Производство железоокисных пигментов

Термин “пигмент” обычно подразумевает, что частицы, придающие цвет, достаточно малы, чтобы их нельзя было обнаружить по отдельности. Это означает, что одной из задач при производстве пигментов является получение материалов с мелким размером частиц. Удобной единицей измерения размера частиц пигмента является микрометр, который равен 10(-3) мм. В современном пигменте частица размером 25 микрометров (около 1/1 000 дюйма) была бы относительно большой. Некоторые природные пигменты железоокисные имеют средний размер частиц до 25 микрометров; синтетические оксиды намного мельче, большинство частиц размером не более 1 микрометра, а многие частицы мельче. Эти небольшие размеры означают, что только для природных оксидов наблюдается заметное удержание на сите с 325 ячейками, используемом при обработке порошка, поскольку отверстия для этого сита пропускают частицы диаметром менее 44 микрометров. Таким образом, производители синтетического оксида обычно характеризуют распределение по размерам своего продукта как “99,9% -325 меш”.

Соответственно, задача, стоящая перед производителем пигмента, заключается либо в надлежащем уменьшении размера частиц исходных материалов, которые являются слишком крупными, либо в производстве оксидов, имеющих размеры частиц, которые достаточно мелки изначально. Как правило, уменьшение размера необходимо только для природных оксидов, поскольку процессы, используемые для производства синтетических оксидов, дают достаточно мелкие частицы. Необходимость достижения небольших размеров приводит к разделению пигментного материала на “сырой” и “готовый”. Сырой пигмент - это природная руда, которая была добыта из земли, как и другие виды руды, но нуждается в дополнительной обработке перед окончательным использованием, например, в краске. Промывка сама по себе не приводит к получению готового пигмента, но измельчение позволит. Наряду с уменьшением размера может потребоваться сушка и/или прокаливание. Готовые пигменты из оксида железа относятся к более широкому классу пигментов, называемых “сухими красками”.

В производстве железоокисных пигментов редко можно найти полностью интегрированную компанию в том смысле, что одна компания начинает со своего собственного сырья (природной руды или химического сырья) и в конечном итоге производит готовый продукт, такой как краска или ферритовое покрытие. Как правило, компании, производящие природный оксид, ограничиваются добычей и продажей сырой руды, добычей руды и переработкой ее в готовые пигменты для продажи, покупкой руды и переработкой ее в готовые пигменты или покупкой и переработкой руды плюс изготовлением краски для продажи. Аналогичным образом, типичная компания, производящая синтетический оксид, в основном производит пигмент. Такой производитель часто смешивает готовые железоокисные пигменты различных видов с другими материалами для получения многокомпонентных пигментов, соответствующих определенным спецификациям. Производитель пигмента может также производить и продавать дисперсии, которые представляют собой пигментированные жидкие носители, форма которых может быть удобной для производства краски. Некоторые фирмы в пигментной промышленности просто покупают готовые пигменты и производят смешивание или диспергирование, а возможно, и то, и другое.

Этот обзор посвящен методам и материалам, используемым при производстве сырых и готовых железоокисных пигментов, а также производителям, которые производят такие продукты. Смешивание рассматривается только в контексте производства пигмента. Диспергирование и другие операции и производство, осуществляемые с использованием готовых пигментов, подробно не обсуждаются.

Производство натуральных железоокисных пигментов

методы добычи полезных ископаемых

В качестве источников сырой руды для производства пигмента можно выделить два класса шахт: “железорудные шахты” и “пигментные рудники”. Железорудные шахты - это шахты, эксплуатируемые главным образом для добычи руды для плавки в доменной печи. Небольшое количество продукции этих шахт может быть дополнительно обогащено для получения пигментного сырья. Хотя количество дополнительно обогащенной руды невелико по сравнению с общей добычей на руднике, это количество составляет большую часть добычи сырой руды для производства пигментов. Большая часть сырья, получаемого в качестве побочного продукта добычи железной руды, представляет собой красный оксид - гематит. Пигментные шахты - это шахты, эксплуатируемые исключительно для добычи сырья для производства пигментов; характер этой руды делает ее непригодной или, в лучшем случае, нерентабельной для выплавки железа. Добыча на пигментных рудниках, как правило, является относительно стабильной, но меньшей частью общего объема производства сырого пигмента.

Наиболее примечательными особенностями добычи неочищенного пигмента являются то, что добыча ведется подземно в случае руды, добываемой на железорудных рудниках, и очень избирательно, вплоть до использования методов кирки и лопаты на пигментных рудниках. Около 1,5% от общего объема продукции поставляется непосредственно с рудника для производства пигментов. Добыча этой руды осуществляется путем обрушения блоков, и руда измельчается и просеивается перед извлечением на поверхность. До декабря 1977 года магнетитовую руду добывали на одном из подземном руднике комбинацией очистных работ на подуровне, извлечения целика и обрушения подуровня. Руду измельчали сначала под землей, а затем дополнительно на поверхности, после чего использовали магнитную сепарацию и флотацию для получения концентрата. Большая часть продукции была гранулирована для выплавки, но небольшое количество было специально сконцентрировано в продукт с содержанием железа 71,5%, продаваемый для применения в качестве пигмента.

В отличие от крупных месторождений гематита и магнетита, где предложение материала, пригодного для производства пигментов, намного превышает спрос и где для получения сырья для доменных печей используются методы массового производства, месторождения желтых и бурых руд, пригодных для производства пигментов, встречаются неравномерно и добываются в гораздо меньших масштабах. Подземная добыча охры, сиены и умбры практиковалась в прошлом, но работы на двух оставшихся шахтах ведутся открытым способом. В зависимости от разрабатываемых месторождений добыча ведется либо вручную, либо фронтальным погрузчиком. В одном месте используется метод с несколькими стендами. Добытый материал складируется по сортам, а затем потребляется на заводах в соответствии со спросом.

Охру по-прежнему обогащают методами, во многом похожими на те, которые были подробно описаны много лет назад. Руда, измельчается в суспензию с помощью водяных струй. Суспензия стекает в мойку для удаления крупного песка и частиц породы. Дальнейшее удаление частиц глины и песка происходит по мере того, как суспензия последовательно проходит через резервуар-сепаратор и грабли. Охра, покидающая грабли в виде перелива, поступает в отстойник, из которого ее удаляют при контролируемом содержании твердых частиц. Суспензию сушат, разбрызгивая с помощью мешалки на медленно вращающийся барабан с паровым подогревом; скорость вращения барабана регулируется таким образом, чтобы сушка завершалась менее чем за один оборот барабана. Продукт удаляется кромкой ножа, расположенной на стороне барабана, противоположной той, куда добавляется свежая суспензия.

Уменьшение размера

Измельчение натуральных железоокисных пигментов включает измельчение в порошок и классификацию для удаления агломератов, а не дробление на мелкие частицы среднего размера. Кусковая руда может быть измельчена в молотковой мельнице. По желанию или необходимости полученный порошок может быть высушен или прокален, как правило, во вращающейся печи. Тепло пара может быть использовано для сушки охры, сиены и умбры без обезвоживания и изменения цвета; при обжиге при более высокой температуре получается жженая сиена и жженая умбра, но для охры это не применяется.

На основе принципа процесса можно выделить несколько видов используемых шлифовальных агрегатов. Одним из более старых агрегатов является кольцево-роликовая мельница, в которой агломераты пигмента измельчаются с помощью дробящего действия ролика, вращающегося относительно кольца. Классификация продукта может осуществляться с помощью “взбивателя”, установленного в замкнутом контуре на верхней части мельницы. Более поздними разработанными измельчающими установками являются высокоскоростные молотковые и роторные мельницы, а также мельницы с жидкостной энергией. Молотковая мельница уменьшает размер частиц пигмента за счет воздействия очень быстро движущихся молотков в ограниченном круглом пространстве с последующей встроенной воздушной классификацией. Мельницы с жидкостной энергией используют пар или сжатый воздух для создания эффекта автогенного измельчения за счет столкновения частиц пигмента друг с другом при их движении с высокой скоростью по круговой траектории, при этом классификация происходит в результате конструкции машины. Внедрение мельниц с жидкостной энергией привело к использованию терминов “микронизация” или “струйное измельчение”, одним из главных преимуществ которых является уменьшение количества агломератов с более крупными частицами.

Одного измельчения или в сочетании с прокаливанием может быть достаточно для получения готового пигмента, содержащего только один оксид. В этом случае измельченный материал может поступать непосредственно в устройство для расфасовки в мешки, как правило, автоматическое. Однако для смешивания требуются промежуточные этапы хранения и обработки. Для приготовления смесей обычно используются ленточные мельницы; эти смеси можно пропустить через небольшую центробежную мельницу для измельчения любых комков, образующихся при смешивании, а затем смесь можно расфасовать по пакетам.

Производство синтетических железоокисных пигментов

Как видно из вышеизложенного, все методы, используемые для получения натуральных железоокисных пигментов, можно считать “сухими” методами. Этапы обработки натуральных пигментов служат главным образом для получения желаемых физических характеристик в виде сухих веществ, и химические растворы при этом не используются. Смысл, в котором здесь используется слово “сухой”, включает прокаливание, стадию, которая также используется для получения синтетических оксидов из сухих химических веществ. Однако большинство синтетических оксидов получают в основном путем манипулирования химическими растворами, суспензиями или суспензионными растворами; и термин “мокрый процесс” может быть использован для обозначения синтетических оксидов, полученных таким образом. Рассматривая синтетические оксиды, полезно помнить, что их цвет зависит от оксида, образованного любым способом или последовательностью стадий: гематит, оксид железа, α-Fe2O3, красный; гетит, гидратированный оксид железа, α-Fe2O3· H2O, желтый; и магнетит, Fe3O4, является черным.

Термическое разложение (сухой процесс)

Оксид железа может быть получен из ряда солей железа путем их достаточного нагревания на воздухе. Эта процедура превращает карбонат железа из сидеритовой руды в гематит; это один из старых методов получения оксида железа (так называемого металлического коричневого цвета) из природных материалов. Оксид, полученный таким образом из сидерита и других природных материалов, таких как пирит, классифицируется как природный оксид из-за происхождения исходного материала. С другой стороны, оксид, полученный прокаливанием солей железа, считается синтетическим.

Оксид железа уже много лет получают таким способом из сульфата железа. Обычно используемый сульфат железа представляет собой гептагидрат сульфата железа, FeSO4·7H2O. Для прокаливания был разработан двухэтапный процесс, при котором гептагидрат сначала обезвоживается до моногидрата, а затем разлагается при температурах, превышающих 650 °С, до оксида. Этот процесс может быть проведен таким образом, чтобы сернистые отходящие газы можно было использовать для получения серной кислоты; серная кислота вступает в реакцию с железным ломом для получения при последующей переработке большего количества купороса. Частицы оксида, образующиеся при прокаливании купороса, имеют сфероидальную форму.

Венецианский красный - это пигмент, полученный методами, аналогичными тем, которые используются для производства красного цвета, с основным отличием, заключающимся во включении известкового соединения в шихту печи. Это эффективно вводит оксид кальция в систему и приводит к тому, что продукт содержит сульфат кальция (гипс), а также оксид железа. Сульфат кальция образуется в результате реакции между оксидом кальция и серосодержащими газами, образующимися при разложении купороса. Хотя венецианский красный производится уже много лет, сегодня его производство довольно невелико по сравнению с другими синтетическими красными оксидами.

Ферритовые загары представляют собой другой тип железоокисного пигмента, который получают путем образования соединения между оксидом железа и другим оксидом. Вторым оксидом может быть либо оксид магния, либо оксид цинка, и обычно он вступает в реакцию при повышенной температуре с гидратом оксида железа. Эту процедуру можно рассматривать как сухой метод и она аналогична методам, часто применяемым при изготовлении ферритов для магнитных применений. В случае ферритовых сплавов реакция между оксидами двух компонентов ускоряется путем включения небольшого количества хлорида магния или цинка, соответственно, в исходную смесь в качестве катализатора реакции. Преимущество ферритовых загаров, которые являются немагнитными, заключается в том, что они обеспечивают получение пигмента с желтым оттенком, который является термостойким.

Методы термического разложения используются также для получения небольших количеств оксида железа высокой чистоты, обычно в виде Fe2O3. Такой оксид производится в основном для химических, а не для пигментных целей; одно из его применений - получение специальных ферритов. Оксид получают путем первоначального приготовления высокочистой формы только умеренно стабильного соединения, которое затем нагревают с получением оксида железа. Например, карбонат железа химического качества легко разлагается на оксид железа и газообразный диоксид углерода.

Методы решения

Процесс Пеннимана-Зофа (мокрый процесс)

Методы растворения, наиболее широко используемые в отечественном производстве синтетических оксидов железа, восходят к процедурам, раскрытым Р. Пениманом и Н. Зофом в 1920 году. Использование их подхода и его последующих модификаций обычно называют процессом Пеннимана-Зофа. Изменения и вариации оригинальной технологии сделали возможным контролируемое производство оксидов, отличающихся по цвету и физическим характеристикам. Патент Мартина 1960 года содержит обзор существующего на тот момент уровня техники. Кроме того, примерно в ту же дату в немецкой статье были описаны различные оксиды и гидроксиды железа и методы, с помощью которых они могут быть получены синтетическим путем. Общие характеристики различных синтетических процессов можно получить из патентной и технической литературы. Однако подробное описание химии и технологии технологического процесса, по-видимому, недоступно; такого рода информация рассматривается производителями как частная.

Железо в виде лома вступает в реакцию с раствором, из которого железо одновременно осаждается в виде оксида железа. Кроме того, с помощью методов, разработанных позже, возможно производить пигмент с использованием аналогичного химического состава, но без необходимости использования железного лома. В коммерческой практике используются оба вида переработки, с использованием железного лома и без него. Как правило, процесс Пеннимана-Зофа представляет собой двухэтапную операцию. На первом этапе затравочный раствор готовят путем осаждения мелких зародышей гидроксида железа. Обычной практикой для получения этого осадка является добавление щелочи, такой как гидроксид натрия, к раствору сульфата железа. Раствор сульфата железа может быть получен приготовлением водного раствора того же химического вещества, который может быть прокален до оксида железа сухим способом. Воздух, впрыскиваемый в затравочный раствор, окисляет зародыши до гидроксида оксида железа, γ-FeOOH или α-Fe2O3-H2O, синтетического гетита. Затем процесс переходит в фазу непрерывного роста, в которой затравочный раствор или его часть добавляют в реактор, содержащий раствор сульфата железа, находящийся в контакте с железным ломом. Циркуляция раствора над железным ломом наряду с впрыском воздуха приводит к переходу железа в раствор в то же время, когда оксид железа осаждается из раствора на растущие зародыши. Продукт получают путем фильтрации раствора и промывки выделившегося осадка.

Описанный процесс позволяет получить желтый оксид железа, частицы которого имеют игольчатую форму. В момент первоначального образования частиц раствор имеет голубовато-зеленый цвет. По мере продолжения роста он приобретает желто-коричневый цвет, который постепенно углубляется с появлением красноватых оттенков. Продолжительность операции зависит от того, какой оттенок желателен. Некоторые оттенки могут быть получены за несколько дней; в других случаях процесс может длиться несколько недель. Несмотря на это, средний размер частиц продукта остается довольно небольшим, обычно менее 1 микрометра. Реакция обычно проводится в больших цилиндрических резервуарах, которые обычно могут содержать 70 м3 раствора. Конструкция резервуаров различается, как и способ размещения металлолома. В качестве металлолома используется чистая низкоуглеродистая сталь с большой площадью поверхности, например, для штамповки и обрезки.

Происходящие химические реакции можно записать следующим образом:

Образование ядра или семени:

• a. 4 NaOH + 2FeSO4 = 2 Fe(OH)2 + 2 Na2SO4
• б. 2 Fe (OH)2 + ½O2 = Fe2O3·H2O + H2O

Рост:

• a. Раствор железа:
• 2Fe + 2H2SO4 = 2FeSO4 + 2H2
• b. Осаждение на семена:
• 2FeSO4 + 3H2O + ½O2 = Fe2O3·H2O + 2H2SO4

Ход реакций и природа продукта зависят от ряда переменных, включая скорость циркуляции раствора, способ и количество подачи кислорода, тип осадителя, температуры, качество и количество железа, кислотность, количество и характер затравочных частиц и присутствие других ионов в растворе, либо случайно или в результате преднамеренного добавления.

Важным отличием процесса является отказ от использования металлического железа, чего можно достичь путем тщательного контроля условий осаждения, в том числе за счет использования газообразного аммиака. Кроме того, можно использовать растворы железа, отличные от растворов сульфата. Примером может служить использование раствора хлорида железа, как описано в недавнем патенте. В этом случае условия поддерживаются такими, что как на стадиях образования семян, так и на стадиях роста образующимся соединением железа является синтетический лепидокрокит γ-FeOOH.

Как и в случае с его природным аналогом, синтетический желтый оксид железа можно нагревать и отводить воду для его гидратации, получая таким образом красный оксид α-Fe2O3. Это важный способ получения синтетического красного оксида железа. Это вносит еще одно соображение в контроль получения синтетического желтого цвета, поскольку процедуры зависят от того, используется ли процесс для получения желтого оксида в качестве конечного продукта или желтого оксида, который должен быть прокален до красного цвета. Красный оксид, полученный обезвоживанием синтетического желтого цвета, сохраняет иглообразную форму желтого цвета, и это придает ему свойства, отличные от свойств сфероидального.

Методы осаждения могут быть использованы для непосредственного получения красных, черных и коричневых пигментов путем тщательного контроля таких факторов, как температура и степень реакции. Черные оксиды также могут быть получены из красных и наоборот. Восстановление красного гематита водородом может быть использовано для получения черного магнетита; и наоборот, прокаливание магнетита даст красный оксид железа. Хотя коричневый оксид можно получить непосредственно, более обычной процедурой является смешивание смеси красного, желтого и черного цветов.

Важным коричневым оксидом железа, получаемым из-за его магнитных, а не красящих свойств, является гамма-оксид железа, γ-Fe2O3. Гамма-оксид железа имеет кристаллическую структуру шпинельного типа и широко используется в приложениях магнитной записи. Этот оксид можно считать производным синтетического желтого оксида железа и обычно получают с помощью следующей последовательности стадий (1) Получения синтетического желтого, α-Fe2O3 · H2O; (2) дегидратации желтого до красного, α-Fe2O3; (3) восстановления до магнетита, Fe3O4; и (4) окисление до гамма-оксида железа. Эта последовательность приводит к получению магнитных частиц, форма и физические свойства которых являются желательными. Синтетический желтый оксид, полученный в качестве исходного материала на стадии 1, имеет игольчатую форму с высоким отношением длины к ширине, и эта геометрия частиц сохраняется на протяжении всего процесса обработки. На этапе 2 воду удаляют для получения термостабильного оксида железа. Однако в альфа-форме оксид является немагнитным (антиферромагнитным). Восстановление водородом, стадия 3, приводит к получению магнетита, который имеет решетку шпинели и сам находит применение в магнитных приложениях, хотя ему не хватает химической стабильности. На стадии 4 окисление проводят таким образом, чтобы сохранить шпинельную структуру магнетита; конечным результатом является оксид с желаемыми магнитными характеристиками и хорошей стабильностью. Гамма-оксид железа нестабилен по отношению к альфа-оксиду железа, и нагревание примерно до 600 ° C может вызвать необратимое возвращение к альфа-форме.

Методами осаждения можно управлять таким образом, чтобы получать “прозрачные” оксиды железа. Эти оксиды обладают незначительной укрывистостью из-за очень мелкого размера частиц, измеряемого сотыми долями микрометра, или на порядок более мелкого размера, чем обычные синтетические оксиды. Прозрачные оксиды могут быть получены в желтом, красном и промежуточных оттенках. Они составляют относительно небольшую долю от общего объема производства синтетических материалов; основные области применения - отделка автомобилей и пластмассы, используемые в виниловой обивке мебели.

Оксид регенерации

Оксид регенерации - это побочный продукт оксида железа, образующийся при регенерации соляной кислоты из жидких отходов травления стали. Травление - это химический процесс удаления накипи для очистки поверхности стальных листов и других промежуточных форм, которые покрылись оксидной пленкой, обычно в результате нагрева или отжига. Раньше серная кислота была основным химическим веществом, используемым для травления, но теперь большая часть травления производится с помощью соляной кислоты. По оценкам, 40 миллионов тонн стали в год обрабатывается соляной кислотой.

Отработанный рассольный раствор, содержащий хлорид железа и некоторое количество неиспользованной соляной кислоты, представляет проблему загрязнения и утилизации. На нескольких сталелитейных заводах установлены установки для обработки отработанного раствора путем “обращения вспять” реакции травления. Таким образом, соляная кислота регенерируется для повторного использования при травлении, а в качестве побочного продукта получается оксид железа. Этот оксид, который может потребовать дальнейшей обработки для уменьшения остаточного хлора, нашел применение главным образом в качестве сырья для производства твердых ферритов, используемых в постоянных магнитах. Большая часть оксида регенерации была получена в процессе обжига распылением. Однако другие типы процессов регенерации были внедрены или находятся в стадии разработки в качестве методов борьбы с загрязнением и обладают потенциалом для получения форм оксида, подходящих для традиционных рынков оксида железа.

Анилиновый процесс

Его использование для получения железоокисных пигментов было уникальным для Германии, где он уже много лет используется в качестве основного метода крупным производителем синтетических пигментов. Процесс включает восстановление ароматического нитросоединения до амина в присутствии железа и кислоты. Реакцию, известную как метод Лаукса, при применении к производству анилина из нитробензола номинально можно выразить уравнением:

4 C6H5NO2 + 9 Fe + 4 H2O = 4 C6H5NH2 + 3 Fe3O4

Хотя первоначально эта реакция использовалась для получения анилина, процесс может быть проведен таким образом, что побочный продукт - оксидный осадок - дает ценные пигменты.

Технология получения пигментов анилиновым способом была разработана компанией I. G. Farbenindustrie A. G. спустя несколько лет после внедрения процесса Пеннимана-Зофа. Анилиновый процесс практикуется в Уердингене, Северный Рейн-Вестфалия, Западная Германия, компанией Bayer A. G., преемницей I. G. Farbenindustrie, и на его долю приходится большая часть большого объема производства синтетических пигментов Bayer. Используется железная стружка контролируемого размера; она может быть из чугуна. Для получения желтых пигментов реакцию проводят в присутствии хлорида алюминия; хлорид железа добавляют, когда требуются черные пигменты. Красные пигменты могут быть получены прокаливанием как желтых, так и черных продуктов.

Эксплуатационные факторы при производстве оксида железа

Из-за относительно низких цен на продукцию природные оксиды не могут обеспечить большую составляющую затрат на транспортировку сырья. Поэтому перерабатывающие предприятия расположены недалеко от шахт по добыче природного пигмента, и в непосредственной близости ищутся дополнительные источники сырья. С другой стороны, сырой материал с железорудных рудников доставляется на значительные расстояния на существующие заводы, а не измельчается на заводах, расположенных поблизости.

Смешивание - это вторичная операция, выполняемая как переработчиками сырья, так и другими фирмами, работающими только с готовыми пигментами. При смешивании пигменты комбинируются для достижения определенного оттенка или физических свойств. Смеси могут представлять собой смеси полностью натуральных или синтетических пигментов или смеси двух видов пигментов. Например, небольшое количество синтетического оксида может быть смешано с преимущественно натуральным оксидом для получения более яркого оттенка. Смешивание используется для получения синтетических коричневых пигментов из смесей синтетических красных, желтых и черных оттенков. Некоторые смеси довольно сложные, содержат до дюжины компонентов, ни один из которых не является доминирующим в смеси.

Оксиды железа обычно получают периодическим способом, хотя обработку и измельчение природного оксида можно проводить непрерывно. Измельчение можно легко запускать и останавливать, и поэтому его удобно выполнять в одну смену. Однако обжиг и проведение мокрых технологических процессов требуют длительного периода непрерывной работы. Кроме того, для обеих этих операций необходимы энергозатраты на отопление. Следовательно, желательно проводить прокаливание и производство синтетического оксида в течение длительных периодов времени или же остановить установку, а не запускать ее по принципу "стоп-старт".

Как и во многих других отраслях промышленности, производителям оксида железа в последние годы пришлось предпринять шаги по ограничению загрязнения воздуха и воды. Проблемы с загрязнением были наименьшими при сухих операциях, таких как измельчение природного оксида. Что касается природных оксидов, то для поддержания выбросов в атмосферу в приемлемых количествах достаточно относительно простого оборудования. Однако, чтобы избежать загрязнения прилегающих водных путей стоками с территории завода, также требуется некоторые расходы. Требуются более обширные мощности, чтобы справиться с потенциальным загрязнением воды в результате мокрого производства синтетических оксидов. Эта технология требует работы с кислотными растворами, содержащими твердые мелкие частицы. Соблюдение экологических стандартов привело к дополнительным расходам на установку водоочистных сооружений, в основном предназначенных для контроля содержания взвешенных веществ и железа в сточных водах.

Взаимосвязь между производителями оксида железа и другими отраслями промышленности материалов

Большая часть производства оксида железа связана, по крайней мере косвенно, с какой-либо другой отраслью или формой переработки полезных ископаемых. Только часть производства оксида железа, получаемая на рудниках по добыче природных пигментов, может рассматриваться как полностью независимая от других отраслей промышленности, производящих минеральные вещества и материалы.

Как титановый пигмент, так и сталелитейная промышленность играют очень важную роль в производстве железосодержащих материалов, из которых получают оксиды железа. Сульфатная часть производства титановых пигментов является ключевым источником FeSO4 · 7H2O, которая может быть либо непосредственно прокалена до оксида железа, либо использована в растворных способах для получения осажденных форм оксида железа. Отходы новых хлоридных процессов получения титановых пигментов также являются потенциальным исходным материалом для производства оксида железа.

Сталелитейная промышленность, которая перерабатывает и производит железосодержащие материалы в различных формах, также является важным источником сырья для производства оксида железа. Легкий стальной лом с большой площадью поверхности используется для получения синтетического оксида в соответствии с процессом, разработанным Пенниманом и Зофом. Кислотный рассольный раствор для очистки стальных поверхностей использовался для получения сульфата железа, который при обжиге был важным источником оксида, используемого в качестве полировальной краски. За последнее десятилетие сталелитейная промышленность на многих заводах перешла на использование соляной кислоты вместо серной для травления стали. Было разработано несколько способов регенерации соляно-кислого рассольного раствора, и в них образуется побочный продукт - оксид железа. Некоторое количество этого так называемого оксида-регенератора нашло применение за пределами сталелитейного завода, в частности, для производства твердых ферритов, используемых при изготовлении постоянных магнитов. В сталелитейной промышленности образуется большое количество пыли; пыль, образующаяся при определенных операциях выплавки стали, может быть использована для получения некоторых низкосортных пигментов.

Сталелитейная промышленность потенциально может стать гораздо более крупным источником порошка оксида железа и в будущем, предположительно, может производить объем, намного превышающий объем, который способен поглотить рынок. Это можно увидеть, рассчитав общее количество оксида регенератора, которое было бы произведено, если бы весь рассольный раствор был переработан для повторного использования. Однако, даже если бы технология регенерации применялась повсеместно, маловероятно, что это значительно вытеснило бы устоявшиеся методы производства оксидов железа, поскольку оксиды, получаемые на сталелитейных заводах, не обладали бы характеристиками, требуемыми для конечного применения. Более вероятно, что эти оксиды в конечном итоге будут переработаны в доменной печи.

Сульфатные и хлоридные отходы производства титановых пигментов и стали можно использовать в качестве реагентов для очистки сточных вод. Это рынок сыпучих химических веществ, который, по прогнозам, будет расти примерно на 7% в год. Таким образом, применение очистки сточных вод может оказаться способным поглощать сульфатные и хлоридные отходы, лишь небольшая часть которых может быть использована при производстве оксидов железа.

Производство природных оксидов железа имеет меньшую взаимозависимость с другими отраслями промышленности. Производство оксидов с использованием сырья из пигментных шахт относится к другим отраслям промышленности только в той мере, в какой другие материалы, такие как синтетические оксиды железа, смешиваются с природными оксидами. Однако следует отметить, что добыча железной руды в очень значительной степени предназначена для обеспечения сырьем доменных печей, и поэтому производство на таких шахтах планируется с учетом этого в качестве основной цели. Аналогичным образом, оксид железа из пирита является побочным продуктом операции, основной функцией которой является получение других материалов, таких как серная кислота.

Другая отрасль связана с производством оксида железа в Европе. Это производство промежуточных продуктов органической химии, одна часть которого с помощью анилинового процесса производит оксиды железа в качестве побочного продукта в Западной Германии. Эта технология не использовалась в России, но планируется применить в течение ближайших нескольких лет на новом объекте.