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氧化铁

CAS 号:
1332-37-2
英文名称:
Iron oxide
中文名称:
氧化铁
CBNumber:
CB31456867
分子式:
Fe2O3
分子量:
159.69
MOL File:
1332-37-2.mol

氧化铁 化学性质

密度 
2.66 g/cm3
储存条件 
-70°C
EPA化学物质信息
Iron oxide (1332-37-2)

安全信息

危险品运输编号 
UN 1376 4.2/ PGIII
HazardClass 
4.2
PackingGroup 
III
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氧化铁 性质、用途与生产工艺

化学参数

详细说明
指 标
HO 01-04
HO 01-02
130
190
103、104
混酸法
硫酸法
硝酸法
混酸法
铁含量,以Fe2O3(105℃烘干)表示,
  %(m/m)≥
95
94
95
95
105℃挥发物,%(m/m)≤
1.0
1.0
1.0
1.0
水溶物,%(m/m)≤
0.3
0.3
0.3
0.3
水溶性氧化物及盐,
  以C1和SO1表示,%(m/m)≤
0.2
0.2
0.2
0.2
筛余物(63um网眼),%(m/m)≤
0.3
0.3
0.3
0.3
水萃取液酸碱度,ml ≤
20
20
20
20
水悬浮液Ph值
5~7
5~7
5~7
5~7
吸油量,g/100g
15~25
15~25
15~25
15~25
铬酸铅
阴性
阴性
阴性
阴性
总钙量,以CaO表示,%(m/m)≤
0.3
0.3
0.3
0.3
颜色1)、2)(与标准样比)
95
95
95
95
相对着色力1)(与标准样比),%≥
近似~微
近似~微
近似~微
近似~微
有机着色物的存在
阴性
阴性
阴性
阴性
色 光
红黄色
浅红色-
  紫红色
桔红色
枣红色

物理性质

有天然的和人造的两种。天然的称西红,是基本上纯粹的氧化铁,为红色粉末。由于生产方法和操作条件的不同,它们的晶体结构和物理性状都有很大的差别,色泽变动于橙光到蓝光至紫光之间。遮盖力和着色力都很大。密度5-5.25。有优越的耐光、耐高温性能,并耐大气影响、耐污浊气体、耐一切碱类。只有在浓酸中加热的情况下才会逐渐溶解。

基本性能

外观:橙红至紫红色的三方晶系粉末。有天然的与合成的2种。天然的称作西红,相对密度55.25。细度0.4~20um。熔点1565(分解)。灼烧时放出氧气,能被氢和—氧化碳还原成铁。不溶于水,溶于盐酸、硫酸,微溶于硝酸和酵类。具有优异的耐光、耐高温、耐酸、耐碱、防锈性。分散性好,着色力和遮盖力很强,无油渗性和水渗性。无毒。空气中最高容许浓度为5mg/m3。

主要用途

在建材工业中主要用于彩色水泥、彩色水泥地砖、彩色水泥瓦、仿琉璃瓦、混凝土地砖、彩色灰浆、彩色沥青、水磨石、马赛克花砖、人造大理石及墙面粉刷等;用于各种涂料着色和保护物质,包括水性内外墙涂料、粉末涂料等;也可适用于油性漆包括环氧、醇酸、氨基等各种底漆和面漆;也可用于玩具漆、装饰漆、家具漆、电泳漆和磁漆。铁红底漆具有防锈功能,可以代替高价的红丹漆,节约有色金属。

用途

用于塑料制品的着色,如热固性塑料和热塑性塑料,及橡胶制品的着色,如汽车内胎,飞机内胎,自行车内胎等。用于高级精磨材料,使用于精密的五金仪器、光学玻璃等的抛光。高纯度的是粉末冶金的主要基料,用来冶炼各种磁性合金和其他高级合金钢。由硫酸亚铁或氧化铁黄或下脚铁混经高温煅烧而得,或直接从液体介质中制成。

制造方法

可分为干法和湿法两大类。

(1)湿法

1)混酸法。主要原料是硝酸、硫酸和铁皮,后者是工业加工铁皮 的边角料或机床加工后的废铁屑。生产过程分为晶种制备和铁盐氧 化两步,晶种由硝酸和铁皮反应制取。

A.反应式:

总反应式:

带有不定量结晶水的三氧化二铁悬浮体(Fe2O3·nH2O)呈橘红色, 作为生产铁红的晶种。在晶种存在下,加入硝酸亚铁溶液与废铁皮, 鼓入空气进行氧化。此时,硝酸亚铁溶液中的Fe2+被空气中的氧氧化 成氧化铁,沉积在晶种上,同时生成的硝酸与铁皮反应生成硝酸亚铁, 其中Fe2+再被氧化,如此不断进行。氧化铁颗粒不断成长,颜色由浅 而深,达到所需色泽,氧化过程可终止。其氧化过程的反应式可表示 为:

在氧化过程中,待料液达发胶阶段,可加入硫酸亚铁溶液补充 Fe2+。其反应过程为:

氧化结束后,经过筛、过滤、漂洗、干燥,得成品。

B.工艺流程:

a.硝酸亚铁制备:铁皮经预处理,除去油污、杂质等,放入反应桶 ①(装满),加水到一定液位(约为容器的1/2容积)。96%的硝酸用水 以1:2稀释至32%左右,徐徐加入反应桶内。反应温度不超过60℃, 为防止局部过热,引起硝酸分解,反应中要用泵进行料液循环,使料液 温度均匀并降低温度。反应终点pH=3~4,硝酸亚铁含量15%左右, 然后送澄清桶备用。

b.硫酸亚铁制备:在反应桶②中装满铁皮,再加水,然后徐徐加入 98%浓硫酸。m(水):m(浓硫酸)=4:1,反应将停止时通蒸汽升温至 95℃,使余酸继续反应至pH=4~6结束,FeSO4·7H2O含量达500 g/L, 移入澄清桶备用。

c.晶种制备:在晶种桶内先放水,通入蒸汽加热,同时放入拉松的 铁皮(满桶),加入32%的硝酸,V(稀硝酸):V(水)≈1:6。其中约2/3 的硝酸在3 h内慢慢加入,反应温度在90~95℃,温度变化不要过大, 以免晶种老化,活泼性能变差,氧化时收率低而单耗高。在冷却到 87℃时,将余下的1/3左右的酸以较快速度加入,待反应趋缓后(约 20 min后)续加余酸,前后加酸时间共约3.5 h。当反应进行到pH= 2~3,制得的晶种为色泽呈橘红色浆状,且8 h内不沉淀。

将晶种与制备好的硝酸亚铁同时加入氧化桶(桶内装满铁皮),晶 种液投入量约为氧化桶有效容积的1/3,硝酸亚铁溶液的投加量约为 有效容积的1/4,桶内硝酸亚铁的含量约为0.3%~4%。投料后同时 通蒸汽和空气,保持氧化温度在80~85℃。当升温到80℃时测定硝酸 亚铁的含量应在3%~4%,不足时需补加。氧化48 h后,料液中硝酸 亚铁的含量约0.3%,且料液已达到发胶阶段,应立即加硫酸亚铁溶解 (FeSO4·7H2O含量为50%),并测定料液中的硫酸亚铁含量在4%~ 5%左右。继续氧化30 h左右,将亚铁含量控制在1%。在此期间应 经常补加蒸发掉的水,保持一定液位(离桶口约20 cm)。氧化至90 h 后开始取样检验色光,每4 h一次,直到色光接近标准,放料。当色光 接近标准,料液中亚铁在0.5%左右时,补加少量15%的硝酸亚铁溶 液,以便亚铁溶液耗尽为止准备出料。在氧化过程必须严格控制亚铁 [包括Fe(NO3)2和FeSO4]浓度,不允许在反应过程中将Fe2+耗尽,否 则色光发暗。氧化过程中尽可能通入大量空气,以保证反应桶中粒子 不沉淀并反应充分。氧化桶放出料浆应经筛网过筛,除去未反应的铁 屑等,再漂洗、压滤,滤饼在150~200℃下干燥,粉碎为成品。

2)硫酸-硫酸亚铁法。用硫酸与铁皮(或铁屑)制备成硫酸亚铁, 或用工业副产物硫酸亚铁结晶为原料,采用湿法制取铁红。主要过程 是晶种制备和氧化过程。

A.反应式:

B.工艺流程:基本流程与混酸法相似,示意如下。

a.晶种制备:用硫酸亚铁与氢氧化钠反应生成氢氧化亚铁沉淀, 在碱性条件下经空气氧化为氢氧化铁,呈红棕色的胶状悬浮体,作为 生产氧化铁红的晶种。

若硫酸亚铁溶液的浓度过高或氧化时间较长,则晶种较稀薄,晶 粒大,形成不了胶态溶液。一般制备成50~60 g/L FeSO4·7H2O溶液, pH=2~3,放入晶种桶。在搅拌下加入5%左右的氢氧化钠溶液,氢氧 化钠与硫酸亚铁的摩尔比,一般为2~1.1之间,并保持母液中余碱量 在0.3~0.5 g/L,pH在9~12范围。pH过小和过大都不能形成铁红 晶种。在常温下鼓入空气,空气量充足才能得到胶状红棕色晶种,且 不易沉降。空气量不足时容易生成铁黑。一般工厂中空气用量在 0.7 m3/min左右。晶种氧化的反应温度最好在10~20℃,若温度超过 40℃,即使适当的pH和空气量也会使晶种变黑(成为Fe3O4),失去载 体作用。为了提高晶种稳定性,改善铁红的色光,在晶种制备液中可 加入晶型转化的促进剂,使晶格发生变化,粒度分布窄小,这样可使色 光纯正。常用的促进剂有碳酸钙、硫酸镁、磷酸盐等,目前用磷酸盐的 工厂较多些。在常温下,晶种制备约1~2 h即成,然后移入氧化桶。

b.氧化过程:在此阶段,硫酸亚铁被氧化成高铁盐,后者水解,再 脱水成Fe 2O3沉淀于晶种表面,使晶体长大。随着粒子不断增大,颜 色会逐渐转成鲜艳而变深,同时水解时生成的硫酸与铁皮作用生成 FeSO4,再被氧化成高铁盐而水解。

在氧化桶内装满铁皮(或铁屑),铁皮应拉松并去掉杂质,而且属 低碳钢的加工废料。加入硫酸亚铁溶液,亚铁含量在50~70 g/L。晶 种液用稀硫酸中和呈偏酸性pH=6左右,再加入氧化桶。若晶种量过 少,铁红形成速度过快,则单位产量偏低,原料消耗增加,且色光进展 快,质量不易控制。若晶种量过多,铁红形成速度较慢,则单位产量高 些,原料消耗也少些,但氧化后期料浆过分稠厚,将妨碍氧化过程的进 行,影响色光的进展。一般晶种加入量为氧化桶有效容积的1/4左右。 氧化温度宜保持在80~85℃。若氧化温度偏高,铁红成熟快,产量低, 色光偏紫相;若氧化温度偏低,氧化时间长,色光不鲜艳。若空气量 大,则反应较充分,单位产量高,颜色较纯正。所以氧化过程中应尽量 加大气量,切不能停气。在色光达到与标准样品相似后,停止氧化,经 过筛、漂洗、过滤,在150~200℃下干燥,即得成品。

(2)干法

主要有铁黄粉热分解法、硫酸亚铁热分解法和硫酸亚铁-纯 碱法。

1)铁黄粉热分解法。将干燥的铁黄粉在煅烧炉(回转炉)中,在 500~600℃下煅烧,时间约40~60 min,得棕色氧化铁红,经冷却、过 筛,即为成品。

2)硫酸亚铁热分解法。将硫酸亚铁在转窑或马弗炉中,于700~ 800℃高温下脱水、氧化煅烧,生成氧化铁,经水洗除去可溶物,再过 滤、干燥、粉碎、筛分,得铁红成品。

3)硫酸亚铁-纯碱法。硫酸亚铁与碳酸钠在高温下反应,可制得 铁红和芒硝。

B.工艺流程:

将碳酸钠与硫酸亚铁按n(Na2CO3):n(FeSO4·7H2O)=1:1.25混 合,磨细后投入焙烧炉,焙烧温度为700℃(温度过高Na2CO3易分解)。 焙烧料在室温下用水浸取,使Na2SO4溶解。然后经过滤(滤饼可先用 2 mol/L的H2SO洗涤,以除去残留的Na2CO3),再用水洗涤,在150~ 200℃下干燥,即得铁红产品。或滤液经蒸发浓缩后,得NaSO4·10H2O。

(3)原料消耗定额,

生产1 t产品约消耗:

原料   硫酸(按100%计) 硝酸(100%计)
混酸法/t   0.08 0.35
硫酸-硫酸亚铁法/t   — —
干法/t   — —
硫酸亚铁   (98% FeSO4·7H2O)
0.7
2.3
烧碱(98%)   铁皮
—   0.9
0.13   1
1.75(碳酸钠)   —

产品质量标准GB1863—80,代号H101、H102、H103。

产品分析

(1)Fe2O3含量测定

1)重铬酸钾溶液测定法:准确称取已干燥的样品0.2~0.3 g(精确 至0.0002 g),置于500 mL锥形瓶中,加1:1盐酸30 mL,加热使其完全 溶解,并继续加热到微沸;然后滴加20%的氯化亚锡溶液至液体颜色 刚变为无色,再多加1滴;加入20 mL蒸馏水,冷却至室温。加入2% 的氯化汞溶液10 mL,摇荡3 s,加入硫酸、磷酸混合酸[V(硫酸):V(磷 酸):V(蒸馏水)=150:150:700]20 mL及二苯胺磺酸钠指示液(0.5% 的水溶液)5~7滴,用重铬酸钾标准溶液滴定至紫色保持30 s不变,即 为终点。

2)计算:

式中:V——耗用K2Cr2O7标准溶液的体积,mL;

c——K2Cr2O7标准液的量浓度,mol/L;

79.85——Fe2O3的摩尔质量,g/mol;

m——试样质量,g。

(2)颜料色光测定

测定工具:4#调墨油(亚麻仁油制),描图纸,刮刀(长178 mm、宽 7~18 mm),玻璃板,针筒。

用千分之一精度的天平准确称取试样与标准样各1 g,分别置于 干净的玻璃板上。用针筒抽取0.8 mL调墨油(或称0.6 g),用刮刀将 样品与油仔细调和,再用刮片用力刮使其成均匀之墨浆,直至无细粒 存在。再将标准样用同法调成墨浆,用刮刀分别挑取标准样与产品墨 浆少许,涂于描图纸上,两者相距约1 cm,用刮片均匀刮下,在室内朝 北散射光线下比较色泽的差异。色光差异的分级为:近似、微、稍、较 四级。

毒性防护及贮运:非危险品。存放于干燥处,以防止受潮。与酸、 碱性物品隔离。

食品添加剂最大允许使用量最大允许残留量标准

添加剂中文名称
允许使用该种添加剂的食品中文名称
添加剂功能
最大允许使用量(g/kg)
最大允许残留量(g/kg)
氧化铁
食品
食品工业用加工助剂
/
一般应在制成最后成品之前出去,有规定食品中残留量的除外

用途 

主要用作磁性材料、颜料、擦光剂、催化剂等,还用于电讯、仪表工业

类别

自燃物品

可燃性危险特性

空气中易自燃; 遇氧化剂放出硫化氢、二氧化硫、氰化氢等有毒气体

储运特性

库房通风低温干燥; 与酸、氧化剂分开存放

灭火剂

雾状水、砂土、泡沫

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