氧化鐵顏料主要指以鐵的氧化物為基本物質的氧化鐵紅、鐵黃、鐵黑和鐵棕四類著色顏料，其中以氧化鐵紅為主（大約占到氧化鐵顏料的50％），用作防銹顏料的云母氧化鐵以及用作磁性紀錄材料的磁性氧化鐵也屬于氧化鐵顏料的范疇。氧化鐵是僅次于鈦白的第二大無機顏料，也是第一大彩色無機顏料。在全部消費的氧化鐵顏料中，70％以上是用化學合成方法制備的，稱之為合成氧化鐵。合成氧化鐵由于其合成純度高、粒徑均勻整齊，且色譜廣、顏色多、價廉、無毒，有優良的著色和應用性能，具有吸收紫外線等性能，因而廣泛用于建材、涂料、塑料、電子、煙草、醫藥、橡膠、陶瓷、油墨、磁性材料、造紙等領域。
近年來，世界氧化鐵的消費量一直以2%～15％的速度在增長，1994年合成產品的產量達50萬t ，2000年為100萬t 。氧化鐵顏料的主要消費市場是美國、歐盟和日本。歐盟年消費量在30萬t以上，美國和日本消費量在20萬t以上。在全球范圍氧化鐵消費量最大的領域是建材(53%)和涂料(33%)。但由于經濟水平和消費習慣差異，各國的消費結構有很大不同。例如，在歐盟，建材業消耗量占60％，其此為涂料；在美國，建材業消費量為34％，涂料為23％；而日本最大的消費領域是鐵氧體，大約80％的氧化鐵用于生產鐵氧體。我國涂料消費量最大，占到34%～37％，建材業為24%～28％。
我國是氧化鐵顏料生產大國，近年來的產量約占全球的1/3，出口量已超過年總產量的50％，使我國成為僅次于德國的世界第二大氧化鐵顏料出口國，對國際市場影響很大。因此，全面了解國內氧化鐵顏料的生產與開發現狀和發展趨勢是十分必要的。
1 氧化鐵顏料的現狀
1.1 行業發展現狀
在50年代我國已有濕法合成鐵黃，而鐵紅則由鐵黃或綠礬煅燒而得，生產規模較小。60年代濕法鐵紅的研制，奠定了鐵紅發展的基礎。70年代，硫酸鹽法、硝酸鹽法和混酸鹽法三種濕法鐵紅生產工藝的完善與成熟，是濕法鐵紅生產技術的一大進步。到90年代，氧化鐵行業更是有了長足的發展，產量不斷提高，萬噸級大廠開始出現。目前，我國共有八十多家氧化鐵生產企業，總的生產能力在35～38萬t。具備一定規模、綜合實力較強的企業有20余家，其中年產量在2萬t以上的有四家，另外有6家生產能力在1萬t以上。具備超細混拼、顏料表面改性處理深加工的年生產能力在2萬t以上的合資企業有上海拜耳顏料有限公司，深圳?？扑诡伭匣び邢薰?。表1為我國近年來氧化鐵顏料的產量和消費量。
雖然我國氧化鐵顏料發展較快，但在技術含量和附加值提高方面投入很少，總的來說，技術上沒有大幅度的提高。目前我國生產的大都是未經處理的通用型氧化鐵顏料，行業中80％以上的產品是單色的初級品，這種產品價格低廉，附加值低，屬于低檔產品，其原因之一是深加工技術落后。所以當務之急，國內廠商必須加快發展步伐，加大研發力度，開發出技術含量和附加值高的新產品，占領市場，取得高效益。
應用氧化鐵顏料的行業很多，不同行業對顏料有不同的特殊要求，未經加工的顏料，不能滿足各行業的特殊要求，也就只能是初級產品。所以必須按用途進行深加工，生產各種專用型品種。
表1 國內氧化鐵產量及消費量 (1×103 t)
 年份
產量 |
1997 |
1998 |
1999 |
2000 |
2001 |
| 256.0 |
278.0 |
350.0 |
396.0 |
365.0 |
| 鐵紅 |
161.0 |
155.0 |
170.0 |
182.0 |
180.0 |
| 鐵黃 |
48.5 |
60.0 |
105.0 |
122.0 |
100.0 |
| 鐵黑 |
10.5 |
15.0 |
25.0 |
31.0 |
30.0 |
| 磁鐵 |
30.0 |
38.0 |
40.0 |
50.0 |
45.0 |
| 其它 |
6.0 |
10.0 |
10.0 |
11.0 |
10.0 |
| |
| 消費量 |
108.5 |
123.0 |
165.0 |
182.0 |
172.5 |
| 涂料 |
41.0 |
45.0 |
61.0 |
62.0 |
60.0 |
| 建筑 |
26.0 |
28.0 |
44.0 |
49.0 |
50.0 |
| 磁性材料 |
30.0 |
38.0 |
40.0 |
50.0 |
45.0 |
| 橡膠和塑料 |
6.0 |
6.0 |
9.0 |
11.0 |
10.0 |
| 造紙 |
3.0 |
3.2 |
5.0 |
4.5 |
4.0 |
| 其它 |
2.5 |
2.8 |
6.0 |
5.5 |
3.5 |
| |
| 剩余量 |
147.5 |
155.0 |
185.0 |
214.0 |
192.5 |
來源：中國氧化鐵協會 2002/3
1.2 國內氧化鐵顏料的生產工藝
我國氧化鐵黃、鐵紅、鐵黑的生產主要采用濕法合成。濕法合成氧化鐵黃、鐵紅是以廢鐵皮為原料，通過硫酸亞鐵為反應介質，鐵和氧結合形成不同鐵含量和晶體結構的氧化鐵顏料，與一般化學反應離子結晶沉淀不同的是，作為顏料的氧化鐵系晶型在結構上有一定的要求。它首先要求制成一定數量的晶種，然后再氧化結晶沉淀得到產物，這樣得到的晶體才具有顏料的性能。合成氧化鐵黑是以硫酸亞鐵和燒堿為原料，在一定條件下加成脫水而得。
1.2.1 合成鐵黃(Fe2O3?H2O)
國內目前生產合成鐵黃主要有濕法空氣氧化法、催化法、苯胺法三種。我國氧化鐵黃大部分是采用濕法空氣氧化法，生產工藝過程分為晶種制備和二步氧化，反應持續到鐵黃顏色與標準顏色相似為止，料漿經過濾、洗滌、干燥、即得到產品。
晶種制備：將氫氧化鈉加入到過量的硫酸亞鐵溶液中，控制pH 值4～5，鼓入一定量的空氣，在20～30℃氧化制得晶種。
二步氧化: 以硫酸亞鐵為反應介質，加入足夠鐵皮，控制pH 在3～4，溫度在80～85℃下鼓入空氣氧化，使FeOOH 在晶核上長大至所需。
1.2.2 合成鐵紅( Fe2O3 )
目前國內生產合成鐵紅的方法有：沉淀法、綠礬煅燒法、鐵黃煅燒法、鐵黑煅燒法和包核法。我國鐵紅大部分是采用沉淀法生產，以亞鐵鹽和鐵皮為原料，經成核、沉淀、水洗、干燥得產品。而又根據晶種制備和采用亞鐵鹽不同，可分為硫酸法、硝酸法、混酸法。三種方法的工藝相似，以下以硫酸鹽法為例。
晶種制備：將氫氧化鈉或氨水加入到硫酸亞鐵溶液中，控制pH 值9～12，鼓入一定量的空氣，在20～30℃氧化制得晶種。
二步氧化: 實質是晶種長大的過程，以硫酸亞鐵為反應介質，反應循環進行，生產新的三氧化二鐵沉積在晶核上，使晶體長大至所需。
1.2.3 合成鐵黑( Fe3O4 )
從工藝上可分為濕法和干法，但干法鐵黑應用較少。濕法鐵黑又分為：直接合成法、氫氧化亞鐵氧化法。直接合成是將三氧化二鐵和氫氧化亞鐵在一定溫度和pH值的條件下，直接進行加成反應，再經脫水、干燥得產品。此法產量高，故被廣泛采用。
2 我國氧化鐵顏料發展中的幾個問題
2.1 品種少、質量低、缺乏特色
總的來說，我國氧化鐵顏料產品數量不算少，但牌號不多，品種更少，質量不高，具有高附加值的高檔產品少之又少。因此產品售價不高，利潤甚低。我們的產品在色光上可與國外產品相比，產品的基本性能還可以，但由于缺乏深加工，使得產品的應用性能受到限制。如在國內可以用于涂料、塑料等行業的產品在國外只能用于建筑行業。 若國內氧化鐵顏料產品仍處于中、低檔水平沒有新的特色，隨時有可能被市場淘汰。
2.2 廢、副資源的綜合利用
我國目前濕法工藝生產氧化鐵顏料的主要原料幾乎都是采用鐵皮， 隨著氧化鐵顏料產量的提高，鐵皮資源必將匱乏，將導致生產成本上升，企業利潤下降。所以國內廠商必須開發利用新的合成原料來滿足生產需要。
2.2.1 鈦白副產綠礬
在硫酸法生產鈦白過程中，大約每生產1t鈦白粉同時產生3～4t副產綠礬(FeSO4?7H2O)，如果能充分利用這一部分資源作為氧化鐵顏料的原料，則可降低生產成本。不但可以取得良好的經濟效益，同時又是很有價值的資源綜合利用，起到了治理三廢、保護環境的作用。由于硫酸法鈦白副產在我國量大面廣，在氧化鐵顏料產品的生產中有良好的前景。
2.2.2 化工廠鐵泥
很多有機化工廠、制藥廠用鐵粉還原有機化合物，氧化后的鐵粉俗稱鐵泥，只能作廢物處理。鐵泥基本成分是四氧化三鐵，與鐵黑的化學成分相同，只是其物理性能尚不能滿足顏料的要求，若能進行進一步的深加工，則可作鐵黑應用。德國拜耳公司就是一成功實例。其原理是用鐵粉還原硝基苯，硝基苯被還原成苯胺，而鐵粉被氧化成氧化鐵顏料，采用不同的操作條件，得到一系列各種牌號的鐵系顏料。
2.2.3 煉鋼廠紅塵
平爐氧化頂吹煉鋼過程中，形成一部分氧化鐵粉塵，經除塵收集到的紅塵，其化學成分基本上是三氧化二鐵，但其指標與鐵紅還有一定的差距。煉鋼廠紅塵數量很大，若能進一步加工成鐵系顏料，既解決了鋼廠的污染問題，又可大幅度降低氧化鐵顏料生產成本。
2.2.4 硫酸廠礦渣
硫酸廠在用硫鐵礦制硫酸的過程中，產生大量的礦渣，其化學成分基本為三氧化二鐵，外觀紅色，但粒子較粗，雜質含量高?？梢赃M一步研磨、焙燒、分級、水洗、烘干加工制得顏料級產品。山東淄博鈷廠利用這種工藝已形成萬噸級鐵紅產量，是我國氧化鐵行業利用廢、副資源成功的典例。
2.2.5 酸洗鋼板廢液
鋼廠酸洗廢渣中含有20％左右的硫酸亞鐵和少量的稀硫酸，這部分資源在國內未能很好利用。而日本制造氧化鐵的大部分原料是利用酸洗鋼板廢液。其工藝路線大致是先加氨以制取氧化鐵，同時得到硫酸銨溶液；然后再用石灰處理硫酸銨溶液，以回收氨。所以過程中循環使用氨，主要消耗的是酸洗鋼廠的廢液和價格十分低廉的石灰。
2.3 亟待開發新工藝、新品種
目前我國鐵系顏料生產工藝單一，品牌過少，深加工技術和產品不能滿足市場需求。
2.3.1 超細氧化鐵
將合成氧化鐵用超細粉碎設備粉碎至微米級乃至納米級，稱之為超細氧化鐵。氧化鐵顏料超細后可提高其著色力，且易分散，涂膜光澤高，并能在應用體系中防止沉底、浮色、發花。因此，超細氧化鐵具有很好的應用前景。但由于超細氧化鐵顏料粒子極細，表面帶有很多的正電荷，容易聚結成團，導致應用性能下降。 所以必須對超細后的氧化鐵顏料進行表面改性以提高其在基料中的分散性和相容性，這對于提高產品的質量和使用性能，增加其附加值有重要的理論和應用價值。鄭水林等對超細氧化鐵紅顏料的表面改性進行了研究，分析了表面改性劑和助劑與氧化鐵作用機理，提出了超細氧化鐵紅顏料的一種最佳改性配方。
2.3.2 透明氧化鐵
透明氧化鐵其粒徑小于100nm，光可以穿透其粒子而不產生折射。透明氧化鐵可以有黃、紅、黑幾個品種，由于使用透明氧化鐵的行業越來越多，如涂料、油墨、塑料、建材等，使得透明氧化鐵消費量越來越大。
2.3.3 與有機顏料復配
鐵紅、鐵黃屬于暖色顏色，給人一種自然柔和悅目的感受，有很高的裝飾性。但是其色純度不高，即顏色不夠鮮艷。為了使得顏色更加鮮艷，可以混配有機顏料。有機顏料色譜齊全，著色力高，鮮艷度強；而鐵系顏料穩定耐久，價格低廉，從而可以復配出各種顏色的價廉物美的新品種。
2.2.4 耐熱性氧化鐵
一般的氧化鐵黃、鐵黑因為含有結晶水，在177℃下開始脫水或氧化變色。因此，不能用于需要較高溫度下加工的塑料和烘烤型涂料中。經包核處理后，可提高其耐熱性，可以用于聚丙烯、汽車維修漆、各種色漿和高光澤乳膠漆等。
3. 結束語
近年來，雖然我國合成氧化鐵行業有了很大的發展，但與發達國家相比還有很大的差距。我國氧化鐵行業面臨的問題是生產廠太多，企業規模小，抗風險能力較低；產品質量長期處于中低檔水平，品種較單調，原料較單一。出口的產品大部分直接用于性能要求不高的建材業。因此，提高產品質量，增加產品品種，擴大原料來源，按用途進行產品的深加工，是我國氧化鐵行業發展的當務之急。只有將產品質量提高后，我國才能稱為氧化鐵顏料生產強國。
作者：鄒勇
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