提高镜铁矿基氧化铁红在水中分散性的研究_张迪.pdf

张迪等：提高镜铁矿基氧化铁红在水中分散性的研究探索开发工艺技术健康安全环境提高镜铁矿基氧化铁红在水中分散性的研究张迪1，刘立伟1，赵礼兵*1，王帅2，王恬君1（1.华北理工大学矿业工程学院，河北唐山063210；2.中冶沈勘秦皇岛工程设计研究总院有限公司，河北秦皇岛066000）摘要：为提高镜铁矿基氧化铁红在水中的分散性，采用聚丙烯酸及其盐对氧化铁红进行表面改性，考察了改性剂种类和用量、处理温度和时间对表面处理的影响。结果表明：使用聚丙烯酸为改性剂的效果较好，当其用量为5.6%，在80 处理45 min，得到的氧化铁红水悬浮液的沉降时间由处理前的0.63 h延长到32.52 h，粒径D50由1.87 m细化为1.10 m。本方法可解决镜铁矿基氧化铁红在水中易聚沉、分散不均等问题。关键词：镜铁矿；氧化铁红；表面改性；分散性；聚丙烯酸中图分类号：TQ622.1+5文献标志码：文章编号：0253-4312（2023）02-0051-05doi：10.12020/j.issn.0253-4312.2022-280Study on Improving the Dispersion Performances of Mirror IronOre-based Iron Oxide Red in WaterZhang Di1，Liu Liwei1，Zhao Libing1，Wang Shuai2，Wang Tianjun1（1.School of Mining Engineering，North China University of Technology，Tangshan，Hebei 063210，China；2.Metallurgical Exploration Qinhuangdao Engineering Design and Research Institute Co.,Ltd.,Qinhuangdao，Hebei 066000，China）Abstract：In order to improve the dispersion of iron oxide red based on mirror iron ore inwater，polyacrylic acid and its salts were used to modify the surface of iron oxide red，and theeffects of modifier type and dosage，treatment temperature and time on surface treatment wereinvestigated.The results showed that the use of polyacrylic acid as modifier had a good effect，when the dosage was 5.6%and iron oxide red was modified at 80 for 45 min，thesedimentation time of the obtained iron oxide red water suspension was extended from 0.63 hto 32.52 h，and the particle size D50was refined from 1.87 m to 1.10 m.This method couldsolve the problems of easy accumulation，precipitation and uneven dispersion of iron oxide redbased on mirrored iron ore in water.Key words：mirror iron ore；iron oxide red；surface modification；dispersibility；polyacrylicacid基金项目 国家自然科学基金项目（51804123）；河北省自然科学基金项目（E2017209174）*通信联系人本文规范引用格式：张迪，刘立伟，赵礼兵，等.提高镜铁矿基氧化铁红在水中分散性的研究J.涂料工业，2023，53（2）：51-54，62.ZHANG D，LIU L W，ZHAO L B，et al.Study on improving the dispersion performances of mirror iron ore-based iron oxide red in waterJ.Paint&Coatings Industry，2023，53（2）：51-54，62.第53卷第2期2023年2月第53卷第2期2023年2月涂 料 工 业PAINT&COATINGS INDUSTRY51张迪等：提高镜铁矿基氧化铁红在水中分散性的研究探索开发工艺技术健康安全环境氧化铁红颜料在使用过程中主要以水为载体，故其在水中的分散性是评价其应用性能的一个重要指标1-3。目前氧化铁红朝超细化方向发展4，氧化铁红超细化后，着色力更高，色泽更鲜艳。但在超细状态下，氧化铁红表面能较高、易团聚、在水中的分散性也较差5。对颜料粉体进行表面处理6-9，可以改变颜料颗粒的表面性能，使其达到相应的要求。H130型氧化铁红为市面上常见的合成氧化铁红颜料之一，超细化使其在水中的分散性较差。张清辉10以聚丙烯酸钠为改性剂，对其进行了干法改性，提高了其在水中的分散性。氧化铁红可以分为合成氧化铁红和天然氧化铁红11-12。天然氧化铁红制备简单、污染小且成本低。张曦13以镜铁矿为原料制得了天然氧化铁红，虽然其具备良好的颜料特性，但仍存在在水中分散性较差的问题。为此，进行该类型氧化铁红分散性研究对提高其应用价值具有重要的意义。目前尚未有相关的报道13-14，基于此，本研究采用表面湿法改性镜铁矿基氧化铁红，旨在提高其在水中的分散性。1实验部分1.1主要原料及仪器氧化铁红颜料：由河北承德某矿山的镜铁矿矿石 制 得，其 Fe2O3含 量 达 到 96.50%，粒 径 D50为1.87 m，符合GB/T 18632008标准，其中，着色力、挥发物等指标达到一级标准。聚丙烯酸钠、聚丙烯酸铵：分析纯，上海罗恩试剂有限公司；聚丙烯酸：分析纯，上海阿拉丁药剂有限公司；白炭黑：分析纯，天津市永大化学药剂有限公司。全自动激光粒度分析仪：NKT 6100-D，北京海鑫瑞科技有限公司；可见分光光度计：721G，上海仪昕科学仪器有限公司；红外光谱仪：29865，费尔伯思精密仪器有限公司。1.2氧化铁红颜料的表面改性取氧化铁红样品10.00 g于三角瓶中，加入改性剂及一定量的蒸馏水；然后将三角瓶放置于磁力搅拌器中，在一定温度下，以600 r/min的速度搅拌一段时间，随后加入助改性剂（白炭黑），继续搅拌30 min，静置，脱水，烘干，得到改性后的颜料样品。1.3性能测试粒径：采用激光粒度仪，在无超声条件下对改性后的颜料样品进行粒径分析，重点观测颜料颗粒D50的变化。沉降时间：取0.10 g样品于10 mL量筒中，加蒸馏水至10 mL刻度线，用玻璃棒搅拌一定时间，制得水悬浮液，随后开始计时，当透过量筒能清晰看到2 mL刻度线时，所用时间为沉降时间。分散率：采用分光光度计测试样品水悬浮液的透过率，分散率D与透过率的关系见式（1）10。D=T0-TsT0 100%式（1）式中：T0参比液（蒸馏水）的透过率；Ts悬浮液的透过率。表观稳定性：取相同质量改性前后的氧化铁红样品（0.2 g）加入25 mL比色管中，加蒸馏水至满刻度后，上下摇晃20次，观测各样品在水中的分散状态，拍照。红外光谱测试：将在烘箱干燥2 h的样品与溴化钾按照质量比 1 100 混合，研磨后压片，于 4 000400 cm-1范围内检测红外谱图。2结果与讨论2.1改性剂种类的影响固定改性剂用量为0.8%（以氧化铁红质量计，下同），助改性剂用量为4.5%，于80 下，处理60 min。不加或加入白炭黑后改性颜料的分散性见表1。表1不同改性剂对改性颜料D50与沉降时间的影响Table 1Effect of different modifiers on modified pigment D50and sedimentation time项目D50/m沉降时间/h聚丙烯酸钠1.257.98聚丙烯酸铵1.565.56聚丙烯酸1.279.61聚丙烯酸钠+白炭黑1.268.01聚丙烯酸铵+白炭黑1.565.77聚丙烯酸+白炭黑1.289.63由表1可知，不加白炭黑时，聚丙烯酸钠和聚丙烯酸改性后颜料样品的D50差距较小，且均比聚丙烯酸铵改性后的小，而聚丙烯酸改性后样品的沉降时间最长。一般D50越小、沉降时间越长，则颜料在水中越容易分散15-16，可见在相同用量下聚丙烯酸的改性效果较好；助改性剂白炭黑的加入对提高氧化铁红52张迪等：提高镜铁矿基氧化铁红在水中分散性的研究探索开发工艺技术健康安全环境改性效果不明显。因此，选择聚丙烯酸作为改性剂，不添加改性助剂白炭黑。2.2改性剂用量的影响以聚丙烯酸为改性剂，改性温度 80，搅拌60 min，改性剂用量对颜料分散性的影响见表2。表2改性剂用量对改性颜料D50和沉降时间的影响Table 2Effect of modifier dosage on modifiedpigment D50and sedimentation time项目D50/m沉降时间/h改性剂用量/%02.740.630.81.279.611.1711.912.441.1617.695.61.1031.956.41.0026.37由表2可知，随着聚丙烯酸用量的增加，D50逐渐减小，沉降时间也逐渐增加。当聚丙烯酸的用量为6.4%时，D50虽然继续减小，但沉降时间缩短，这表明，改性剂用量过高时，改性颜料的分散性反而会降低，可能是因为聚丙烯酸用量过高，分子链之间相互缠绕17。综上所述，聚丙烯酸的用量为5.6%时，改性颜料在水中的分散性更好。2.3改性温度的影响在聚丙烯酸用量为5.6%，改性时间为60 min条件下，设定改性温度分别为20、40、60、80、100，改性后颜料的分散性见表3。表3改性温度对改性颜料D50与沉降时间的影响Table 3Effectofmodificationtemperatureonmodified pigment D50and sedimentationtime项目D50/m沉降时间/h改性温度/201.2410.57401.1522.1601.1127.27801.1031.951001.1031.99由表 3 可知，随改性温度升高，D50有减小的趋势，沉降时间则明显增加，表明改性温度确实影响氧化铁红在水中的分散性，且主要影响氧化铁红的沉降时间。从D50数据来看，总体变化不大，当温度到达80 时，颜料样品的D50稳定在1.10 m。从沉降时间来看，总体变化较大，当温度增加到80 时，沉降时间稳定在 31.95 h，再增加温度到 100，变化甚微，表明再提高温度对氧化铁红的分散性影响不大。综合 D50与沉降时间的数据来看，改性温度为 80 时，改性效果最佳。2.4改性时间的影响固定聚丙烯酸用量5.6%和改性温度80，考察不同改性处理时间对颜料分散性的影响，结果见表4。表4改性处理时间对改性颜料D50与沉降时间的影响Table 4Effect of modification treatment time onmodified pigment D50and sedimentationtime项目D50/m沉降时间/h改性处理时间/min151.1521.80301.1029.09451.1032.52601.1031.95751.1425.87由表 4 可知，改性时间由 15 min 增加到 60 min时，氧化铁红的D50先减小，后保持不变，当改性时间增加到75 min时，氧化铁红粒径略有增大；随着改性时间的增