[实用新型]一种碱循环含铁固废生产氧化铁颜料设备系统

说明书

本实用新型公开了一种碱循环含铁固废生产氧化铁颜料设备系统，包括硫酸亚铁溶液制备系统、氧化铁红颜料晶种制备系统、节能环保型氧化铁红颜料氧化反应系统。所述硫酸亚铁溶液制备系统由酸浸（水浸）与还原单元、铁盐溶液净化单元组成，所述酸浸（水浸）与还原单元包括反应器Ⅰ，所述反应器Ⅰ内部一侧设有料浆输送泵Ⅰ，所述反应器Ⅰ一侧设有含铁物料加料系统。本实用新型生产能力大、节能、无污染的优势，解决了氨中和法生产优质氧化铁颜料所需核心设备存在的技术瓶颈，具有很好的推广与应用。

技术领域

本实用新型属于无机颜料生产设备技术领域，涉及一种碱循环含铁固废生产氧化铁颜料设备系统。

背景技术

我国现有的氧化铁红颜料生产技术有矿物法、焙烧法和两步氧化法，其中矿物法为干法，焙烧法为以硫酸亚铁、氧化铁黄、氧化铁黑为前驱体的半干法生产工艺，两步氧化法即引入晶核法，是一种全湿法的氧化铁红工业颜料生产工艺。在工艺中，矿物法为比较原始的氧化铁红颜料生产工艺，适合于由含铁矿物经选矿、研磨制得氧化铁红和氧化铁黑粉体，作为低端颜料使用。由于产品质量无法满足各消费领域的需要，因此目前已不多采用。煅烧法为成熟的氧化铁红颜料制备方法，但在以硫酸亚铁为原料生产氧化铁红时，存在着硫酸亚铁需作净化、脱水处理，煅烧过程有大量的二氧化硫气体产生，环境影响较大，产品品种范围狭窄，质量不高等不足，因此也几乎不被采用。以氧化铁黄、氧化铁黑为前驱体的焙烧法生产氧化铁红工艺，由于需首先制得氧化铁红或氧化铁黑，然后再控制工艺条件进行焙烧，因此存在着工艺流程长，前驱体制备过程有大量的酸性废水产生与排放，产品品种范围狭窄，质量不高等不足，因此工业化应用不多。两步氧化法即全湿法工艺，是以铁盐（硫酸亚铁、硫酸铁、氯化亚铁、硝酸亚铁等）溶液或含铁废酸为原料（在没有铁盐溶液或含铁废酸时，可以用硫酸、硝酸或盐酸浸取含铁矿物或含铁固废制备铁盐溶液），采用两步氧化法，即先氧化制备晶种，后氧化晶种制得氧化铁红颜料的方法。两步氧化法按照所使用铁盐种类的不同，分为硫酸盐法、硝酸盐法和混酸法（硫酸盐、硝酸盐混合法）。按照所用中和剂种类的不同又可分为铁皮、铁屑中和法和氨中和法。在两步氧化法工艺中，较早采用的是硝酸盐法，该法的优点是所得产品质量优异，生产工艺成熟，稳定可靠。但存在的不足是生产过程硝酸消耗量大，生产成本相对较高，晶种制备及二步氧化过程有一氧化氮气体产生与排放，产品分离过程有大量的、含有铵氮和硝酸盐的酸性工艺废水排放，对环境影响较大。由于存在所述缺陷，因此目前应用不多。硫酸盐法的优点是原料来源丰富，生产成本较硝酸盐法相对较低，生产过程有害气体产生较少等，但存在的不足是产品质量和硝酸盐法所得产品相比相对较差，生产过程仍然有大量的酸性废水产生与排放，对环境影响较大。混酸盐法是以硝酸盐法和硫酸盐法为基础，经工艺整合研发的一种氧化铁红颜料生产新技术，该法是目前我国氧化铁红颜料行业所采用的主流工艺。该工艺的优点是产生质量较好，各项性能指标可以接近或达到硝酸法水平，和硝酸盐法相比生产成本有所下降，一氧化氮气体排放量有所减少，生产成本有所下降。但不足是仍然有大量的含有铵氮和硫酸盐的工艺废水产生与排放，对环境影响较大。氨中和法是以含铁固废、可溶性铁盐（硫酸铁、硫酸亚铁、氯化铁、氯化亚铁等）、含铁废酸、酸洗废水等为铁源，由所述铁源制得的纯净亚铁盐溶液（硫酸亚铁、氯化亚铁、硝酸亚铁等）为原料，以氨水或氨（氨气、液氨）为中和剂，以空气为氧化剂，首先制备晶种，再对晶种进行氧化制得氧化铁红颜料的方法，其中有代表性、研究较多且进行过工业化尝试的为氨中和法处理硫酸亚铁溶液制备氧化铁红颜料工艺。该工艺所产生的母液为硫酸铵溶液，已报道的处理方法是采用蒸发、浓缩、结晶的办法回收硫酸铵。由于能够对母液进行综合利用，因此氨中和法被视为一种较为环保的氧化铁红颜料生产工艺。但是，氨中和法工艺存在有以下缺点：（1）废水处理过程虽然收得了硫酸铵，但需要进行蒸发、浓缩，能源消耗量大，处理成本高，加之所得产品硫酸铵附加值较低，因此处理成本高、无效益，甚至会造成严重亏损。（2）国内外对氨中和法工艺的研究较少，从国内的情况看，除曾昭仪、蔡传琦、梁续树等学者对氨中和法制备氧化铁红晶种的反应机理、影响因素及氧化合成的历程进行了极有价值的探讨之外，其他已发表的文章和公开的专利均未能揭示晶种制备完成之后晶种转化和二步氧化过程的反应规律，未能找到优化工艺条件并确定合理的工艺流程。以文献报道的工艺条件和工艺流程难以生产出符合工业要求的氧化铁红颜料产品。（3）由于未能研究、发现晶种制备完成之后晶种转化和二步氧化过程的反应规律，因此也没能研究开发出符合氨中和法处理硫酸亚铁生产氧化铁红反应规律的生产设备。目前，我国氧化铁红行业晶种制备和二步氧化所使用的氧化反应器均为敞口、直通式加热、以空气为氧化剂、采用气流搅拌方式的常规筒状设备。就氨中和法处理硫酸亚铁生产氧化铁红而言，目前实验室所用实验装置为所述传统氧化反应器的小型化，已经进行的工业化尝试所采用的氧化设备也是所述常规氧化反应器。这种常规氧化反应器虽然适合于以铁皮、铁屑等为中和剂的、以气（空气）、液（晶种液体系）、固（铁皮、铁屑等）三相反应为特征的硝酸法、硫酸法和混酸法工艺，但应用于以氨为中和剂、以气（空气）、液（晶种液体系、硫酸亚铁溶液）两相反应为特征的氨中和法，则由于设备结构和性能不符合氨中和法反应规律与特征，因此具有极大的局限性，其突出表现是所加入氨水和硫酸亚铁因直接接触而发生中和反应，造成反应次序紊乱，有一定量的杂相生成，色光进展无法有效掌控，产品质量不合格或不稳定。所得产品不能满足油漆、涂料、建材、制药、塑料、日化等行业的需要。综上所述，虽然氨中和法工艺因所产出的母液具有较高的可利用性而具有明显的环保特征，但由于母液处理成本高，存在着反应过程紊乱，色光进展无法有效掌控，产品质量不合格或不稳定等重大技术缺陷，加之已经进行的工业化尝试也多以失败而告终，因此该工艺被视为一种不成熟的氧化铁红颜料生产技术。虽然具有环保优势，但目前在行业内未被推广和应用。从目前我国现行的氧化铁红生产工艺看，普遍存在着酸性废水产生量大，生产过程有废气产生，对水体及大气污染严重等问题。随着供给侧改革的深入、环保法规的日臻完善和执法力度的日益增强，新的形势对氧化铁红颜料行业的发展提出了新要求。“十三五”期间及未来一个发展时期，氧化铁红产品的精细化、功能化、高品质化，生产过程的绿色化、无害化将成为行业发展的主旋律。以提升氧化铁红产品品质、满足不同领域对氧化铁红产品的需求、实现生产过程的无害化为宗旨，通过研究、开发和推广、使用环保型氧化铁红颜料生产新技术、新装备是氧化铁红颜料行业发展的迫切要求。