Способ получения гидроксида железа iii

(19 5 С 01649/О ЕТЕНИЯ ВИДЕТЕЛ ЬСТВУ К АВТОРСКО нно.М,Андрусен рянская и А.Н Лага Уо 1 сЫ, Като в аэрированном Яос. Яа 1 ету Епд", РЖ Химия, 1983,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ И(71) Ленинградский институт авиприборостроения(56) Аза 1 сцга ЗЬцКц)1, ОсКеп)1 "Активация железарастворе хлорида". 1.Лар.1983, ч.22, М 1, р.20-24.170667. Изобретение относится к способам получения гидроксидов железа и может быть использовано в технологии пигментов.Известны способы получения желтых кристаллических метагидроксидов окиси железа Ре 20 зН 20 или РеО(ОН), например, окислением воздухом раствора соли железа (11) в присутствии металлического железа при постоянном добавлении аммиака. В этом процессе желе о (1) окисляется в железо (11), которое затем осаждается аммиаком в виде гидрата:2 РеЯ 04+ Н 20 + 0 - 2 Ре ОН)304;Ре(ОН)304+ 2 К 1-3+ 2 Н 20 -+- РеО(ОН) + ,МН 4)2304.Недостатком этого способа является большая материало- и энергоемкость процесса, Способ требует использования реактивов РеЯ 04, МНз, При этом образуется побочный продукт реакции (МН 4)2504, ути(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГИДРОКСИДА ЖЕЛ ЕЗА (11)(57) Изобретение относится к технологии получения пигментов. Цель иэобретения - увеличение выхода охристо-желтого кристаллического моногидроксида железа (1 1). Поставленная цель достигается путем окисления металлического железа кислородом в 1 - 10%-ном водном растворе хлорида аммония, фильтрования, промывки до отрицательной реакции на хлорид-ионы в промывных водах и сушки продукта. Предложенный способ позволяет повысить выход гидроксида железа (111), обладающего чистым охристо-желтым цветом, Способ менее материало- и энергоемкий. 1 табл. лиэация которого (упаривание раствора, перекристаллизация) требует затраты труда и энергии. Кроме того, исходная соль РеЯ 04 должна быть получена растворением металлического железа в серной кислоте, что требует дополнительных затрат на кислоту и наличие дорогостоящего кислотостойкого оборудования. Использование в данном способе раствора аммиака вызывает большие неудобства с точки зрения техники безопасности: аммиак вызывает раздражающее действие на верхние дыхательные пути и слизистые оболочки глаз, поэтому для осуществления этого процесса необходима мощная вытяжная вентиляция.Известен способ получения желтого кристаллического метагидроксида железа (11) окислением металлического железа ароматическими нитросоединениями, чаще всего нитробензолом в водной среде в присутствии соляной кислоты или, точнее, хлорида железа (11) и электролитов - солей алюминия, хрома,. олова, церия и некоторыхдругих металлов. Способ позволяет получить желтый метагидроксид непосредственно из металлического. железа, используяжелезные отходы (стружка, лом).К недостаткам способа следует отнестииспользование в качестве окислителя токсичного вещества - нитробензола, который 10при продолжительном вдыхании даже незначительных количеств приводит к тяжкимпоследствиям. Кроме того, для проведенияспособа необходимо использование дополнительных реактивов Н С 1, А 1 С 1 з и др., утилизация которых затруднена,Известен способ получения железоокисного пигмента путем обработки кислородом воздуха металлического железа врастворе соли железа (11) при поддержании 20рН раствора 3 - 6.Недостатком этого способа является то,что продукт окисления металлического железа в растворе соли железа не являетсячистым метагидроксидом железа (111). В 25нем неизбежно присутствуют, например,основные соли железа (111), являющиесяпродуктом окисления и гидролиза соли железа (1):2 ЕеЯ 04+ Н 20+ 0 - Ф 2 Ее(ОН)304, 30Полимерные основные соли железавыпадают в осадок, загрязняя метагидроксид. Содержание их тем больше, чем меньше количество железа в реакторе и выше рНраствора. Обычно содержание основных солей в пигменте составляет 1,0 - 4,0 мас. при рН 3,5 - 4,0 и должно увеличиваться прирН 6. Кроме того, в реактор дополнительновводят затравочные частицы оксида железа,а металлическое железо вводят в виде восстановленного ильменита, поэтому пигментсодержит примеси некоторого количествадиоксида титана. Таким образом, указанным способом получают пигмент, состоящий из ряда различных соединений, но не 45чистый метагидроксид железа (1).Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способполучения гидроксида железа (111), которыйвключает окисление металлического железа 50кислородом в водном растворе, содержащем хлорид, при 40 С, фильтрование, промывку до отрицательной реакции нахлорид-ионы в промывных водах и сушкупродукта. В качестве хлорида используют 55хлорид натрия МаС 1,Способ позволяет получить гидроксид железа (11) довольно просто непосредственно из металлического железа, используя железные отходы (стружка, металлолом) и недорогие реактивы; воздух, воду и хлорид натрия, причем хлорид натрия в процессе окисления не расходуется и может быть использован вновь после фильтрования осадка гидроксида железа (111),Недостатком способа является то, что при окислении металлического железа (воздухом) в водном растворе хлорида натрия выход метагидроксида железа (11) незначителен, Механизм окисления металлического железа можно представить следующим образом:2 Ее -4 е - 2 Ее02+ 4 е+ 2 Н 20 -40 Н;2 Ее 2 40 Н -2 Ее(ОН)г;2 Ее(ОН)2+ 02+ 2 Н 20 - 2 Ее(ОН)з.Нейтральная среда, которую создают растворы ИаС 1, способствует проявлению амфотерных свойств гидроксида железа (111), в результате которых Ее(ОН)з, вступая во взаимодействие с гидроксидом железа (1), дает продукты присоединения Ее(ОН)2 Ее(ОН)з, т.е, ЕеО Ее 20 з пН 20, которые затем либо дегидратируются с образованием черного соединения ЕеО Ее 20 з, либо окисляются дальше в коричневый Ее 20 з пН 20. Содержание этихсоединений различно и зависит от скорости подачи кислорода и концентрации хлорида натрия. Цвет продуктов окисления меняется от сепии до темной охры, а содержание воды - от 0,63 до 1,56 моль Н 20 в пересчете на 1 моль Ее 20 з. Дериватограмма образца, полученного окислением металлического железа кислородом воздуха (естественная конвекция) в 1 о -ном растворе МаС 1, имеет три эндотермических эффекта; при 373 К (потеря адсорбционной воды), 553 К и 620 К и размытый экзотермический эффект, что свидетельствует о наличии смеси гидроксидов.Цель изобретения - увеличение выхода охристо-желтого кристаллического метагидроксида железа (111),Поставленная цель достигается тем, что в известном способе, включающем окисление металлического железа кислородом в водном растворе, содержащем хлорид, фильтрование, промывку до отрицательной реакции на хлорид-ионы в промывных водах и сушку продукта, в качестве хлорида используют хлорид аммония с концентрацией 1 - 10 мас,о .Водный раствор ИН 4 С содержит избыток ионов Н, которые подавляют проявление гидроксидом железа (11) кислотных свойств, а следовательно, образование продуктов присоединения Ее(ОН)2 Ее(ОН)з, т.е, устойчивого черного Ее 0 Ее 20 з, которыйприменение в химической промышленности и в лабораториях. Его применяюттакже 50 вмедицине.Железные пластины размером 102 х х 55 мм, вырезанные из утильного кровельного железа, очищенные от ржавчины, заливают 220 см водного раствора хлорида 55 аммония с концентрацией 1;5;10 и 15 мас, ,Через растворы пропускают с объемной скоростью 0,04 л/ми кислсрод или выдерживают на воздухе с целью естественной загрязняет гидроксид железа . Кроме того, в водном растворе хлорида аммония возможно окисление металлического железа с образованием малоустойчивых аммиакатов, что сдвигает окислительный потенциал в отрицательную сторону и облегчает окисление металлического железа до трехзарядного иона.Окисление металлического железа желательно проводить при комнатной температуре. Нагревание даже до 50-60 С вызывает снижение выхода желтого метагидроксида железаГеО(ОН) или РегОзНгО, т.е. потемнение продукта, а при нагревании раствора до 98 - 100 С образование темно-коричневого гидроксида состава Ге 20 з(1,13 - 1,37) Н 20.Увеличение концентрации водного раствора с 1 до 10 мас,приводит к увеличению скорости окисления металлического железа, а дальнейшее ее увеличение до 15 мас.; приводит к снижению скорости процесса, усложняет отмывку от хлоридионов. Оптимальной в.отношении скоростиокисления металлического железа следует считать концентрацию водного раствора аммония 5 - 10 мас При этом увеличивается дисперсность (удельная поверхность) гидроксида железа ().Последовательность выполнения способа следующая, Железные отходы (стружка, лом) заливают водным раствором хлорида аммония с концентрацией 1-10 мас.ф, и постепенно при комнатной температуре пропускают через раствор газообразный кислород (или воздух), возможнатакже естественная конвекция кислородаиз воздуха, Полученный осадок охристо- желтого кристаллического метагидроксида железа () фильтруют, моют водой до отрицательной реакции на хлорид-ионы и сушат на воздухе для получения порций ЕеО(ОН), т,е, Р 20 з Н 20,Используемый в способе хлорид аммония широко применяется в технологических процессах; при паянии служит электролитом в элементах Лекланше и в сухих элементах, а также находит разнообразное 5 10 1525 30 3540 45 конвекции кислорода воздуха в течение 10 сут, Температура раствора хлорида аммония была в большинстве экспериментов комнатная 18 - 22 С, в отдельных экспериментах нагревают до 53-57 С и до 98 - 100 С. После накопления осадка его отделяют от маточного раствора фильтрованием, отмывают дистиллированной водой до отрицательной реакции на хлорид-ионы с помощью Ад(ЙОз) и сушат на воздухе.Полученные осадки после выдерживания до постоянного веса в эксикаторе над ангидроном анализируют на содержание воды прокаливанием до 750 С, определяют их дисперсность измерением удельной поверхности, для отдельных образцов сделан дериватографический анализ. Результаты представлены в таблице.Гидроксид железа; полученный в водных растворах хлорида аммония концентрации 1 - 10 мас. ф, имеет охристо-желтый цвет и соответствует формуле Ре 20 з Н 20, т,е, РеО(0 Н).Термограммы образцов имеют эндотермический эффект, соответствующий 300 - 360 С, что характерно для гетита, т.е, метагидроксида а -формы. Температура окисления должна быть комнатной (1 8 - 22 С), так как при более высоких температурах (53- 57 и 98 - 100 С) происходит потемнение осадков и увеличение количества гидратной воды в них. Причем скорость окисления металлического железа увеличивается более чем в 1,5 раза при концентрации раствора хлорида аммония 5 - 10 мас. по сравнению со скоростью окисления при концентрации раствора МН 4 С 1 мас,ф, т,е, увеличивается дисперсность, При дальнейшем увеличении концентрации раствора хлорида аммония до 15 мас.ф скорость окисления уменьшается и, кроме того, затрудняется промывка осадка от хлорид-ионов,Технические преимущества предлагаемого способа заключаются в том, что по предлагаемому способу увеличивается выход метагидроксида железа , обладающего чистым охристо-желтым цветом, по сравнению с известным, когда получается смесь различных гидроксидов Ре 20 з(0,67 - 1,45) Н 20,По сравнению с известными предлагаемый способ менее материалоемкий, энергоемкий и фактически безотходный, так как позволяет получить кристаллический моногидрат охристо-желтого цвета непосредственно из отходов железа (стружки, обрезки) и металлолома, с использованием кислорода воздуха, и без участия побочных токсичных веществ,1724585 Формула изобретенияСпособ получения гидроксида железа , включающий окисление металлического железа кислородом в водном растворе, содержащем хлорид, фильтрование, про мывку до отрицательной реакции на хлоридСодержание воды, моль/моль Цвет продуктаУдельная поверхность,м/г Скорость Температуподачи кис- ра окислелорода, ния, С л/мин Скорость реакции,гм Охристожелтый 0,985 22 0,101 Естественная конвекция То же Ф51015 Темная охра Охристожелтый То же1,020 0,4 0,514 38 20+2 1,017 1,030 1,285 49 61 70 0,4 0,4 0,4 0,771 0,975 0,723 5 10 15 20+2 20 202 Темная охра Коричневый Темнокоричневый5 10 10 15 20 Составитель А. КораблеваТехред М.Моргентал Корректор А. Осауленко Редактор Н. Яцола Заказ 1145 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ, СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 Концентрация хлорида аммония,мас. 0,4 Естественная конвекцияТо же 20 й 2 20:+2 20:2 20 ионы в промывных водах и сушку продукта, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения выхода охристо-желтого кристаллического метагидроксида железа (), в качестве хлорида используют хлорид аммония с концентрацией 1 - 10 мас.ф.