Production of iron oxide pigment from the metallic component  of ilmenite smelting

Б.К.  Кенжалиев; A.A.  Ультаракова; Н.Г.  Лохова; К.К.  Касымжанов; А.О.  Мукангалиева

doi:10.51301/ejsu.2025.i1.02

Авторы

Б.К. Кенжалиев Институт металлургии и обогащения, Казахстан
A.A. Ультаракова Институт металлургии и обогащения, Казахстан
Н.Г. Лохова Институт металлургии и обогащения, Казахстан
К.К. Касымжанов Институт металлургии и обогащения, Казахстан
А.О. Мукангалиева Институт металлургии и обогащения, Казахстан

DOI:

https://doi.org/10.51301/ejsu.2025.i1.02

Ключевые слова:

сплав железа, серная кислота, железный купорос, осаждение, гетит, пигмент

Аннотация

Плавка некондиционных ильменитовых концентратов Обуховского месторождения приводит к образованию значительных количеств восстановленного железа, что открывает возможность его использования в производстве железооксидных пигментов. Трансформация промышленных отходов в материалы с добавленной стоимостью соответствует современным тенденциям в области устойчивого материаловедения. В данном исследовании изучается осаждение двухвалентного железа из растворов серной и соляной кислот с использованием аммиака для образования гетита, при этом особое внимание уделяется влиянию примесей магния на процесс осаждения. Было обнаружено, что присутствие магния ингибирует образование гетита, что приводит к значительному снижению выхода и качества пигмента. Железосодержащий раствор готовили путем растворения тонкоизмельченного восстановленного железа в серной кислоте с последующим осаждением оксидов железа с использованием 25%-ного раствора аммиака. Синтезированный железооксидный пигмент дополнительно очищали путем обработки перекисью водорода, что обеспечивало более однородный состав пигмента и улучшенную стабильность цвета. Этот подход предлагает жизнеспособный метод переработки промышленных побочных продуктов, одновременно решая экологические проблемы, связанные с утилизацией отходов. Результаты способствуют развитию ресурсоэффективных методов синтеза пигментов, демонстрируя потенциал использования металлургических отходов в качестве прекурсора для высококачественных пигментов оксида железа, подходящих для различных промышленных применений.

Библиографические ссылки

Lu, Y., Dong, W., Wang, W., Ding, J., Wang, Q., Hui, A. & Wang, A. (2018). Optimal Synthesis of Environment-Friendly Iron Red Pigment from Natural Nanostructured Clay Minerals. Nanomaterials, (8), 925. https://doi.org/10.3390/nano8110925

Belenky, E.F., Riskin, I.V. (1974). Chemistry and Technology of Pigments. 4th ed., revised and supplemented. Leningrad: Khimiya

Khodakov, G.S. (1972). Fine Grinding of Building Materials. Moscow: Stroyizdat

Brindley, G.W., Brown, G. (Eds.). (1980). Crystal Structures of Clay Minerals and Their X-ray Identification. Mineralogical So-ciety, London. https://doi.org/10.1180/mono-5

Sverguzova, S.V., Tarasova, G.I. (2008). Pigment-Filler from Wet Separation Waste of Ferruginous Quartzites. Construction Materials, (6), 72–74.

Chetfield, H.V. (Eds.). (1999). Paint Coatings. Moscow: Khimiya

Akhnazarova, S.L., Kafarov, V.V. (1985). Optimization Meth-ods for Experiments in Chemical Technology (2nd edition). Moscow: Khimiya

Fedoseeva, E.N., Zorin, A.D., Zanozina, V.F., Samsonova, L.E., Markova, M.L. & Goryacheva, N.M. (2013). Iron Oxide Pigment from Metallurgical Waste for Silicate Brick Production. Construction Materials. Scientific-Technical and Industrial Journal, (14), 21–24

Sverguzova, S.V., Tarasova, G.I. (2005). Prodution of Pigment Fillers from Ferruginous Quartzite Beneficiation Tailings. Con-struction Materials, (7), 13–15

Splinter, K., Moszyński, D. & Lendzion-Bieluń, Z. (2023). Microwave-Reactor-Based Preparation of Red Iron Oxide Pig-ment from Waste Iron Sulfate. Materials, (16), 3242. https://doi.org/10.3390/ma16083242

Kanykina, O.N., Chetverikova, A.G. & Mezhuyeva, L.V. (2021). Method for Producing Goethite. Patent RF No. 2748801

Larin, V.K., Bikbaev, L.Sh. & Bibik, E.G. (2018). Method for Producing Iron Oxide Pigments. Patent RF No. 2656047

Anoja, Kawsihan, D., Dissanayake, Nadeesha, Rathuwadu, H., Perera, K.E.D.Y.T., Dayananda, K.R., Koswattage, R., Mahade-va, Arnab, Ganguly, G., Das, Mantilaka, Mudiyanselage, M.G.P.G., Mantilaka. (2023). Synthesis of an Eco-Inspired An-ticorrosive Composite for Mild Steel Applications. RSC Advanc-es, (13), 28852-28860. https://doi.org/10.1039/d3ra02857g

Zhao, L., Wang, L., Qi, T., China, D., Zhao, H. & Liu, Y. (2014). A Novel Method to Extract Iron, Titanium, Vanadium, and Chromium from High-Chromium Vanadium-Bearing Titan-omagnetite Concentrates. Hydrometallurgy, (149), 106–109. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2014.07.014

Li, X., Wang, C., Zeng, Y., Li, P., Xie, T. & Zhang, Y. (2016). Bacteria-assisted preparation of nano α-Fe2O3 red pigment powders from waste ferrous sulfate. Journal of Hazardous Ma-terials, (317), 563-569. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2016.06.021

Daenzer, R., Feldmann, T. & Demopoulos, G. (2015). Oxida-tion of Ferrous Sulfate Hydrolyzed Slurry-Kinetic Aspects and Impact on As(V) Removal. Industrial & Engineering Chemistry Research, (54), 1738-1747. https://doi.org/10.1021/IE503976K

Chen, M., Lu, G., Guo, C., Yang, C., Wu, J., Huang, W., Yee, N. & Dang, Z. (2015). Sulfate migration in a river affected by acid mine drainage from the Dabaoshan mining area, South Chi-na. Chemosphere, (119), 734-743. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2014.07.094

Deng, L., Ma, G., & Chen, Q. (2023). Preparation of Iron Phosphate Battery Materials from Industrial Ferrous Sulfate Waste by Liquid Phase Method. Integrated Ferroelectrics, (234), 67-78. https://doi.org/10.1080/10584587.2023.2191550

Li, C., Zhigan, D., Wei, C., Fan, G., Xingbin, L., Minting, L. & Wang, Y. (2018). Production of low-sulfur hematite by hydro-thermal oxydrolysis of ferrous sulfate. Hydrometallurgy, (178), 294-300. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2018.05.012

Gázquez, M., Contreras, M., Pérez-Moreno, S., Guerrero, J., Casas-Ruiz, M. & Bolívar, J. (2021). A Review of the Commer-cial Uses of Sulphate Minerals from the Titanium Dioxide Pig-ment Industry: The Case of Huelva (Spain). Minerals, (11), 575. https://doi.org/10.3390/MIN11060575

Lavrynenko, O. & Shchukin, Y. (2015). Development of the Hydroxysulfate Green Rust on the Steel Surface Contacting with Water Ferric and Ferrous Salt Solutions. Mineralogical Journal, 37(2), 23-36. https://doi.org/10.15407/mineraljournal.37.02.023

Ke, P., Liu, Z. & Li, L. (2018). Synthesis, characterization, and property test of crystalline polyferric sulfate adsorbent used in treatment of contaminated water with a high As(III) content. In-ternational Journal of Minerals, Metallurgy, and Materials, (25), 1217-1225. https://doi.org/10.1007/s12613-018-1674-8

Thibault, Y., McEvoy, J. G. & Beauchemin, S. (2020). Iron and sulphur management options during Ni recovery from (bio)leaching of pyrrhotite tailings, Part 1: Mechanisms of low-temperature transformation from goethite and jarosite to magnet-ic spinel. Minerals Engineering, (150), 106265. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2020.106265

Zhang, C., Wang, A., Jiang, H. & Deng, Y. (2019). Magnetic Seed-Assisted Iron Recovery from the Reductive Leaching So-lution in Hydrometallurgical Process. Transactions of the Indian Institute of Metals, 1-7. https://doi.org/10.1007/s12666-019-01728-7

Ouyang, B., Lu, X., Liu, H., Li, J., Zhu, T., Zhu, X., Lou, J. & Wang, R. (2014). Reduction of jarosite by Shewanella onei-densis MR-1 and secondary mineralization. Geochimica et Cosmochimica Acta, (124), 54-71. https://doi.org/10.1016/J.GCA.2013.09.020

Liu, J., Hu, G., Du, K., Peng, Z., Wang, W. & Cao, Y. (2014). The new technique on separation of Cr and Fe as well as Ni-Co-Mn impurity in leaching sulfate solution of ferrochrome alloy. Russian Journal of Non-Ferrous Metals, (55), 533-537. https://doi.org/10.3103/S1067821214060157

Maia, L. C., dos Santos, G. R., Gurgel, L. V. A. & Carvalho, C. F. (2020). Iron recovery from the coarse fraction of basic oxy-gen furnace sludge. Environmental Science and Pollution Re-search, 1-13. https://doi.org/10.1007/s11356-020-09910-x

Tikhonov, R. D., Polomoshnov, S., & Kostuk, D.V. (2020). Spectrophotometric Monitoring of Chloride Electrolyte for the Electrochemical Deposition of Permalloy. Russian Microelec-tronics, (49), 467-471. https://doi.org/10.1134/S1063739720070136

De, E.R. (2017). United States Patent Office 1. Retrieved from: https://consensus.app/papers/united-states-patent-office-1-de/69d038e1bc5650a5b7ceee1e46db3bd5/

Sklute, E., Jensen, B., Rogers, A. D. & Reeder, R. (2014). Visible and Infrared Spectral Characteristics and Morphology of Amorphous Iron Sulfates. Conference Paper. Retrieved from: https://consensus.app/papers/visible-and-infrared-spectral-characteristics-and-skluteh/e421afe08b36528990db412ff36c5f34

Johnston, S., Morgan, B. & Burton, E. (2016). Legacy impacts of acid sulfate soil runoff on mangrove sediments. Chemical Geology, (427), 43-53. https://doi.org/10.1016/J.CHEMGEO.2016.02.013

Shi, Z., Wang, M., Zhang, G.K. & Zhang, L. (2014). Leaching and Kinetic Modeling of Pyrite Cinder in Sulphuric Acid. Asian Journal of Chemistry, 25(1), 105-109. https://doi.org/10.14233/ajchem.2013.12810

Jiang, S. & Wang, Z. (2014). Method for precipitating iron from goethite containing ferro-nickel mixed solution.

Splinter, K., Moszyński, D. & Lendzion-Bieluń, Z. (2023). Microwave-Reactor-Based Preparation of Red Iron Oxide Pig-ment from Waste Iron Sulfate. Materials, 16(8), 3242. https://doi.org/10.3390/ma16083242