氧化铁颜料主要指以铁的氧化物为基本物质的氧化铁红、铁黄、铁黑和铁棕四类着色颜料，其中以氧化铁红为主（大约占到氧化铁颜料的50％），用作防锈颜料的云母氧化铁以及用作磁性纪录材料的磁性氧化铁也属于氧化铁颜料的范畴。氧化铁是仅次于钛白的第二大无机颜料，也是第一大彩色无机颜料。在全部消费的氧化铁颜料中，70％以上是用化学合成方法制备的，称之为合成氧化铁。合成氧化铁由于其合成纯度高、粒径均匀整齐，且色谱广、颜色多、价廉、无毒，有优良的着色和应用性能，具有吸收紫外线等性能，因而广泛用于建材、涂料、塑料、电子、烟草、医药、橡胶、陶瓷、油墨、磁性材料、造纸等领域。
近年来，世界氧化铁的消费量一直以2%～15％的速度在增长，1994年合成产品的产量达50万t ，2000年为100万t 。氧化铁颜料的主要消费市场是美国、欧盟和日本。欧盟年消费量在30万t以上，美国和日本消费量在20万t以上。在全球范围氧化铁消费量最大的领域是建材(53%)和涂料(33%)。但由于经济水平和消费习惯差异，各国的消费结构有很大不同。例如，在欧盟，建材业消耗量占60％，其此为涂料；在美国，建材业消费量为34％，涂料为23％；而日本最大的消费领域是铁氧体，大约80％的氧化铁用于生产铁氧体。我国涂料消费量最大，占到34%～37％，建材业为24%～28％。
我国是氧化铁颜料生产大国，近年来的产量约占全球的1/3，出口量已超过年总产量的50％，使我国成为仅次于德国的世界第二大氧化铁颜料出口国，对国际市场影响很大。因此，全面了解国内氧化铁颜料的生产与开发现状和发展趋势是十分必要的。
1 氧化铁颜料的现状
1.1 行业发展现状
在50年代我国已有湿法合成铁黄，而铁红则由铁黄或绿矾煅烧而得，生产规模较小。60年代湿法铁红的研制，奠定了铁红发展的基础。70年代，硫酸盐法、硝酸盐法和混酸盐法三种湿法铁红生产工艺的完善与成熟，是湿法铁红生产技术的一大进步。到90年代，氧化铁行业更是有了长足的发展，产量不断提高，万吨级大厂开始出现。目前，我国共有八十多家氧化铁生产企业，总的生产能力在35～38万t。具备一定规模、综合实力较强的企业有20余家，其中年产量在2万t以上的有四家，另外有6家生产能力在1万t以上。具备超细混拼、颜料表面改性处理深加工的年生产能力在2万t以上的合资企业有上海拜耳颜料有限公司，深圳海科斯颜料化工有限公司。表1为我国近年来氧化铁颜料的产量和消费量。
虽然我国氧化铁颜料发展较快，但在技术含量和附加值提高方面投入很少，总的来说，技术上没有大幅度的提高。目前我国生产的大都是未经处理的通用型氧化铁颜料，行业中80％以上的产品是单色的初级品，这种产品价格低廉，附加值低，属于低档产品，其原因之一是深加工技术落后。所以当务之急，国内厂商必须加快发展步伐，加大研发力度，开发出技术含量和附加值高的新产品，占领市场，取得高效益。
应用氧化铁颜料的行业很多，不同行业对颜料有不同的特殊要求，未经加工的颜料，不能满足各行业的特殊要求，也就只能是初级产品。所以必须按用途进行深加工，生产各种专用型品种。
表1 国内氧化铁产量及消费量 (1×103 t)
 年份
产量 |
1997 |
1998 |
1999 |
2000 |
2001 |
| 256.0 |
278.0 |
350.0 |
396.0 |
365.0 |
| 铁红 |
161.0 |
155.0 |
170.0 |
182.0 |
180.0 |
| 铁黄 |
48.5 |
60.0 |
105.0 |
122.0 |
100.0 |
| 铁黑 |
10.5 |
15.0 |
25.0 |
31.0 |
30.0 |
| 磁铁 |
30.0 |
38.0 |
40.0 |
50.0 |
45.0 |
| 其它 |
6.0 |
10.0 |
10.0 |
11.0 |
10.0 |
| |
| 消费量 |
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 |
| 橡胶和塑料 |
6.0 |
6.0 |
9.0 |
11.0 |
10.0 |
| 造纸 |
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 |
来源：中国氧化铁协会 2002/3
1.2 国内氧化铁颜料的生产工艺
我国氧化铁黄、铁红、铁黑的生产主要采用湿法合成。湿法合成氧化铁黄、铁红是以废铁皮为原料，通过硫酸亚铁为反应介质，铁和氧结合形成不同铁含量和晶体结构的氧化铁颜料，与一般化学反应离子结晶沉淀不同的是，作为颜料的氧化铁系晶型在结构上有一定的要求。它首先要求制成一定数量的晶种，然后再氧化结晶沉淀得到产物，这样得到的晶体才具有颜料的性能。合成氧化铁黑是以硫酸亚铁和烧碱为原料，在一定条件下加成脱水而得。
1.2.1 合成铁黄(Fe2O3·H2O)
国内目前生产合成铁黄主要有湿法空气氧化法、催化法、苯胺法三种。我国氧化铁黄大部分是采用湿法空气氧化法，生产工艺过程分为晶种制备和二步氧化，反应持续到铁黄颜色与标准颜色相似为止，料浆经过滤、洗涤、干燥、即得到产品。
晶种制备：将氢氧化钠加入到过量的硫酸亚铁溶液中，控制pH 值4～5，鼓入一定量的空气，在20～30℃氧化制得晶种。
二步氧化: 以硫酸亚铁为反应介质，加入足够铁皮，控制pH 在3～4，温度在80～85℃下鼓入空气氧化，使FeOOH 在晶核上长大至所需。
1.2.2 合成铁红( Fe2O3 )
目前国内生产合成铁红的方法有：沉淀法、绿矾煅烧法、铁黄煅烧法、铁黑煅烧法和包核法。我国铁红大部分是采用沉淀法生产，以亚铁盐和铁皮为原料，经成核、沉淀、水洗、干燥得产品。而又根据晶种制备和采用亚铁盐不同，可分为硫酸法、硝酸法、混酸法。三种方法的工艺相似，以下以硫酸盐法为例。
晶种制备：将氢氧化钠或氨水加入到硫酸亚铁溶液中，控制pH 值9～12，鼓入一定量的空气，在20～30℃氧化制得晶种。
二步氧化: 实质是晶种长大的过程，以硫酸亚铁为反应介质，反应循环进行，生产新的三氧化二铁沉积在晶核上，使晶体长大至所需。
1.2.3 合成铁黑( Fe3O4 )
从工艺上可分为湿法和干法，但干法铁黑应用较少。湿法铁黑又分为：直接合成法、氢氧化亚铁氧化法。直接合成是将三氧化二铁和氢氧化亚铁在一定温度和pH值的条件下，直接进行加成反应，再经脱水、干燥得产品。此法产量高，故被广泛采用。
2 我国氧化铁颜料发展中的几个问题
2.1 品种少、质量低、缺乏特色
总的来说，我国氧化铁颜料产品数量不算少，但牌号不多，品种更少，质量不高，具有高附加值的高档产品少之又少。因此产品售价不高，利润甚低。我们的产品在色光上可与国外产品相比，产品的基本性能还可以，但由于缺乏深加工，使得产品的应用性能受到限制。如在国内可以用于涂料、塑料等行业的产品在国外只能用于建筑行业。 若国内氧化铁颜料产品仍处于中、低档水平没有新的特色，随时有可能被市场淘汰。
2.2 废、副资源的综合利用
我国目前湿法工艺生产氧化铁颜料的主要原料几乎都是采用铁皮， 随着氧化铁颜料产量的提高，铁皮资源必将匮乏，将导致生产成本上升，企业利润下降。所以国内厂商必须开发利用新的合成原料来满足生产需要。
2.2.1 钛白副产绿矾
在硫酸法生产钛白过程中，大约每生产1t钛白粉同时产生3～4t副产绿矾(FeSO4·7H2O)，如果能充分利用这一部分资源作为氧化铁颜料的原料，则可降低生产成本。不但可以取得良好的经济效益，同时又是很有价值的资源综合利用，起到了治理三废、保护环境的作用。由于硫酸法钛白副产在我国量大面广，在氧化铁颜料产品的生产中有良好的前景。
2.2.2 化工厂铁泥
很多有机化工厂、制药厂用铁粉还原有机化合物，氧化后的铁粉俗称铁泥，只能作废物处理。铁泥基本成分是四氧化三铁，与铁黑的化学成分相同，只是其物理性能尚不能满足颜料的要求，若能进行进一步的深加工，则可作铁黑应用。德国拜耳公司就是一成功实例。其原理是用铁粉还原硝基苯，硝基苯被还原成苯胺，而铁粉被氧化成氧化铁颜料，采用不同的操作条件，得到一系列各种牌号的铁系颜料。
2.2.3 炼钢厂红尘
平炉氧化顶吹炼钢过程中，形成一部分氧化铁粉尘，经除尘收集到的红尘，其化学成分基本上是三氧化二铁，但其指标与铁红还有一定的差距。炼钢厂红尘数量很大，若能进一步加工成铁系颜料，既解决了钢厂的污染问题，又可大幅度降低氧化铁颜料生产成本。
2.2.4 硫酸厂矿渣
硫酸厂在用硫铁矿制硫酸的过程中，产生大量的矿渣，其化学成分基本为三氧化二铁，外观红色，但粒子较粗，杂质含量高。可以进一步研磨、焙烧、分级、水洗、烘干加工制得颜料级产品。山东淄博钴厂利用这种工艺已形成万吨级铁红产量，是我国氧化铁行业利用废、副资源成功的典例。
2.2.5 酸洗钢板废液
钢厂酸洗废渣中含有20％左右的硫酸亚铁和少量的稀硫酸，这部分资源在国内未能很好利用。而日本制造氧化铁的大部分原料是利用酸洗钢板废液。其工艺路线大致是先加氨以制取氧化铁，同时得到硫酸铵溶液；然后再用石灰处理硫酸铵溶液，以回收氨。所以过程中循环使用氨，主要消耗的是酸洗钢厂的废液和价格十分低廉的石灰。
2.3 亟待开发新工艺、新品种
目前我国铁系颜料生产工艺单一，品牌过少，深加工技术和产品不能满足市场需求。
2.3.1 超细氧化铁
将合成氧化铁用超细粉碎设备粉碎至微米级乃至纳米级，称之为超细氧化铁。氧化铁颜料超细后可提高其着色力，且易分散，涂膜光泽高，并能在应用体系中防止沉底、浮色、发花。因此，超细氧化铁具有很好的应用前景。但由于超细氧化铁颜料粒子极细，表面带有很多的正电荷，容易聚结成团，导致应用性能下降。 所以必须对超细后的氧化铁颜料进行表面改性以提高其在基料中的分散性和相容性，这对于提高产品的质量和使用性能，增加其附加值有重要的理论和应用价值。郑水林等对超细氧化铁红颜料的表面改性进行了研究，分析了表面改性剂和助剂与氧化铁作用机理，提出了超细氧化铁红颜料的一种最佳改性配方。
2.3.2 透明氧化铁
透明氧化铁其粒径小于100nm，光可以穿透其粒子而不产生折射。透明氧化铁可以有黄、红、黑几个品种，由于使用透明氧化铁的行业越来越多，如涂料、油墨、塑料、建材等，使得透明氧化铁消费量越来越大。
2.3.3 与有机颜料复配
铁红、铁黄属于暖色颜色，给人一种自然柔和悦目的感受，有很高的装饰性。但是其色纯度不高，即颜色不够鲜艳。为了使得颜色更加鲜艳，可以混配有机颜料。有机颜料色谱齐全，着色力高，鲜艳度强；而铁系颜料稳定耐久，价格低廉，从而可以复配出各种颜色的价廉物美的新品种。
2.2.4 耐热性氧化铁
一般的氧化铁黄、铁黑因为含有结晶水，在177℃下开始脱水或氧化变色。因此，不能用于需要较高温度下加工的塑料和烘烤型涂料中。经包核处理后，可提高其耐热性，可以用于聚丙烯、汽车维修漆、各种色浆和高光泽乳胶漆等。
3. 结束语
近年来，虽然我国合成氧化铁行业有了很大的发展，但与发达国家相比还有很大的差距。我国氧化铁行业面临的问题是生产厂太多，企业规模小，抗风险能力较低；产品质量长期处于中低档水平，品种较单调，原料较单一。出口的产品大部分直接用于性能要求不高的建材业。因此，提高产品质量，增加产品品种，扩大原料来源，按用途进行产品的深加工，是我国氧化铁行业发展的当务之急。只有将产品质量提高后，我国才能称为氧化铁颜料生产强国。
作者：邹勇
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