СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ОКСИДА ЖЕЛЕЗА(III) Российский патент 2013 года по МПК C01G49/06 

Предлагаемое изобретение относится к химической промышленности и касается способов получения оксида железа(III).

Оксид железа(III) является сырьем в производстве ферритов, пигментов, компонент керамики, термита, полирующих материалов, рабочего слоя магнитных лент. В качестве пигмента оксид железа(III) применяется в лакокрасочной, бумажной, резинотехнической и других отраслях промышленности.

Известен способ переработки сернокислотных травильных растворов, позволяющий получать оксид железа(III). В травильный раствор при 40…60°C подают аммиак и диоксид углерода. Выделившийся осадок карбоната железа(II) отделяют от раствора с помощью фильтрования и затем разлагают при 450…500°C, после чего проводят окисление путем прокалки при 650…700°C. Недостатком этого способа является многостадийность [А.с. 850592 СССР. МКИ3 C01G 49/14, С09С 1/24, C01G 1/24. Способ переработки сернокислого железосодержащего раствора. Шлифер Б.А. и др. Заявка 2756900/23-26 от 19.04.79. Опубл. 30.07.81 Бюл. №28.]

Известен способ получения оксидов железа из металлического железа, включающий взаимодействие с водным раствором карбоновой кислоты в среде инертного газа; окисление до карбоксилата железа (III) карбоксилата железа(II); образование оксидов железа из карбоксилатов железа (III) при нагревании на воздухе. Этот способ получения оксида железа(II) является многостадийным и требует больших затрат времени. [Пат. 2318730 РФ. МПК C01G 49/02, C01G 49/06, C09C 1/24, B01J 23/745, B01J 35/10, B01J 37/12. Способ получения оксидов железа / Авторы: Конка Э., Рубини К., Петрини Г. Заявка: 2003107342/15, 17.03.2003. Опубл. 10.03.2008]

Известен способ получения железного сурика из отходов травильного производства, который заключается в том, что солянокислые или сернокислые травильные растворы смешивают с промывными водами и шламами травления и нейтрализуют гидроксидом натрия до рН 11…12 при перемешивании в течение 30…40 мин, полученный осадок Fe(OH)₃ промывают водой, нагретой до 50…80°C до отрицательной реакции на сульфат- или хлорид-ионы и обжигают при 500…600°C в течение 2…2,5 ч.

[А.с. 1740320 СССР. МПК5. C01G 49/06. Способ получения оксида железа. Авторы: Бовыкин Б.А., Тишкина Н.С., Костянец Р.В. Заявитель: Днепропетровский химико-технологический институт им. Ф.Э. Дзержинского. Заявка: 4834292, 04.06.1990 Опубл. 15.06.1992].

Для получения пигментной окиси железа сернокислый травильный раствор обрабатывают одновременно аммиаком и диоксидом углерода. Осадок карбоната железа отделяют от раствора фильтрованием и затем нагревают в атмосфере водяного пара при 130°C в течение 250 мин. После этого образовавшийся гидроксид железа (II) подвергают окислительному прокаливанию на воздухе при 350°C в течение 60 мин. Продукт прокаливания имеет красный цвет и на 99,9% состоит из железного сурика. Недостатком указанного способа является многостадийность. [А.с. 1313857 СССР. МПК4 С09С 1/24. Способ переработки сернокислого железо-содержащего раствора. Авторы: Шлифер В.А., Заславский Ю.И., Барский В.Д., Комар Т.В. Заявитель: Днепропетровский химико-технологический институт им.Ф.Э. Дзержинского Заявка: 3945937, 27.05.1985. Опубликовано: 30.05.1987]

Для получения окиси железа(III) из соли Мора в горячий раствор сульфата железа(II) медленно добавляют горячий раствор щавелевой кислоты. Осадок оксалата железа(II) отделяют фильтрованием от раствор и промывают водой до отрицательной реакции на сульфат-ионы. Далее осадок сушат при 100…110°C и затем проводят окислительное разложение оксалата железа(II) путем прокаливания при 400…500°C.[Карякин Ю.В., Ангелов И.И. Чистые химические вещества. Ид. 4-е, пер. и доп. М.: Химия. - 1974. - 408 с]

Известен способ получения зародышей красного железоокисного пигмента, в соответствии с которым из раствора сульфата железа (II) и сульфата аммония готовят осадок гидроксида железа со структурой лепидокрокита, для чего в раствор добавляют водный раствор аммиака. При этом происходит выделение осадка. Затем суспензию перемешивают в течение 30 минут и потом в течение 2-х часов продувают воздух. Далее суспензию кипятят в течение 2-х часов. При нагревании лепидокрокит полностью переходит в гематит Fe₂O₃. [А/с/1458368 СССР. МКИ С09С 1/24, C01G 49/06. Способ получения зародышей красного железоокисного пигмента. Авторы: Леонтьева Н.А., Бубнов А.А., Распопов Ю.Г., Клещев Д.Г., Краснобай Н.Г., Ленев Л.М. Заявка №4186423/23-26 от 26.01.87. Опубл. 15.02.89. Бюл. №6].

Для получения красного железоокисного пигмента гептагидрат сульфата железа(II) сначала превращают в моногидрат при 200±20°C. Затем в него вводят последовательно лигнин и сульфат алюминия. Далее смесь прокаливают при 850±20°C, полученный оксид железа (III) отмывают от водорастворимых солей, сушат и "размалывают. [А.с. 1629299 СССР, МКИ5 С09С 1/24. Способ получения красного железоокисного пигмента. Авторы: Герман В.А., Келлерман Л.А., Фраш В.Г. Заявка 4496941/26 от 20.10.88. Опубл. 23.02.91. Бюл. №7].

Известен способ, описанный в патенте США, по которому оксид железа(III) получают в несколько стадий. На первой стадии синтезируют карбонат железа(II) путем медленного добавления в течение 2…3 ч раствора сульфата железа(II) к раствору карбоната и бикарбоната аммония при перемешивании. Осадок карбоната железа(II) промывают от растворимых примесей и затем проводят окислительное расщепление на воздухе при 550…650°C. Недостатком указанного способа является многостадийность. [Патент США №3469942, Production of iron oxide for oxidic sintered shaped bodies. Henneberger F., Gebhardt F. Int. C1. C01g 49/02, C04b 35/26, H01v 9/02. U.S. C1. 23-200, 30 Sept. 1969].

Наиболее близким (прототип) является способ синтеза оксида железа(III), в соответствии с которым окисление проводится в слабокислой среде в присутствии нитрита натрия. Продолжительность синтеза 8 часов. Условия для получения красного оксида железа: рН 3-6, мольное соотношение нитрита натрия к железу(II) составляет 2...3. [Xianxian Ma et all., Modification of wet-process production of red iron oxide pigment // Tuliao Gongye. - 1990. - N 6. - P.8-11.]. Недостатками указанного способа являются большая длительность проведения синтеза и большой расход нитрита натрия.

Задачей изобретения является сокращение продолжительности и уменьшение числа стадий получения оксида железа(III). Это достигается тем, что в известном способе получения оксида железа(III) путем осаждения и термического окисления соединений железа(II), в раствор соли железа(II) вводят нитрит, затем добавляют раствор гидроксида натрия, полученный осадок отделяют, сушат и проводят термическое окисление при 650°C.

Способ реализуется следующим образом. В раствор сульфата железа(II) вводят нитрит натрия, через несколько минут добавляют щелочь. Выделившийся осадок магнетита отделяют от маточного раствора, промывают до нейтральной реакции и отрицательной реакции на сульфат-ионы и проводят термическое окисление при 650°С, полученный продукт измельчают.

Пример 1. В 40 мл кипящей дистиллированной воды растворяют 5 г гептагидрата сульфата железа(II). В полученный раствор вносят 0,2 г нитрита натрия (0,16 моль на 1 моль катиона железа(Н)). Через 2…3 минуты добавляют 8 мл 2 М раствора гидроксида натрия. Выделившийся черный осадок магнетита отделяют от маточного раствора вакуум-фильтрованием и промывают теплой дистиллированной водой до отрицательной реакции на сульфат-ионы. Осадок сушат, затем подвергают термическому окислению при 650°C в течение 15 мин и измельчают.Готовый продукт представляет собой ярко-красное вещество, не обладающее магнитной активностью. Данные рентгеноструктурного анализа свидетельствуют об образовании кристаллического Fe₂O₃ (гематита).

Пример 2. Способ получения оксида железа(III) в условиях примера 1, отличающийся тем, что осадок подвергают термическому окислению при 650°C в течение 5 мин. Готовый продукт представляет собой ярко-красное вещество. Данные рентгеноструктурного анализа свидетельствуют об образовании кристаллического Fe₂O₃ (гематита).

Пример 3. Способ получения оксида железа(III) в условиях примера 1, отличающийся тем, что осадок подвергают термическому окислению при 650°C в течение 30 мин. Готовый продукт представляет собой ярко-красное вещество. Данные рентгеноструктурного анализа свидетельствуют об образовании кристаллического Fe₂O₃ (гематита).

Пример 4. Способ получения оксида железа(III) в условиях примера 1, отличающийся тем, что расход нитрита натрия составляет 0,8 г (0,64 моль на 1 моль катиона железа(II)). Готовый продукт представляет собой ярко-красное вещество. Данные рентгеноструктурного анализа свидетельствуют об образовании аморфного Fe₂O₃.

Пример 5. Способ получения оксида железа(III) в условиях примера 1, отличающийся тем, в 40 мл кипящей дистиллированной воды растворяют 7,02 г соли Мора. Готовый продукт представляет собой ярко-красное вещество. Данные рентгеноструктурного анализа свидетельствуют об образовании аморфного Fe₂O₃.

Пример 6. Способ получения оксида железа(III) в условиях примера 1, отличающийся тем, в 40 мл кипящей дистиллированной воды растворяют 2,27 г хлорида железа(II). Готовый продукт представляет собой ярко-красное вещество. Данные рентгеноструктурного анализа свидетельствуют об образовании аморфного Fe₂O₃.

Таким образом, применение нитрита натрия на стадии осаждения магнетита и последующей термоокислительной обработки позволяет получить кристаллический оксид железа(III). По примеру 4 видно, что увеличение расхода нитрита натрия на стадии осаждения магнетита не позволяет получить кристаллический оксид железа(III).

Результаты, приведенные в примерах, указывают на то, что предлагаемый способ получения, оксида железа позволяет значительно, сократить продолжительность синтеза и уменьшить расход нитрита натрия с 2…3 моль на моль сульфата железа(II) до 0,16 моль на моль сульфата железа(II).

Изобретение может быть использовано в неорганической химии. Для получения оксида железа(III) в раствор соли железа(II) вводят нитрит натрия, затем добавляют раствор гидроксида натрия. Полученный осадок отделяют, сушат и проводят термическое окисление при 650°C. Изобретение позволяет уменьшить продолжительность и сократить число стадий получения кристаллического оксида железа(III). 6 пр.

Способ получения оксида железа(III) путем осаждения и термического окисления соединений железа(II), отличающийся тем, что в раствор соли железа(II) вводят нитрит натрия, затем добавляют раствор гидроксида натрия, полученный осадок отделяют, сушат и проводят термическое окисление при 650°C.