СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КРАСНОГО ЖЕЛЕЗООКСИДНОГО ПИГМЕНТА Российский патент 1998 года по МПК C01G49/02 C01G49/06 C09C1/24 

Изобретение относится к утилизации железосодержащих отходов с получением пигментов, используемых для пигментирования лакокрасочных материалов, люминофоров красного цвета свечения, пластмасс, химических волокон, бумаги, черепицы и др. материалов.

Известен способ получения красного железооксидного пигмента, включающий окисление раствора, содержащего железо (II), термообработку полученного осадка, его отмывку и сушку.

Недостатками известного способа являются использование раствора, содержащего железо (II) с высокой концентрацией, наличие вредных стоков.

Задача изобретения - получение высококачественного пигмента с использованием низкоконцентрированного раствора, содержащего железо (II).

Это достигается тем, что в способе получения красного железооксидного пигмента, включающем окисление раствора, содержащего железо (II), термообработку полученного осадка, его отмывку, сушку и размол полученного пигмента, согласно изобретению в качестве указанного раствора используют низкоконцентрированный раствор с pH 1,5-3,5, в частности шахтные воды, перед окислением выделяют из них железоокисляющие бактерии, а окисление ведут в реакторе, заполненном инертным волокном, в присутствии указанных бактерий, взятых в количестве 10⁹ - 10¹⁰ клеток на 1 г инертного волокна, при температуре 15 - 50^oC и аэрации указанного раствора с расходом воздуха, равном P/мин, где P - объем реактора. Термообработку осадка ведут в гидротермальных условиях при 180 - 260^oC или на воздухе при 500 - 1000^oC. В зависимости от температуры термообработки получают красные пигменты различных оттенков.

Оптимальное количество бактерий определяется полнотой и временем окисления железа (II): при меньшей степени иммобилизации культуры бактерий процесс окисления железа проходит медленней и не до конца, а увеличение количества бактерий выше 10¹⁰ клеток на грамм волокна практически невозможно.

Граничные значения температуры окисления связаны с тем, что при температуре ниже 15^oC длительность процесса значительно увеличивается, а выше 50^oC прекращается жизнедеятельность бактерий.

Расход воздуха менее P/мин значительно увеличивает время окисления, а повышение его является нецелесообразным, так как время окисления при этом уменьшается незначительно.

Уменьшение температуры гидротермальной обработки ниже 180^oC не позволяет без инициатора полностью перевести аморфный осадок железа (III) в пигмент, а при температуре выше 260^oC ухудшается цвет пигментов за счет увеличения среднего размера частиц, и пигмент приобретает коричневый оттенок. Термообработка в воздушной атмосфере при температуре ниже 500^oC приводит к ухудшению цвета пигмента и маслоемкости, а при температуре выше 1000^oC частицы пигмента спекаются, и ухудшаются все качественные показатели пигмента.

Пример 1. Шахтные воды с температурой 20^oC из отработанной медной шахты, содержащие 1,8 г/л Fe²⁺, 0,3 г/л Fe³⁺, 90 мг/л Cu²⁺ 150 мг/л Zn²⁺, pH 2, пропускали через реактор, заполненный инертным волокнистым материалом, на котором предварительно иммобилизовали железокисляющие бактерии (выделенные из шахтных вод) в количестве 10¹⁰ клеток/г волокна. Через реактор барботировали воздух в количестве одного объема к объему реактора в минуту. Спустя 2 ч концентрация Fe³⁺ в растворе составила 2,1 г/л, Fe²⁺ - менее 0,007 г/л. Гидроксид железа (III), образовавшийся в результате окисления железа (II), помещали в автоклав и подвергали обработке при 220^oC. В результате гидротермальной обработки формировался оксид железа с пигментными свойствами.

Другие примеры (2-17) аналогичны первому и отличаются параметрами окисления, которые приведены в табл. 1. Качественные показатели пигментов в зависимости от условий термообработки приведены в табл. 2.

Из представленных в табл. 1 и 2 примеров следует, что изобретение позволяет получить красные железооксидные пигменты различных оттенков, не уступающие по качественным показателям известным железооксидным пигментам, при этом применяется простая технология, утилизируются отработанные шахтные воды.

Использование: пигментирование лакокрасочных материалов, люминофоров, пластмасс, химических волокон. Сущность изобретения: из шахтных вод, содержащих железо (II) с рН 1,5 - 3,5 выделяют железоокисляющие бактерии. Шахтные воды пропускают через реактор, заполненный инертным волокном. Количество бактерий - 10⁹ - 10¹⁰ клеток на 1 г инертного волокна. Через реактор при 15 - 50^oC барботируют воздух в количестве Р/мин, где Р - объем реактора. Полученный гидроксид железа (III) термообрабатывают в автоклаве при 180 - 260^oC или на воздухе при 500 - 1000^oC. Пигмент отмывают, сушат и размалывают. Пигмент имеет цвет от оранжевого до вишнево-коричневого, укрывистость 4 - 8 г/м², диспергируемость 15 - 20 мкм, маслоемкость 20 - 25 г/100 г пигмента. 2 з. п. ф-лы, 2 табл.

1. Способ получения железооксидного пигмента, включающий окисление раствора, содержащего железо (II), термообработку полученного осадка, его отмывку, сушку и размол полученного пигмента, отличающийся тем, что в качестве раствора, содержащего железо (II), используют низкоконцентрированный раствор шахтных вод с рН 1,5 - 3,5, перед окислением выделяют из него железоокисляющие бактерии, а окисление ведут в реакторе, заполненном инертным волокном в присутствии указанных бактерий, взятых в количестве 10⁹ - 10^1 0 клеток на 1 г инертного волокна, при 15 - 50^oС и аэрации указанного раствора с расходом воздуха, равным Р/мин, где Р - объем реактора. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что термообработку осадка ведут в гидротермальных условиях при 180 - 260^oС. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что термообработку ведут в воздушной атмосфере при 500 - 1000^oС.