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

doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.1214

Abstract

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

CLC Number:

TQ624

DUAN Ning, ZHANG Fan, LU Chenglong, ZHANG Yinfeng, LI Lichi. Preparation of Iron Oxide Red from Hydrochloric Acid-Based Titanium White Wastewater and Its Application in Black Ceramic Pigments[J]. BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY, 2026, 45(6): 2129-2140.

Figures/Tables 19

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

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

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	—

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

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

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

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

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

Fig.7 SEM images of yellow iron oxide

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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