氧化铁红

【背景及概况】^[1][2][3]

据报道，目前世界每年大约消耗700～800kt 的氧化铁系颜料，消耗额高达10 多亿美元，而氧化铁红是氧化铁系颜料中产量和用量的产品。以美国为例， 在每年消耗的70kt 中， 铁红占42.9 %，铁黄占38.1 %，铁棕和铁黑占19 %。近年来， 我国铁红的出口量迅速增加，从1986 年到1992 年， 每年递增46.2 %；1992 年，氧化铁系颜料出口创汇额达2070万美元。随着世界市场对氧化铁颜料需求的日益增长，世界各国的生产厂家不断地扩大其生产规模。同时，也积极地开展其产品的工艺路线、品种的开发研制和应用性能的改进。主要的科研方向是：1）改进生产工艺路线，缩短生产周期，降低生产成本；2）研制开发新方法， 改善生产条件，防止环境污染；3）改进颜料的应用性能，如表面改性，颜料粒子超微细化等.

氧化铁红又称铁红、铁氧红，是一种传统而又重要的无机颜料，其化学式为α-Fe₂O₃。氧化铁红为红色或深红色无定型粉末，由于制备途径不同，因此产生粒子大小及形状也不同，铁红的颜色在红黄到红紫相间变动，并可根据不同要求选择不同色相。氧化铁红具有优越的耐光、耐高温、耐碱和耐大气影响等性能，原料简单易得，又可充分利用其他工业的废副资源，且毒性小、用途广泛，普遍用于建筑、橡胶、塑料和涂料等工业。在橡胶工业和建工工业中用作人造大理石、地面水磨石、墙壁的涂饰粉刷着色剂；在电子电讯工业中是制造铁氧体元件的重要原料； 在化学工业中是触媒和生产其他含铁的化工产品原料。此外，在塑料、石棉、漆布、人造革、皮革涂饰剂等用作着色剂和填充剂，还可用于五金器材的抛光及眼镜玻璃、光学仪器和玉石的磨光材料。

【性质】^[1]

氧化铁红又称铁红或铁氧红，红色或深红色粉末，其化学式为α-Fe₂O₃ 。粒径0.5～2μm，密度5.24g/cm³ ，熔点1565 ℃，同时分解。无毒。不溶于水。具有很高的遮盖力和着色力，仅次于炭黑。其耐光性、耐热性、耐碱、稀酸和腐蚀气体等都很好。在浓酸中加热时才溶解。

【制备】^[1][2]

氧化铁红颜料常见的生产工艺一般可分为干法和湿法两种。

1. 干法工艺

1）绿矾煅烧法：该工艺的原料主要来自钢铁酸洗液和硫酸法钛白副产品—绿矾(FeSO4·7H2O)。其工艺流程为：在250～300 ℃下将提纯的FeSO₄·7H₂O 变成一水合绿矾， 经研磨粉碎后在700～800 ℃下进行煅烧而得铁红。经过洗涤除去水溶盐等颜料后处理， 再干燥粉碎即为成品。通过控制煅烧温度和时间及空气通入量可生产从浅红到深红的众多色调的铁红，粒子是球形的。产品可以制成易分散铁红、高纯度铁红和电子级铁红等。副产品SO₂ 和SO₃ 可用于制硫酸。

2）铁黄煅烧法：用干燥的铁黄粉在煅烧炉中煅烧，温度500～600 ℃，时间40～60min，可制得棕色氧化铁红，经冷却、过筛即为成品。铁红产品的粒子为针状结构。产品的颜色受煅烧温度、铁黄的颗粒大小和煅烧时间影响。

3）铁黑煅烧法：将洗净的铁黑进行高温(600～700 ℃)煅烧，使铁黑中的FeO 氧化成Fe2O3。由于所用的铁黑比较纯正，产品不用水洗，直接粉碎成产品。产品粒子成球形，色谱也很广且主要受煅烧温度、煅烧时间和铁黑粒子大小的影响。

4）硫酸亚铁-纯碱煅烧法：将纯碱(Na₂CO₃)和绿矾(FeSO₄·7H₂O)按摩尔比1∶1.25 混合，磨细后放进焙烧炉， 在温度700 ℃(过高时Na2CO3 分解)下焙烧。烧料在室温下用水浸取，使Na₂SO₄ 溶解。然后过滤，用稀硫酸洗涤除去残留Na₂CO₃，再水洗后于150～200 ℃下干燥，即为成品。滤液经蒸发浓缩后结晶得十水芒硝副产品。干法的主要缺点是能耗较高。

2. 湿法工艺

硫酸盐法；硝酸盐法；混酸盐法。它们的工艺过程是：首先制造晶种，然后将晶种投入装有Fe²⁺溶液的反应槽中，并在其中加入铁屑，温度保持在75～85 ℃，通入氧气，氧化Fe^{2 +}成Fe³⁺，再与水中的OH^-结合并沉积在晶种表面上，逐渐形成氧化铁红。氧化反应的同时还生成氢离子， 氢离子再与金属作用，生成Fe²⁺并被氧化成Fe³⁺。这样反复循环，直至氧化反应结束。然后，过滤沉淀物，在300～400 ℃下进行烘干即得产品。在此法中，氧化反应一般需要50h 以上。该法可得到各种色调的铁红，产品的粒子软、易分散。这三种方法中的硝酸盐法的产品性能比较好，但成本较高且硝酸腐蚀性强，硫酸盐法成本低，腐蚀比硝酸小，但产品性能稍差，混酸盐法则是一种折中的方法，其成本可接近硫酸盐法，而性能又接近硝酸盐法。湿法的主要缺点是生产周期长。

【应用】^[1][2][3]

铁红在涂料工业中用作防锈颜料及铁红色、紫棕色的着色颜料；在橡胶工业和建筑工业中用作人造大理石、地面水磨石、墙壁的涂饰粉刷着色剂；在电子电讯工业中是制造铁氧体元件的重要原料；在化学工业中是触煤和生产其它含铁的化工产品原料。此外在塑料、石棉、漆布、人造革、皮革涂饰剂等用作着色剂和填充剂。还可用于五金器材的抛光及眼镜玻璃、光学仪器和玉石的磨光材料。

1. 带锈防锈涂料

带锈防锈涂料是能将一般的锈蚀转化成稳定的无害锈，并兼有普通防锈功能的一类新型涂料，用于锈蚀的金属表面，可不经严格的除锈和表面处理直接涂装。这不仅可以节约大量成本，降低劳动强度，而且可用于一些难以进行彻底表面处理的大型金属构筑物。带锈涂料可分为溶剂型带锈涂料和水性带锈涂料。随着人们环保意识的日益增强，水性涂料替代溶剂型涂料成为一种趋势。水性带锈涂料采用醋酸乙烯、丙烯酸丁醋等制成水溶性树脂，再与氧化铁红、亚铁氰化钾、多元醇磷酸醋及填料等制成渗透、转化和稳定3 种功能一体的多功能水性带锈防腐涂料，其特点是采用多元醇磷酸醋为渗透剂，使涂料将铁锈分离并包围在涂层中，以阻止锈蚀的发展，并使涂层与底材结合力良好，且可用于建筑、机械及金属加工行业的钢结构上，既提高产品的防腐蚀性、又节约成本。

2. 防腐涂料

现代生活中，腐蚀生锈造成了大量资源和能源的浪费，每年都会形成巨额的经济损失。为了延长钢铁结构的使用年限、节约资源、降低使用成本，除锈防腐涂料的应用日益广泛。为了获得优良的耐腐蚀性能，涂漆前必须把底材上的铁锈清除干净，铁锈是一种疏松的、多孔的、不断发展（膨胀）着的物质，如果不清除干净而在其上涂漆，会导致漆膜附着力很差，防腐效果不佳。在这种情况下，研究开发在有一定锈蚀的表面上能直接涂覆且具有较好的腐效果的带锈涂料意义非常重大。氧化铁颜料由于具有优良的着色和应用性能、价格便宜，又具有吸收紫外线而保护应用体系中的基料不发生降解的优点，因此，在建材中获得了广泛的应用。目前，需要着重开发易分散、造粒、色浆、耐热和各种功能性产品， 为满足建材业需要的易分散在混凝土水浆中的氧化铁粉末和浆状产品。在国际市场上流行使用的氧化铁颜料的预分散颜料和水性色浆颜料、造粒颜料是重点开发的目标。

3. 氧化铁红底漆

水性环氧铁红底漆各项物理、化学性能优异，漆膜坚韧致密，与底材有良好的附着力，施工有效期长、无环境污染、适用于钢材的防锈底漆及无锌涂层底漆；用于船舶、集装箱、海上平台和码头等海洋设施，石油化工管道及储罐、冶金、电力、食品、纺织等行业中钢铁构件的防锈和防腐。水性环氧铁红底漆防腐性能优异，该涂料在涂料领域中将会有很大的应用前景。通过对水性环氧树脂实用性的选择，结合防锈颜料的作用机理，再配以各种助剂，成功地开发了水性环氧铁红底漆，漆膜具有较好的物理性能、耐水性、耐盐水性，施工适用期长达6 h，完全可以满足工业上的应用，漆膜具有优异的耐盐雾性，经1 500 h 的盐雾试验后，漆膜无起泡、锈蚀、脱落现象。

4. 有机硅耐高温涂料

耐高温涂料是指漆膜在200 ℃以上不变色、不脱落、仍能保持适当物理机械性能的涂料，它在现代工业、军事、航天领域有广阔的应用前景。研究中常用其他有机树脂对有机硅树脂进行改性， 弥补有机硅树脂的缺点，使之更适合于涂料应用的需要。该涂料广泛应用于高温场所，诸如钢铁烟囱、高温管道、高温炉、石油裂解装置、高温反应设备以及军工设备等的表面装饰，以防止钢铁等金属在高温下的热氧化腐蚀，确保设备的长期使用。以有机硅树脂、丙烯酸树脂和氨基树脂作为成膜物，以H130M 氧化铁红、滑石粉作为填料，同时加入各种助剂和溶剂制得低成本有机硅改性耐高温涂料；以有机硅树脂为成膜物，制备出一种具有良好耐热性和耐蚀性，在500 ℃下可长期使用的耐高温防腐蚀涂料，并研究了氧化铁红粉、复合磷酸锌粉、TiO₂ 粉对涂层性能的影响。

5. 强耐酸地坪涂料

地坪涂料要求漆膜具有硬度高、耐沾污性、耐磨性和耐冲击性优良等特点， 一般选取反应性的树脂作为成膜物质，如环氧树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸酯和不饱和聚酯树脂等。地坪涂料的最主要品种为环氧地坪涂料。环氧涂料以溶剂型所占的份额。世界各国相继对挥发性有机化合物（VOC）的含量进行了限制，粉末涂料、水性涂料、紫外光（UV）固化涂料、高固体分涂料是环境友好型涂料发展的方向。水性涂料成膜后其防腐蚀性能一般均不理想， 也不能用于具有防腐要求的地坪系统。因此，高固体分地坪涂料成为工业地坪涂料领域的研究热点。

6. 在陶瓷行业中的应用

氧化铁红颜料在陶瓷色料配方中，主要以着色剂的形式引入。如釉用色料中的棕色系列、黑色系列；锆系色料中的锆铁红色料；坯体色料中的黑色、咖啡色和茶色系列等， 陶瓷琉璃瓦等彩色水泥砖也大量应用氧化铁红原料。因此，氧化铁红颜料在陶瓷色料中的用量较大，估计每年用量在一万吨以上。目前，陶瓷色料使用的氧化铁红颜料的生产方法主要分为硫酸法和混酸法（硝酸法），以薄铁板为原材料进行处理加工后得到外观鲜红光亮的氧化铁红颜料。通常使用硝酸法工艺生产的氧化铁红产品综合指标优于硫酸法生产的产品。

【参考文献】

[1] 孙德慧, 张吉良. 氧化铁红制备工艺进展[J]. 贵州化工, 2000, 25(3): 7-9.

[2] 秦威. 浅谈氧化铁红颜料在陶瓷行业中的应用[J]. 佛山陶瓷, 2011, 21(7): 9-12.

[3] 何苏萍, 高倩, 余晓婷, 等. 氧化铁红的制备方法及其在涂料中的应用[J]. 化工生產與技術, 2011, 18(1): 29-32.