Лако-красочные материалы — производство

Красную окись железа можно получить двумя методами: про­каливанием сернокислого железа (железного купороса) или раз­личных железосодержащих отходов при 700—800° и прокаливанием осажденного гидрата окиси железа или осажденной закись-окиси железа при 600—700°.

Получение красной окиси железа по первому методу основано на способности железного купороса разлагаться при температурах

выше 650° на окись железа и газообразные окислы серы:

2FeS04 —> Ре203 + S02 + S03

На рис. 132 приведена температурная кривая обезвоживания и разложения железного купороса.

В действительности процессы, происходящие при прокаливании железного купороса, более сложны, так как при этом имеет место также окисление соли закиси железа в основную и среднюю соли окиси железа, в результате чего разложению подвергается не только’ закисная соль FeSC>4, но и окисная Fe2(S04)3-

Образование основной соли окиси железа происходит при сравнительно низких темпера­турах (—100°) за счет окисле­ния моногидрата FeSChrHsO:

6FeS<V Н20 + 30 —»

—v 6Fe (S04) (ОН) + 3H20

Начиная с 425°, идет, посте­пенно ускоряясь, окисление безводной СОЛИ FeSC>4 в соль окиси железа:

6FeS04 + ЗО —» 2Fe2 (S04)3 + Fe203

На этот процесс при 500° накладывается реакция де­гидратации основной соли:

6Fe (S04) (ОН) —►

—v 2Fe2 (S04)3 — f Fe203 + 3H20

В практических условиях температура разложения железного купороса составляет 680—700°. При более низких температурах* например 500““600°, разложение идет не до конца (примерно на 30—60%), причем получаются продукты, окрашенные в коричнево­красный цвет и содержащие значительные количества основных сернокислых солей типа Fe203 * mS03 • яН20. Эти соединения в ре­зультате гидролиза выделяют серную кислоту и поэтому сильна ухудшают антикоррозионные свойства пигмента.

По данным Качалова [67], при нагревании железного купороса до 200° его кристаллическая решетка не изменяется; при более вы­сокой температуре в решетке происходят небольшие изменения* При 450° на рентгенограмме появляются новые линии, а при 600° образуется решетка гематита; частицы гематита очень мелки и со­держат остатки основных сернокислых солей. При 700° происходит полная диссоциация железного купороса и получается красная окись железа очень хорошего и яркого цвета, но процесс разложения

протекает медленно. При повышении температуры до 800—900° скорость разложения сильно возрастает (при 900° в три раза по сравнению со скоростью разложения при 700°), цвет окиси же — леза заметно ухудшается, приобретая грязновато-синеватый отте­нок.

По данным Рискина, Нерославской и Пугачевой [68], цвет окиси железа становится менее чувствительным к действию высоких тем­ператур в присутствии небольшого количества (около 5%) окиси алюминия. Таким образом, окись железа постоянного светлого от­тенка можно приготовить, добавляя к железному купоросу неболь­шое количество сернокисло­го алюминия и прокаливая смесь при 800°,

Иногда для получения красной окиси железа более постоянного оттенка сокра­щают продолжительность или понижают температуру прокаливания железного ку­пороса. В этих условиях зна­чительное количество желез­ного купороса не разлагает­ся и теряется при промывке, но образующийся пигмент обладает более светлым и чистым оттенком.

При получении красной окиси железа прокаливанием кристал­лического железного купороса FeSC>4 * 7Н20 обычно получается пигмент, содержащий большое количество крупных спекшихся частиц. Наличие таких частиц объясняется растворением FeS04*7H20 при нагревании в кристаллизационной воде, которая быстро испаряется при высокой температуре, оставляя железный купорос в виде твердой спекшейся массы, Последняя и служит причиной появления в пигменте спекшихся частиц. Предупредить их образование можно предварительным обезвоживанием желез­ного купороса, которое может происходить даже при комнатной температуре, хотя и очень медленно. Повышение температуры сильно ускоряет процесс: при 60° скорость обезвоживания стано­вится достаточно заметной, а при 100° шесть молекул воды уда­ляются очень быстро. Последняя молекула удаляется с большим трудом и только при нагревании примерно до 450—550°. Практи­чески обезвоживание железного купороса следует ограничивать получением моногидрата FeSC^-F^O, содержащего 10,6% Н20 (рис. 133).

Для получения красной окиси железа применяют также серно­кислую соль окиси железа, которую получают обработкой богатых железных руд серной кислотой с последующим высушиванием и

прокаливанием [69]. Сернокислая соль окиси железа Fe2(S04b* •9НгО при 100° теряет половинное количество воды, при 180а* полностью обезвоживается, а при 780—800° разлагается:

Fe2 (S04)3 —> Pe203 + 3S03

Получение окиси железа прокаливанием осажденного гидрата окиси железа основано на способности его легко диссоциировать при повышенной температуре:

Ре203 • яН20 —> Fe203 ф* яН20

Гидрат окиси железа диссоциирует почти полностью при 300°, но образующаяся при этой температуре окись железа не обладает нужными пигментными свойствами. Она приобретает эти свойства только в результате прокаливания гидрата окиси железа при 600—700°.

-Красную окись железа удовлетворительного цвета можно полу­чить также прокаливанием углекислого железа без перевода его в гидрат окиси железа.

Красная окись железа образуется, кроме того, при прокалива­нии закись-окиси железа Fe3C>4 или FeO * Fe203. Окисление закись — окиси железа в окись железа происходит при сравнительно низких температурах (275—300°) и протекает по реакции:

2 (FeO ■ Fe203) ф 0,5О2 —> 3Fe203

Однако в этом случае, так же как и при прокаливании гидрата окиси железа, пигмент хорошего цвета получается в результате прокаливания осадка только при температуре выше 500° (при 600—700°).

Черная окись железа (закись-окись) образуется в больших ко­личествах в качестве побочного продукта при производстве ани­лина, поэтому применение ее для получения красной окиси железа представляет практический интерес.

По литературным данным, красную окись железа можно полу­чить также прокаливанием смеси сухого железного купороса с со­дой. Для получения такой смеси железный купорос смешивают с содой в шаровых мельницах или на бегунах и полученную окись прокаливают при 600—700°. После прокаливания массу промы­вают для удаления водорастворимых солей, фильтруют и сушат.

Оттенок красной окиси железа зависит преимущественно от температуры прокаливания, но определенное влияние оказывает также и исходное соединение железа. Так, в результате прокали­вания при одинаковой температуре железного купороса, гидрата окиси железа и закись-окиси железа получаются пигменты различ­ного оттенка [68]. Оттенок обычных сортов красной окиси железа колеблется от желтовато-красного до синевато-красного. Для по­лучения пигментов фиолетового оттенка необходимо вести прока­ливание при температуре около 900° и добавлять к железному купоросу перед прокаливанием небольшое количество (2—4%) пова­ренной соли. Полученный в этих условиях пигмент обычно называют фиолетовой окисью железа. В концентрированной соляной кислоте он растворяется даже при длительном кипячении только частично; нерастворимый остаток составляет обычно около 30%,

Красная окись железа обладает очень высокой укрывистостью, доходящей до 4—5 г/ж2, но ее можно получать и в виде лессирую­щего пигмента, известного под названием красный марс.

Красный марс обладает глубоким бархатисто-красным цветом, невысокой укрывистостью (25—30 г/м2) и сильной лессирующей способностью в тонком слое. Его получают прокаливанием при 300—400° желтого марса, приготовленного взаимодействием хло­ристого железа с мелом (стр. 437). Температура прокаливания свыше 400° приводит к образованию красной окиси железа. Цвет красного марса зависит от цвета исходного желтого марса и от температуры прокаливания. Чем светлее и чище цвет желтого марса, тем ярче и чище цвет красного марса; чем ниже темпера­тура прокаливания (300—400°), тем его оттенок ближе к желтому. Красный марс может быть получен прокаливанием не только жел­того марса, но и другого гидрата окиси железа, обладающего свойствами желтого марса, т. е. большой дисперсностью и сильно развитой поверхностью частиц. Кристаллическая структура окиси железа в красном марсе точно такая же, как и в красной окиси железа, т. е. гематитовая.