氨中和法是以氨(氨水、液氨或氨氣)替代鐵屑、鐵皮等為中和劑,以空氣為氧化劑,以亞鐵鹽溶液為鐵源,先制備晶種,后氧化晶種制得氧化鐵紅工業(yè)顏料的工藝方法。由于可以通過對(duì)母液的處理收得副產(chǎn)品硫酸銨,可以消除由母液排放給環(huán)境造成的污染,因此被視為一種較為環(huán)保的氧化鐵紅生產(chǎn)技術(shù)。
氨中和法是繼硝酸法、硫酸法、混酸法之后研發(fā)的一種氧化鐵紅生產(chǎn)新工藝。由于對(duì)該工藝的研究相對(duì)較少,又缺乏必要的工業(yè)化實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),因此存在著工藝條件不成熟、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、生產(chǎn)過程有含氨氣體彌散、硫酸銨回收蒸發(fā)量大、能耗高、嚴(yán)重影響經(jīng)濟(jì)效益等不足。也正為這個(gè)原因,氨中和法被視為一種不成熟的氧化鐵紅工業(yè)顏料生產(chǎn)工藝,目前在行業(yè)內(nèi)應(yīng)用較少。
從我國(guó)現(xiàn)行的氧化鐵紅生產(chǎn)工藝看,無論是干法(即以氧化鐵黑、氧化鐵黃、氧化鐵綠、碳酸鐵顏料為原料的煅燒法)還是濕法(以亞鐵鹽為鐵源,以鐵屑、鐵皮等為中和劑的硝酸法、硫酸法、混酸法)都存在著一個(gè)共同的弱點(diǎn),即有大量的酸性廢水、酸性蒸氣、含氨氮?dú)怏w等,目前又缺少可靠的綜合利用途徑。所述酸性廢水、酸性蒸氣、含氨氮?dú)怏w的產(chǎn)生與排放,將會(huì)對(duì)水體、土壤、大氣造成嚴(yán)重污染。在環(huán)保法規(guī)日臻完善、環(huán)保要求日益提高的形勢(shì)下,氧化鐵行業(yè)的發(fā)展面臨一個(gè)明顯的環(huán)境瓶頸。這個(gè)瓶頸不獲得突破,必將使氧化鐵顏料行業(yè)的發(fā)展受到限制。因此,開發(fā)、應(yīng)用一種無害化氧化鐵顏料生產(chǎn)新工藝,徹底解決氧化鐵顏料生產(chǎn)過程廢水、廢氣對(duì)環(huán)境的污染問題,同時(shí)保障和提升產(chǎn)品品質(zhì),降低生產(chǎn)成本,是在環(huán)保壓力下解決氧化鐵顏料行業(yè)可持續(xù)發(fā)展問題的必然要求。也是氧化鐵顏料行業(yè)突破環(huán)保瓶頸的必由之路。
綜合評(píng)價(jià)我國(guó)現(xiàn)有氧化鐵紅工業(yè)顏料生產(chǎn)技術(shù),如果能夠通過研究與實(shí)踐切實(shí)解決氨中和法所存在的不足,確定切實(shí)可行的工藝條件和工藝流程,解決所存在的產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、母液處理成本高、生產(chǎn)過程含氨氣體產(chǎn)生量大等關(guān)鍵技術(shù),那么氨中和法將成為具有明顯的優(yōu)質(zhì)、環(huán)保、高效特征的氧化鐵紅顏料換代技術(shù)。近年來,南陽東方應(yīng)用化工研究所在氨中和法生產(chǎn)氧化鐵紅工業(yè)顏料生產(chǎn)技術(shù)研究方面獲得了重大突破,成功開發(fā)出了具有明顯的優(yōu)質(zhì)、環(huán)保、高效特征的堿循環(huán)法環(huán)保型氧化鐵紅顏料生產(chǎn)技術(shù),并已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
氨中和法生產(chǎn)氧化鐵紅工業(yè)顏料,所涉及的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)節(jié)點(diǎn)是:
1、首先要制得純度符合氧化鐵紅顏料生產(chǎn)的亞鐵鹽溶液,這是確保生產(chǎn)過程運(yùn)行正常、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定的重要前提。研究結(jié)果證明:能否把亞鐵鹽溶液中的有害雜質(zhì),如鈦、鎂、鋁、重金屬、磷、氟、硫化物等控制在許可范圍,直接決定著生產(chǎn)運(yùn)行的成敗。
2、真正了解、認(rèn)識(shí)和把握氨中和法生產(chǎn)氧化鐵紅工業(yè)顏料的反應(yīng)機(jī)理及特征,真正找到并確認(rèn)切實(shí)可行的技術(shù)參數(shù)。涉及氨中和法生產(chǎn)氧化鐵紅的技術(shù)參數(shù),有關(guān)文獻(xiàn)(期刊文獻(xiàn)、學(xué)位論文、專利文獻(xiàn))雖然都有所描述,但是經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),除曾昭儀、蔡傳琦、梁續(xù)樹等學(xué)者對(duì)氨中和法制備氧化鐵紅晶種的反應(yīng)機(jī)理、影響因素及氧化合成的歷程進(jìn)行了極有價(jià)值的探討之外,其他已發(fā)表的文章和公開的專利均未能揭示晶種制備完成之后晶種轉(zhuǎn)化和二步氧化過程的反應(yīng)規(guī)律,未能找到優(yōu)化工藝條件并確定合理的工藝流程。以文獻(xiàn)報(bào)道的工藝條件和工藝流程難以生產(chǎn)出符合工業(yè)要求的氧化鐵紅顏料產(chǎn)品。因此,重新和把握氨中和法生產(chǎn)氧化鐵紅工業(yè)顏料的反應(yīng)機(jī)理及特征,找到切實(shí)可行的技術(shù)參數(shù)十分重要。
3、使用結(jié)構(gòu)和性能符合氨中和法生產(chǎn)氧化鐵紅工業(yè)顏料化學(xué)反應(yīng)機(jī)理及特征的生產(chǎn)設(shè)備,尤其是晶種制備和二步氧化反應(yīng)設(shè)備。以鐵屑、鐵皮等為中和劑的硝酸法、硫酸法和混酸法,晶種制備和二步氧化過程是氣、液、固三相之間的反應(yīng),而氨中和法是氣、液兩相之間的反應(yīng),而且氨中和法反應(yīng)過程對(duì)各反應(yīng)物之間的反應(yīng)順序有著特殊要求,需要能夠?qū)崿F(xiàn)有效控制。前者和后者在反應(yīng)機(jī)理之間有著重大區(qū)別,對(duì)所使用的設(shè)備有著不同要求,如果將現(xiàn)行的、鐵屑、鐵皮為中和劑的硝酸法、硫酸法和混酸法所使用的晶種制備和二步氧化反應(yīng)器應(yīng)用于氨中和法,那么將使反應(yīng)過程出現(xiàn)混亂,有大量的影響產(chǎn)品質(zhì)量的雜相生成,不僅導(dǎo)致色光進(jìn)展失控,而且難以制得具有顏料功能的氧化鐵紅。因此應(yīng)使用結(jié)構(gòu)和性能符合氨中和法生產(chǎn)氧化鐵紅工業(yè)顏料化學(xué)反應(yīng)機(jī)理及特征的生產(chǎn)設(shè)備,這是確保所得氧化鐵紅品質(zhì)的設(shè)備保障。
4、從亞鐵鹽溶液的制備,到晶種制備和二步氧化,在所述主體設(shè)備應(yīng)配置尾氣控制、吸收裝置,對(duì)反應(yīng)尾氣中有害成分回收利用,降低生產(chǎn)成本,確保尾氣達(dá)標(biāo)排放,不對(duì)大氣造成污染。
5、在母液綜合利用方面放棄回收硫酸銨的陳舊思路,采用先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)和裝置將母液中的硫酸銨分解,回收濃度符合氧化鐵紅生產(chǎn)工藝要求的稀氨水,實(shí)現(xiàn)中和堿——氨的循環(huán)利用,同時(shí)收得副產(chǎn)硫酸鹽作為產(chǎn)品出售。研究及工業(yè)實(shí)踐充分證明,所述工藝方法具有母液處理能耗少、成本低、銨分解率高、所得氨水濃度可以滿足氧化鐵紅生產(chǎn)需要、氨回收率高、能夠大幅度降低氧化鐵紅生產(chǎn)成本,并根治因母液排放給水體造成的污染等優(yōu)勢(shì)。
綜上所述,實(shí)現(xiàn)氧化鐵紅顏料生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)化、低成本化和無害化是供給側(cè)改革持續(xù)深入,環(huán)保要求日益提高的新形勢(shì)下氧化鐵顏料行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的新要求。以氨中和法工藝為基礎(chǔ),認(rèn)真解決好所述幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)節(jié)點(diǎn),使之成為優(yōu)質(zhì)、高效、環(huán)保型氧化鐵紅顏料生產(chǎn)技術(shù),是助力我國(guó)氧化鐵紅顏料行業(yè)健康穩(wěn)定發(fā)展的重要的技術(shù)舉措。