盐酸法钛白废液制备氧化铁红及其在黑色陶瓷色料中的应用

doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.1214

硅酸盐通报 ›› 2026, Vol. 45 ›› Issue (6): 2129-2140.DOI: 10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.1214

盐酸法钛白废液制备氧化铁红及其在黑色陶瓷色料中的应用

段宁¹^,²(), 张帆¹^,², 陆成龙³^,⁴(), 张银凤⁴, 李力持¹^,²

^1.武汉科技大学资源与环境工程学院，武汉 430081
^2.武汉科技大学冶金矿产资源高效利用与造块湖北省重点实验室，武汉 430081
^3.湖北理工学院矿区污染与修复湖北省重点实验室，黄石 435003
^4.武汉科技大学先进耐火材料全国重点实验室，武汉 430081

收稿日期:2025-12-03 修订日期:2026-01-08 出版日期:2026-06-15 发布日期:2026-07-14
通信作者: 陆成龙，副教授。E-mail：cjwust@126.com
作者简介:段宁（1976—），女，博士，副教授。主要从事环保新材料方面的研究。E-mail：dn828@163.com
基金资助:
省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室开放基金(G202407);湖北省教育厅科研计划青年人才项目(Q20234507);湖北省技术创新计划重点研发专项(2023BCB142);湖北理工学院校级一般项目(23xjz01Y)

Preparation of Iron Oxide Red from Hydrochloric Acid-Based Titanium White Wastewater and Its Application in Black Ceramic Pigments

DUAN Ning¹^,²(), ZHANG Fan¹^,², LU Chenglong³^,⁴(), ZHANG Yinfeng⁴, LI Lichi¹^,²

^1.School of Resource and Environmental Engineering，Wuhan University of Science and Technology，Wuhan 430081，China
^2.Hubei Key Laboratory for Efficient Utilization and Agglomeration of Metallurgic Mineral Resources，Wuhan University of Science and Technology，Wuhan 430081，China
^3.Hubei Key Laboratory of Mine Environmental Pollution Control and Remediation，Hubei Polytechnic University，Huangshi 435003，China
^4.State Key Laboratory of Advanced Refractories，Wuhan University of Science and Technology，Wuhan 430081，China

Received:2025-12-03 Revised:2026-01-08 Published:2026-06-15 Online:2026-07-14

摘要/Abstract

摘要：

盐酸法钛白废液富含氯化亚铁，可对其进行回收利用，从而实现盐酸法钛白废液的资源化处理。本研究通过除杂-氧化-煅烧工艺路线，以盐酸法钛白废液为原料制备氧化铁红，进而合成Fe-Cr系黑色陶瓷色料并应用于黑色陶瓷。考察了反应物摩尔比、Fe²⁺初始浓度、曝气速率及氧化温度对氧化铁黄制备的影响，并探究了煅烧温度对氧化铁红、Fe-Cr系黑色陶瓷色料的形成及黑色陶瓷发色的影响。结果表明：盐酸法钛白废液提纯后得到氯化亚铁净化液，在反应物摩尔比为2.4∶1、Fe²⁺初始浓度为0.5 mol/L、曝气速率为1.5 L/min、氧化温度为40 ℃的条件下制得氧化铁黄，经750 ℃煅烧可得到纯度为98.384%、中位粒径为3.575 μm、L^*、a^*、b^*值为38、24.8、21.5的氧化铁红。以此为原料，在1 250 ℃下合成的Fe-Cr系黑色陶瓷色料应用于黑色陶瓷时，发色效果最优，L^*=36.54、a^*=1.05、b^*=0.86，各项指标与标准样品高度吻合。本研究实现了盐酸法钛白废液的高值转化，提高了经济和环境效益。

关键词: 盐酸法钛白废液, 氯化亚铁, 氧化铁红, Fe-Cr系黑色陶瓷色料, 黑色陶瓷, 空气氧化法

Abstract:

Titanium white wastewater from the hydrochloric acid route contains abundant ferrous chloride， which can be recovered for resource utilization. This study adopted a purification-oxidation-calcination process to prepare iron oxide red from the waste acid， which was subsequently used as an iron source to synthesize a Fe-Cr black ceramic pigment applied in black ceramics. The effects of reactant molar ratio， initial Fe2? concentration， aeration rate， and oxidation temperature on the preparation of iron oxide yellow were investigated. Furthermore， the influence of calcination temperature on the formation of iron oxide red， the Fe-Cr black pigment， and the coloring performance of the ceramics was examined. The results show that purified ferrous chloride solution， under optimal conditions （molar ratio 2.4∶1， Fe²⁺ concentration 0.5 mol/L， aeration rate 1.5 L/min， oxidation temperature 40 ℃）， yields iron oxide yellow， which after calcination at 750 ℃ produces iron oxide red with a purity of 98.384%， a median particle size of 3.575 μm， and CIELAB color parameters L^*=38， a^*=24.8， b^*=21.5. Using this as raw material， the Fe-Cr black pigment synthesized at 1 250 ℃ exhibits optimal coloring performance in ceramics， presenting a pure black appearance with L^* =36.54， a^* =1.05， b^* =0.86， matching standard reference values closely. This work demonstrates a high-value conversion route for titanium white wastewater， offering both economic and environmental benefits.

Key words: hydrochloric acid-based titanium white wastewater, ferrous chloride, iron oxide red, Fe-Cr-based black ceramic pigment, black ceramic, air oxidation process

中图分类号:

TQ624

段宁, 张帆, 陆成龙, 张银凤, 李力持. 盐酸法钛白废液制备氧化铁红及其在黑色陶瓷色料中的应用[J]. 硅酸盐通报, 2026, 45(6): 2129-2140.

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图/表 19

图1 盐酸法钛白废液、氯化亚铁结晶物和净化后的氯化亚铁溶液的照片

Fig.1 Photographs of titanium dioxide waste liquid from hydrochloric acid process， ferrous chloride crystals， and purified ferrous chloride solution

表1 氯化亚铁结晶物主要化学组成

Table 1 Main chemical composition of ferrous chloride crystals

Composition	Fe	Ti	Cl	Ca	Mg	Al	Other
Mass fraction/%	78.21	4.81	10.24	0.53	1.02	0.16	5.03

表 2 净化后的氯化亚铁溶液成分分析

Table 2 Composition analysis of purified ferrous chloride solution

Composition	Fe	Ti	Ca	Mg	Al
Content/（mg·mL^-1）	40.56	0.028	0.23	0.71	—

图2 n（NH4HCO3）∶n（FeCl2）对氧化铁黄中铁含量及其L*、a*、b* 值的影响

Fig.2 Effect of n（NH4HCO3）∶n（FeCl2） on iron content and L*， a*， b* values of yellow iron oxide

图3 Fe2+初始浓度对氧化铁黄中铁含量及其L*、a*、b* 值的影响

Fig.3 Effect of initial Fe2? concentration on iron content and L*， a*， b* values of yellow iron oxide

图4 曝气速率对氧化铁黄中铁含量及其L*、a*、b* 值的影响

Fig.4 Effect of aeration rate on iron content and L*， a*， b* values of yellow iron oxide

图5 温度对氧化铁黄中铁含量及其L*、a*、b * 值的影响

Fig.5 Effect of temperature on iron content and L*， a*， b* values of yellow iron oxide

图6 氧化铁黄的XRD谱和粒径分布

Fig.6 XRD pattern and particle size distribution of yellow iron oxide

图7 氧化铁黄的SEM照片

Fig.7 SEM images of yellow iron oxide

图8 经650、750、850 ℃煅烧后氧化铁红的XRD谱

Fig.8 XRD patterns of iron oxide red calcined at 650， 750， and 850 ℃

图9 经650、750、850 ℃煅烧后氧化铁红的SEM照片

Fig.9 SEM images of iron oxide red calcined at 650， 750， and 850 ℃

图10 经650、750、850 ℃煅烧后氧化铁红的L*、a*、b* 值

Fig.10 L*， a*， b* values of iron oxide red calcined at 650， 750， and 850 ℃

图11 最优工艺条件下制备的氧化铁红的纯度

Fig.11 Purity of iron oxide red prepared under optimal process conditions

图12 最优工艺条件下制备的氧化铁红的粒径分布

Fig.12 Particle size distribution of iron oxide red prepared under optimal process conditions

图13 经1 050~1 250 ℃煅烧合成的Fe-Cr系黑色陶瓷色料的XRD谱

Fig.13 XRD patterns of Fe-Cr based black ceramic pigment synthesized at calcination temperatures of 1 050~1 250 ℃

图14 经1 050~1 250 ℃煅烧合成的Fe-Cr系黑色陶瓷色料及标准样品的照片

Fig.14 Photographs of Fe-Cr based black ceramic pigment synthesized at calcination temperatures of 1 050~1 250 ℃ and standard sample

图15 经1 050~1 250 ℃煅烧合成的Fe-Cr系黑色陶瓷色料及标准样品的L*、a*、b * 值

Fig.15 L*， a*， b* value of Fe-Cr based black ceramic pigment at calcination temperatures of 1 050~1 250 ℃ and standard sample

图16 经1 050~1 250 ℃煅烧的黑色陶瓷试样及标准样品的照片

Fig.16 Photographs of black ceramic samples calcined at 1 050~1 250 ℃ and standard sample

图17 经1 050~1 250 ℃煅烧的黑色陶瓷试样及标准样品的L*、a*、b* 值

Fig.17 L*， a*， b* value of black ceramic samples calcined at 1 050~1 250 ℃ and standard sample

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盐酸法钛白废液制备氧化铁红及其在黑色陶瓷色料中的应用

Preparation of Iron Oxide Red from Hydrochloric Acid-Based Titanium White Wastewater and Its Application in Black Ceramic Pigments

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