JPH08268721A - 循環流動床中での酸化鉄の熱処理方法 - Google Patents
循環流動床中での酸化鉄の熱処理方法Info
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Abstract
を提供すること。 【解決手段】 ≦10μmの平均一次粒子寸法を有しそ
して本質的に酸化鉄(II)、水酸化鉄(II)、オキシ水
酸化鉄(II)、酸化鉄(III)、水酸化鉄(III)、オキ
シ水酸化鉄(III)、酸化鉄(II、III)、水酸化鉄(I
I、III)またはオキシ水酸化鉄(II、III)よりなる群
から選択される少なくとも1種の物質を凝集させそして
該凝集した物質を加熱された装置およびダウン−ストリ
ーム装置よりなるシステム中で熱処理することを含んで
なる酸化鉄顔料の製造方法であって、該加熱された装置
中で物質を上向き気体混合物により気体/固体流が生成
するような方法で流動化させ、生ずる気体/固体混合物
を底から加熱された装置を通して上方に流しそして該ダ
ウン−ストリーム装置中で気体および固体成分に分離
し、ここで固体成分の一部を取り出しそして残りの固体
成分を第一の加熱された装置に戻すことを特徴とする方
法。
Description
の製造方法並びにそれらの使用に関する。
磁鉄鉱構造を有する3価のまたは2価および3価の酸化
物からなる。それらは、例えばDE−A 2 617 5
68に記載されているように鉄(II)塩溶液から1−も
しくは2−段階沈澱方法を使用して、またはニトロベン
ゼンを金属鉄を用いて還元することによるラウクス(Lau
x)方法(Ullmanns Encyklopaedie der technischen Che
mie, 4th edition, volume 18, 603頁, Verlag Chemie,
Weinheim 1979 およびDE−C 518 929)を使用
する方法のいずれかで製造される。粉末状黒色酸化鉄
は、DE−C 2625 196に記載されているよう
に、化学的後処理により(酸化に対して)安定化させる
ことができる。実際にこの後処理は顔料を安定化させ
る。しかしながら、それはそのカラー性質を幾らか損な
わせそして顔料の環境的性質に良い影響を有さないが、
DE−A 3 620 333に記載されている方法が回
転炉中の不活性条件下における黒色顔料の熱処理のため
に開発された。熱処理を不活性であるが微酸化性である
条件下で行わない点が改良されたこの方法の別の改良法
がDE−A 3 910 783に記載されている。
浄、濾過、固体/液体分離操作並びに不完全なバッチな
どからの流出液を原料とするペースト(以下では流出液
ペーストと称される)のDE−A 3 518 993に
記載されている水性処理も仕上げ生成物の性質に顕著な
改良をもたらす。
水相中に中間体として生ずる酸化鉄顔料は、乾くと、用
途によっては多少の程度の差はあっても完全に粉砕され
る。
れるが、それらは粉塵を生ずる傾向がありそして廃棄が
難しいためそれらは依然として欠点を有する。
363には分散剤が加えられた顔料粒子をカラーコンク
リートに使用することが示唆されている。
温度における回転炉(400〜800℃)中での熱処理
により必要な顆粒強度を得るための結合剤を加えない酸
化鉄黒色顔料の粒状化を提案している。この手段によ
り、顔料のカラー性質、安定性および環境的性質が改良
される。
を有する。利点には簡単な固体輸送、種々の状態での生
成物の直接的混合、試されそして試験された技術およ
び、とりわけ、容易に調節可能な最短滞在時間が包含さ
れる。
/時間)の製造用には大きな熱損失量を伴う非常に大き
い装置を必要とするため回転炉中の熱処理用の操作費用
が非常に高いことであると考えられている。移動する部
品のために、例えば不活性条件下または特に還元された
条件下における密封には非常に費用がかかる。回転炉の
底に沿って通過する密な充填が個々の生成物粒子の広い
温度および雰囲気環境分布をもたらす。これが不均一な
生成物の性質を生じそして劣悪な気体交換により生成物
と雰囲気との間で平衡が設定されないため雰囲気の設定
が難しくなる。さらに、比較的大量の微細物が廃棄さ
れ、それは費用のかかる粉塵分離器(静電気体クリーナ
ー)の中で収集しなければならない。
た条件下でのみ使用でき、一般的に、それらは事実上化
学量論的磁鉄鉱の熱処理用にだけ計画される。従って、
流出液ペースト(処理、洗浄もしくは他の処理段階から
生ずる10重量%までの含有量の無関係な元素(Mn、
Si、S、Cl、Cなど)を有する種々の酸化鉄および
オキシ水酸化鉄ペーストのしばしばはっきりしない可変
性混合物)を使用することまたはこれらの出発物質から
褐色顔料(マグヘマイト)もしくは赤色顔料(赤鉄鋼)
の製造を考えることができない。
克服するために、熱処理を他のプラントの中で行うこと
も考えられる。すなわち、例えば、静止流動床を使用す
ることもでき、それは経済的実用性並びに個々の粒子が
呈される熱および雰囲気による応力の緩和に関して主要
な利点を約束する。しかしながら、この方式は出発凝集
物の非常に広い粒子寸法分布により比較的粗大な留分の
流動化が相当な量の微細物の廃棄を生ずるため最初から
必ず失敗するはずである(比較例4参照)。
いるように循環流動床を使用する時には、鉄鋼石を磁鉄
鉱に還元するためには、十分高い摩耗耐性を有する20
−300μmの程度の固体結晶性粒子が必要である。微
細留分(<20μm)は高い流動化速度により排気ガス
と一緒に廃棄される。<10μmの粒子寸法を有する顔
料は従って使用することができない。必要とする大量の
結合剤のために、EP−A 396 975に記載されて
いる種類の顔料粒子は例えば焼結、部分的還元などの如
き望ましくない副作用を引き起こし、それらの全ては顔
料の着色性質に悪影響を有する。
スト、黄色ペーストおよび混合原子価の流出液ペースト
から、(貯蔵、輸送および気候に関して)安定であり、
環境的および比色計測定上改良され、上記の欠点を示さ
ない広範囲に適用可能な酸化鉄黒色、褐色および赤色顔
料を、これらの酸化鉄顔料を得るための経済的方法と共
に、提供することである。
(III)または混合原子価鉄(II、III)の酸化物、水酸
化物またはオキシ水酸化物からなる化合物を適当な条件
下で循環流動床中で処理するならこの目的が完全に満足
のいくように達成できることが今回見いだされた。
が≦10μmの平均一次粒子径を有しそして a)鉄塩溶液をアルカリ性化合物と反応させそして酸化
することにより(沈澱法)、 b)金属鉄を酸素を含有する化合物を用いて酸化するこ
とにより(ペニマン(Penniman)法)、 c)ニトロベンゼンを用いて酸化することにより(ニト
ロベンゼン還元法、 d)鉄塩を焙焼し(コペラス(Coperas)方法)そして引
き続き水中スラリーを生成することにより、または e)実質的に鉄/鉄化合物および酸素からなる副生物ま
たは廃棄物(流出液ペースト)を分離しそして処理する
ことにより、場合により洗浄およびその後の熱処理によ
り製造される、(アルファ−、ガンマ−)Fe2O3およ
びFe3O4を含んでなる群からの酸化鉄顔料を対応する
出発懸濁液から製造する方法を提供し、この方法は工程
a)〜e)から得られる物質を他の結合剤なしに0.0
5〜10mmの平均粒子寸法に凝集させ、次に凝集した
物質の熱処理を気体/固体流が生成するような方法で物
質が上向き気体混合物により流動化される加熱された装
置(流動床)中で行い、生ずる気体/固体混合物を装置
を通ってそこから上方に流し、そして第二のダウン−ス
トリーム装置、例えばサイクロンの中で気体および固体
成分に分離し、そこで固体流の一部を取り出しそして残
りの物質を加熱された装置(循環流動床)に戻すことを
特徴とする。
理(例えば濾過、クリーニング他)した後に、好適には
再循環される。
より例えばスプレーまたはベンチュリドライヤー中で製
造される。
圧縮方法によりまたは両方の方法により、場合により液
体燃料(例えばパラフィンまたは加熱油)を結合剤とし
て使用して行うこともできる。
集物が循環流動床に好ましく加えられる。
離またはスクリーニングにより測定することができる。
は100〜1,300Nm3/トンの顔料に調節される。
〜6m/秒の間に調節される。
固体の平均滞在時間が許容可能な性質を有する生成物を
非常に経済的に製造する。
ましくは5分間より長い。
れた広い滞在時間分布が非常に短い滞在時間後にある量
の生成物の廃棄をもたらすため、有利には保有区域また
は廃棄スクリューを廃棄点に設置するようにシステムを
改変することができ、それにより安定な熱および/また
は雰囲気条件下での全体的システムに必要な最短滞在時
間が確実になる。
てこれらをはっきり(例えば凝集、乾燥、熱処理と)分
離できるなら、2つもしくはそれ以上の加熱された装置
(循環流動床)を有利には連続的に(in series)使用す
ることができる。
料でまたは電気で直接的または間接的に加熱することが
できる。
された流出液もしくは残存ペーストの如き実質的に鉄お
よび酸素からなる他の出発物質からの赤鉄鋼またはマグ
ヘマサイトの製造は好適には酸化性条件下で進行し、そ
こでは排気ガス中の酸素の量は好適には1モルの処理す
る鉄当たり0.03モル以上の酸素でなければならな
い。
有利には700〜950℃において行えるが、褐色顔料
(マグヘマイト)の製造は好適には350〜600℃に
おいて行われる。
された流出液もしくは残存ペーストの如き実質的に鉄お
よび酸素からなる他の出発物質からの黒色顔料(磁鉄
鉱)の製造用には、熱処理は好適には微酸化性の不活性
条件下または還元性条件下で行われ、そこでは排気ガス
中の酸素の量は好適には1モルの処理される酸素当たり
0.0001〜0.026モルの間でなければならない。
体状炭化水素、例えば油もしくは天然ガス、硬質石炭、
亜炭、活性炭または水素が還元剤として好適に使用され
る。
50〜850℃において、特に好適には600〜850
℃において行われる。
で行うなら、酸素を含有する気体が酸化剤として好適に
使用される。
凝集および熱後処理により製造されそして0.05〜1
0mmの間の、好適には0.1〜1mmの間の平均粒子
寸法を有する顔料は、無機もしくは有機分散液またはビ
ルダー物質を例えば粉砕の如き追加処理段階なしで直接
的に着色するために使用できるという大きな利点を有す
る。しかしながら、循環流動床を使用して得られる生成
物を希望によりまたは必要に応じてその後の段階で粉砕
することもできる。
するものでる。
方法を用いて得られた。
LAB値)に従うカラーディスタンスの比色計測定 −DIN 55 986に従う色強度、両者ともBayer AG
の商業製品である5倍重量のTiO2顔料Bayertitan R-
KB 2、結合剤:Alkyldal L 64ラッカーを用いる表面光
輝性、等価基準=表面光輝性。
ルの生成物を10cmの端部長さの空気−透過性燐青銅
金網の立方体に注入し、試験温度に加熱されそしてこの
温度に24時間保たれている内部空気循環研究室用炉の
中心に立方体を入れる。200℃以上の温度がサンプル
中で生じたら、サンプルは選択された試験温度において
不安定である。
%の顔料をわずかに湿ったコンクリート屋根ふきタイル
ミックスに加え、ミキサー中で1分間混合し、10cm
×5×2cmの屋根ふきタイルを10バールの圧力にお
いて加圧しそして35℃および90%の相対的雰囲気湿
度において24時間にわたり硬化させる。色強度を次に
同一処理された標準と比較し、等価基準は表面光輝性で
ある。
られた回転容器の中で5分間にわたり20リットル/分
の空気流中で応力をかける。空気をフィルター中を通過
させそしてフィルター上に残っている固体の量を重量測
定する。この工程を5回繰り返し、顔料の個別量および
合計量を記録する。
の中で約2g/リットルの濃度で撹拌しそしてMalvern
Mastersizerの中で300倍レンズを用いて分散させず
に測定する。D[4.3]値(平均)が示される。
た酸化鉄黒色ペーストを出発物質として使用した。これ
らの懸濁液の2種もしくはそれ以上を噴霧乾燥により凝
集させた。気体入り口温度は400〜530℃の間であ
り、出口温度は1%〜8%の残存水分含有量が得られる
ように調節された。80〜140℃の出口温度が測定さ
れた。
IELABシステム)、粒子寸法分布(PSD/光散乱
測定、スクリーニング)、強度(追加のバッフル付きダ
ストメーター)、分散度(コンクリート屋根ふきタイル
ミックス中での発色現象)、酸化安定性(IMCO方法
を使用)およびFe3+/Fe2+比に関する一般的試験に
かけた。測定された値を表1および2に示す。
ストを出発物質として使用した。これらの懸濁液を結合
剤なしで噴霧乾燥により凝集させた。気体入り口温度は
410〜520℃の間であり、出口温度は1%〜8%の
残存水分含有量が得られるように調節された。80〜1
20℃の出口温度が測定された。別の試験では、出発ペ
ースト中の固体含有量を40重量%に減少させそしてス
プレーディスクの回転速度を高めることにより著しく小
さい平均粒子寸法を有する生成物(2b)が製造され
た。
通りに測定し、そしてそれらを表1および2に示す。
を用いて製造しそして次に約30〜60分間にわたり間
接的に加熱された回転炉の中で650〜800℃の間の
温度において不活性(N2)またはわずかに酸化性(N2
/空気)の雰囲気下で熱処理した。加えられた気体を生
成物の移動方向と同一方向流および反対方向流の両者と
して通した。存在する可能性のある有機残渣は同一方向
操作で事実上完全に灰化/分解されたが生成物の性質は
反対方向流とは実質的に異なっていなかったことが見い
だされた。
通りに測定し、そしてそれらを表1および2に示す。
を用いて製造しそして次に約30〜60分間にわたり静
止流動床反応器の中で800℃の温度においてわずかに
酸化性(N2/空気)の雰囲気下で熱処理した。試験の
最初から、広い粒子寸法分布(表3参照)では、比較的
大きい凝集物の流動化も可能な条件下で生成物の約45
%が反応器から廃棄されたことが見いだされた。この装
置は従って最初から不適切であると証明された。
mの直径および6000mmの高さを有する電気的に加
熱された循環流動床の中で種々の温度および雰囲気条件
下で約30分間の滞在時間で処理した。流動床充填量は
10kgであり、比生成物処理量は20kg/時間であ
りそして合計気体加入量は約25Nm3/時間であり、
示された条件下で約1m/秒の気体速度を与えた。関連
する生成物性質を表1および2に示す。
に良好な赤色、黒色および褐色顔料を1つの同一出発物
質から同一装置の中で製造することが全く可能である。
施例5に記載されている条件下で750℃においてそし
て1Nm3/時間の空気および加えられた顔料の量に関
して5重量%の加熱油を用いて処理し、ここでこの油は
流動床反応器の下部区域に注入された。高度に熱処理さ
れた化学量論的赤色顔料を還元して良好な黒色顔料を生
成できることが見いだされた。
す。
に記載されている条件下で750℃において異なる量の
空気を用いて処理した。ある試験では、顔料の量に関し
て1.75%の加熱油をさらに流動床反応器の下部に加
えた。表1および2に示された生成物の性質からわかる
ように、優秀な生成物を流出液ペーストから最適条件下
で製造することができ、それらの性質は時にはある種の
標準的比較生成物のものを越えることもある。
質を実施例5に記載されている条件下で825℃および
そして24Nm3/時間の量の空気(実施例5eの通
り)において処理した。小さい平均粒子寸法(0.04
7mm)では、明らかに増加した廃棄量(0.047m
m)のフィルター上に沈着した微細物が生じた。全ての
他の試験では、廃棄量は<0.4%であった。
おりである。
ge primary particle size)を有しそして本質的に酸化
鉄(II)、水酸化鉄(II)、オキシ水酸化鉄(II)、酸
化鉄(III)、水酸化鉄(III)、オキシ水酸化鉄(II
I)、酸化鉄(II、III)、水酸化鉄(II、III)または
オキシ水酸化鉄(II、III)よりなる群から選択される
少なくとも1種の物質を凝集させそして該凝集した物質
を本質的に第一の加熱された装置および第二のダウン−
ストリーム装置よりなるシステム中で熱処理することを
含んでなる酸化鉄顔料の製造方法であって、該第一の加
熱された装置中で物質を上向き気体混合物により気体/
固体流が生成するような方法で流動化させ、生ずる気体
/固体混合物を底から加熱された装置を通して上方に流
しそして該第二のダウン−ストリーム装置中で気体およ
び固体成分に分離し、ここで固体成分の一部を取り出し
そして残りの固体成分を第一の加熱された装置中に戻す
ことを特徴とする方法。
そして残りの気体成分を第一の加熱された装置に戻す、
上記1に従う方法。
上記1に従う方法。
成形する、上記3に従う方法。
を有する凝集物に成形する、上記3に従う方法。
を200〜1,300Nm3/tに調節する、上記1に従
う方法。
0.5〜6m/秒の間に調節する、上記1に従う方法。
〜40分間の間である、上記1に従う方法。
が5分間より長い、上記1に従う方法。
しそして本質的に酸化鉄(II)、水酸化鉄(II)、オキ
シ水酸化鉄(II)、酸化鉄(III)、水酸化鉄(III)、
オキシ水酸化鉄(III)、酸化鉄(II、III)、水酸化鉄
(II、III)またはオキシ水酸化鉄(II、III)よりなる
群から選択される少なくとも1種の物質を凝集させそし
て該凝集した物質を本質的に連続的に(in series)順次
連結された少なくとも2つの加熱された装置およびダウ
ン−ストリーム装置よりなるシステム中で熱処理するこ
とを含んでなる酸化鉄顔料の製造方法であって、該加熱
された装置中で物質を上向き気体混合物により気体/固
体流が生成するような方法で流動化させ、生ずる気体/
固体混合物を底から加熱された装置を通して上方に流し
そして該ダウン−ストリーム装置中で気体および固体成
分に分離し、ここで固体成分の一部を取り出しそして残
りの固体成分を加熱された装置中に戻すことを特徴とす
る方法。
は電気的に直接的または間接的に加熱する、上記1に従
う方法。
て取り出される分離した気体成分が1モルの処理される
鉄当たり0.03モルの酸素より多い量の酸素を含有す
る、上記2に従う方法。
700〜950℃において実施する、上記12に従う方
法。
350〜600℃において実施する、上記12に従う方
法。
たは還元性条件下で行いそして取り出される分離した気
体成分が1モルの処理される鉄当たり0.0001〜0.
026モルの酸素の間にある量の酸素を含有する、上記
2に従う方法。
て油、天然ガス、硬質石炭、亜炭、活性炭または水素よ
りなる群から選択される少なくとも1種の液体または気
体状炭化水素を還元剤として使用する、上記15に従う
方法。
行う、上記15に従う方法。
行う、上記15に従う方法。
酸素を含有する少なくとも1種の気体を酸化剤として使
用する、上記12に従う方法。
凝集物を無機もしくは有機分散液またはビルダー物質に
加えて分散液またはビルダー物質を着色することを特徴
とする該顔料凝集物の使用方法。
Claims (3)
- 【請求項1】 ≦10μmの平均一次粒子寸法を有しそ
して本質的に酸化鉄(II)、水酸化鉄(II)、オキシ水
酸化鉄(II)、酸化鉄(III)、水酸化鉄(III)、オキ
シ水酸化鉄(III)、酸化鉄(II、III)、水酸化鉄(I
I、III)またはオキシ水酸化鉄(II、III)よりなる群
から選択される少なくとも1種の物質を凝集させそして
該凝集した物質を本質的に第一の加熱された装置および
第二のダウン−ストリーム装置よりなるシステム中で熱
処理することを含んでなる酸化鉄顔料の製造方法であっ
て、該第一の加熱された装置中で物質を上向き気体混合
物により気体/固体流が生成するような方法で流動化さ
せ、生ずる気体/固体混合物を底から加熱された装置を
通して上方に流しそして該第二のダウン−ストリーム装
置中で気体および固体成分に分離し、ここで固体成分の
一部を取り出しそして残りの固体成分を第一の加熱され
た装置に戻すことを特徴とする方法。 - 【請求項2】 ≦10μmの平均一次粒子寸法を有しそ
して本質的に酸化鉄(II)、水酸化鉄(II)、オキシ水
酸化鉄(II)、酸化鉄(III)、水酸化鉄(III)、オキ
シ水酸化鉄(III)、酸化鉄(II、III)、水酸化鉄(I
I、III)またはオキシ水酸化鉄(II、III)よりなる群
から選択される少なくとも1種の物質を凝集させそして
該凝集した物質を本質的に連続して連結された少なくと
も2つの加熱された装置およびダウン−ストリーム装置
よりなるシステム中で熱処理することを含んでなる酸化
鉄顔料の製造方法であって、該加熱された装置中で物質
を上向き気体混合物により気体/固体流が生成するよう
な方法で流動化させ、生ずる気体/固体混合物を底から
加熱された装置を通して上方に流しそして該ダウン−ス
トリーム装置中で気体および固体成分に分離し、ここで
固体成分の一部を取り出しそして残りの固体成分を加熱
された装置に戻すことを特徴とする方法。 - 【請求項3】 請求項1の方法に従い製造された顔料凝
集物を無機もしくは有機分散液またはビルダー物質に加
えて分散液またはビルダー物質を着色することを特徴と
する該顔料凝集物の使用方法。
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