Technical Sciences,
Associate Professor of the Department of Inorganic Substances Technology and Ecology
Public higher education institution "Ukrainian State University of Chemical Technology" (Dnepropetrovsk), Ukraine
Abstract. The way of receiving a red iron oxide pigment on the basis of the waste etching solutions by method of
calcinating of goethite is described in the article. The main properties of the received pigment and its comparison with
production prototypes are shown.
Keywords: pigment, etching solutions, utilization, synthesis.