Лако-красочные материалы — производство

Технологический процесс получения желтой окиси железа окис­лением металлического железа кислородом воздуха состоит из сле­дующих операций:

1) приготовление раствора железного купороса;

2) приготовление раствора соды или щелочи (аммиака, едкого натра или извести);

3) приготовление зародыша;

4) окисление металлического железа;

5) промывка осадка, его фильтрация и сушка.

Аппаратура для получения желтой окиси окислением железа кислородом воздуха состоит из реактора, баков для рас­творения железного купороса и приготовления зародышей, баков для промывки, фильтров, сушилки и мельницы.

Для получения пигмента применяют реакторы разных разме­ров— от 25—30 м3 до 150 ж3. Обычно реакторы изготовляют из. стали с футеровкой кислотоупорным материалом. Реактор разде­ляется решеткой на две зоны: над решеткой в цилиндрической части помещается металлическое железо, в нижней части (кони­ческой), под решеткой, находится нагревательное устройство для глухого и острого пара (змеевик и барботер), а также воздушный барботер.

В некоторых случаях в нижней части реактора устанавливают мешалку. Высота слоя железа составляет примерно 0,6 высоты Цилиндрической части реактора.

Характер железных отходов, применяемых для получения пиг­мента, зависит от размера реактора. При применении очень боль-

ших реакторов (башен) железо загружают в них в виде крупного лома, преимущественно обрезков труб. При использовании небольших реакторов в них загружают мелкие железные отходы, которые помещают в сетку, погруженную в реактор.

В качестве железного сырья можно применять отходы жести тарных цехов, состоящие из стали марки Ст. 3. Эти отходы имеют сильно развитую поверхность, благодаря чему ускоряется процесс окисления.

Зародыш готовится обработкой железного купороса раствором извести, едкого натра, аммиака или соды с последующим окислением воздухом или бертолетовой солью. Зародыш готовится или в отдельном баке, после чего направляется в реактор, или в самом реакторе, куда загружают раствор железного купороса, а затем основание (NH3, NaaC03 и др.). Выделившийся. осадок окисляют воздухом, после чего добавляют металлическое железо и продолжают окисление.

Изготовление зародышей является одной из важнейших, опре­деляющих операций. Окисление зародыша производится при тем­пературах 20—50°. По некоторым данным, чем ниже температура окисления зародыша, тем светлее цвет получаемого пигмента. Так, при 20° получается зародыш для светлого пигмента, при 30° — для среднего, а при 40—50° — для темного.

Зародыш берется в таком количестве, чтобы его содержание в готовом пигменте было примерно 10%.

Обычный ход процесса следующий: загружают в реактор ме­таллическое железо, добавляют раствор железного купороса кон­центрацией примерно 60—100 г/л (по некоторым данным концен­трация может быть снижена до 20—30 г/л), вводят суспензию за­родыша, нагревают раствор до 60—70°, после чего через воздуш­ную трубу пропускают воздух в количестве 100—150 м^/час.

Окисление металлического железа начинается сразу и проте­кает с почти постоянной скоростью. Количество пигмента, полу­чаемого в единицу времени, т. е. скорость образования пигмента, зависит в основном от величины поверхности металлического же­леза: чем она больше, тем больше выход готового пигмента. Реак­ционная масса, имеющая вначале блекло-желтый или светло-ко­ричневый цвет (свойственный зародышу), постепенно принимает насыщенную яркую окраску, обычную для желтой окиси железа. Изменение цвета связано с увеличением во время окисления раз­мера частиц (рис. 130).

pH раствора в процессе окисления изменяется от величины 5,2, характерной для FeSCU, до 2,9—3,0. Повышение кислотности реак­ционной среды происходит в результате окисления при продувке воздуха части (небольшой) соли закиси железа в соль окиси, ко­торая затем при нагревании подвергается гидролизу на кислоту и основную соль железа.

Кислотность среды в определенной степени характеризует ско­рость окисления и качество получаемого пигмента, поэтому необ­ходимо поддерживать постоянное значение pH: регулирование pH производится изменением скорости подаваемого воздуха.

Основные соли железа, образующиеся при гидролизе соли окиси железа, выпадают в осадок и ухудшают качество пигмента. Обычно содержание основных солей небольшое, примерно 1,0—1,5%, счи­тая на S03. При недостаточном количестве железа в реакторе или при недостаточно тесном контакте между раствором и железом

28 В. Ф. Ьеденький, И, В, Рискни

окисление соли закиси железа в соль окиси происходит более ин­тенсивно, в связи с чем количество основных солей в пигменте воз­растает до 2,5—4,0%, считая на S03.

Рискин, Беликославинская и Ерохина показали, что при нали­чии в реакционной среде солей щелочных металлов основные соли железа выделяются в виде весьма устойчивых двойных солей.

/ —частшш-в начале процесса; 2 —частицы в середине процесса; 3— даль-
нейший рост частиц; 4 — частицы в конце процесса.

Цвет пигмента варьируется глубиной реакции, которая зависит от длительности окисления и характеризуется концентрацией пиг­мента в суспензии.

При получении светлых пигментов процесс окисления заканчи­вают при содержании в растворе твердого вещества ~ І40 г/л, а при получении темных ^200 г/л. При более длительном окисле­нии и увеличении концентрации пигмента в суспензии выше

200 г/л реакционная масса начинает темнеть и качество пигмента ухудшается. Иногда для получения пигмента более темного от­тенка процесс окисления продолжают и после начала потемнения.

Общая длительность процесса окисления колеблется в очень широких пределах-“От 2 до І5 суток, в зависимости от величины поверхности металлического железа; определенное влияние оказы­вают также количество воздуха, температура и некоторые другие факторы. При применении обрезков жести длительность процесса достигает 2-~~~3 суток.

После окончания процесса окисления суспензию пигмента в ма­точном растворе сливают в сборник через ловушку, служащую для отделения непрореагировавшего металлического железа, грубых частиц и посторонних примесей. Из сборника реакционную массу направляют на фильтр для отделения пигмента от маточного рас­твора, состоящего из железного купороса, который собирают в от­дельный бак.

Осадок промывают до исчезновения в промывных водах солей железа, затем его сушат, дезагрегируют и упаковывают.

Промывку производят репульпацией с фильтрованием на бара­банных вакуум-фильтрах. Обычно для достижения нужной степени отмывки от солей достаточно 3—4 репульпаций. Производитель­ность барабанного вакуум-фильтра при промывке пигмента состав­ляет 30““35 кг • час/м2, считая на сухой пигмент, при концентрации поступающей суспензии 130—140 г}л.

Для сушки пигмента можно применять сушилки различных ти­пов: вальцово-ленточные, вакуум-сушилки типа Венулет и др. Распространенным типом сушилки для мощных производств яв­ляется турбинно-полочная сушилка непрерывного действия с фор­мующим питателем.

В качестве теплоносителя может применяться пар или воздух, который подогревается до необходимой температуры в спе­циальном рекуператоре, обогреваемом топочными газами.

Отработанный железный купорос, получаемый после отделения пигмента, возвращают в производство. Для пополнения убыли ку­пороса, увлекаемого пигментом и осаждаемого в виде основных солей, к нему добавляют необходимое количество свежего раствора.

Схема производства желтого железоокисиого пигмента приве­дена на рис. 131.

Обрезки жести после промывки в аппарате 3 в слабом растворе серной кислоты и воде с помощью электромагнитного крана 2 за­гружаются в реактор 24 для получения железоокисиого пигмента. Туда же загружается раствор железного купороса, свежий и от­работанный, а также зародыши, приготовленные в аппарате 22.

Необходимый для реакции воздух подается в конусную часть реактора, причем количество его регулируется автоматически в за­висимости от pH раствора, который должен быть около 2,9—3,0. Нагрев реакционной смеси производится глухим и острым паром,

Рис. 131. Схема получения желтого же — лезоокнсного пигмента:

1 — вагонетка; 2 — мостовой электромагнитный кран; 3 —аппарат для промывки железа; ■/—прием — ник для серной кислоты; 5— мерник для серной кислоты; 6, 9, 13, 16, 20, 23, 20, 27, 30, 33, 36, 44, 47, 49, 62 — центробежные насосы; 7 —вагонеточ­ные весы; 8 — бак для разбавления аммиачной воды; 10— опрокидыватель бочек; 11 — мерник для аммиачной воды; /2—аппарат для растворений бертолетовой соли; 14 — мерник для раствора бер­толетовой соли; аппарат для растворения же­лезного купороса; 17— напорный бак; 18 — рамный погружной фильтр; 19—сборник раствора желез­ного купороса; 21 — мерник для раствора желез­ного купороса: 22 — аппарат для приготовления зародышей; 24 — реактор; 26 — сборник суспензии; 28, 45, 50— барабанные вакуум-фильтры; 29, 46, 51 — вакуум-котлы; 31, 39— вакуум-сепараторы; 32, 38, 40— гидравлические затворы; 34 — сборник раствора оборотного железного купороса; 35— мер­ник для свежего раствора железного купороса; 3/ — барометрический конденсатор; -// —воронка к вакуум-фильтру; ^-—вакуум-насос; 43,48— ре- пульпаторы; 53— ленточный транспортер; 54— пи­татель планетарной мешалки; 55—’Турбинная по­лочная сушилка; 56, 62 — шне­ки; 57, 61 — элеваторы; 58, 63, 55— бункеры; 59 — ячейковый питатель; 60— дезинтегратор; 64 — полуавтоматические пор­ционные весы; 66 — скид; 67 — электропогрузчик; 88 — вы­хлопная труба.

количество которого регулируется в зависимости от температуры, поддерживаемой в пределах 65-—75°. После достижения определен­ной концентрации суспензия железоокисного пигмента выгружается из реактора 24 в сборник 26. Оттуда она непрерывно перекачи­вается центробежным насосом 27 на барабанный вакуум-фильтр 28, где происходит отделение железоокисного пигмента от рас­твора железного купороса. Последний поступает в сборник 34 для повторного использования. Паста железоокисного пигмента после первого вакуум-фильтра 28 репульпируется и центробежным насо­сом 44 перекачивается непрерывно из репульпатора 43 на следую­щий фильтр 45 и т. д. Промывка пигмента репульпацией проходит несколько ступеней. Промывные воды сбрасываются в канализацию через барометрическую систему, состоящую из вакуум-котлов 46, 51, сепаратора фильтрата 39, барометрического конденсатора 37 и гидравлических затворов 38, 40.

С последнего вакуум-фильтра 50 паста пигмента непрерывно — подается ленточным транспортером 53 в формующий питатель 54 турбинной полочной сушилки 55, обогреваемой паром или про­дуктами сгорания генераторного газа. Высушенный пигмент транс­портируется системой шнеков и элеваторов на размол, который производится дезинтегратором 60. Упаковка в тару — бумажные мешки — производится с помощью полуавтоматических порцион­ных весов 64. Готовая продукция транспортируется на склад с по­мощью электропогрузчика 67.