最小的生态影响。最大的色彩效果。| PCI杂志

四种制造工艺已经在世界范围内获得了生产氧化铁红颜料的工业意义。就产量而言，生产红色氧化铁颜料最重要的两种工艺是劳克斯工艺和彭尼曼工艺，这两种工艺加起来占全球合成红色氧化铁需求的90%以上。然而，两种工艺的色素性质和环境影响有显著差异。

来自劳克斯工艺的颜料提供了广泛的颜色范围，特别是中等强度和蓝红色的色调。初级Laux颗粒的相对坚硬的一致性对颗粒直径较大的牌号有最积极的影响。此外，通过煅烧步骤形成的颜料具有良好的研磨稳定性，特别是在粒径小于0.4 μ m的鲜红色中。

色彩特性不仅由颗粒大小决定，还由颜料的形态决定，由于不同的制造工艺而有所不同。因此，有可能制造具有黄色底色的非常明亮的红色颜料，例如彭尼曼工艺。

使用彭尼曼路线的传统氧化铁红制造工艺被认为特别具有挑战性，因为在废水中会形成气态氮氧化物和水溶性硝酸盐和铵化合物(图1)。

朗盛已经证明，传统的彭尼曼反应过程会产生大量笑气(一氧化二氮，N₂O).一氧化二氮占全球温室气体排放总量的5-6%，全球有500-600家公司生产。它主要是制造硝酸的副产品，对气候的影响几乎是CO的300倍₂．作为2015年底在巴黎举行的世界气候峰会的一部分，德国联邦环境部提出了一项倡议，即到2020年通过使用高效催化剂技术消除全球一氧化二氮的排放。

朗盛接受了这一挑战，在其位于中国的新生产工厂开发并实施了宁波工艺，以可持续的方式生产明亮的氧化铁红(图2)。该生产工艺通过使用氮的完全催化分解，回收了排放的气体，包括一氧化二氮₂形成自然存在的氮、氧和水。这将减少超过70%的CO₂与传统的彭尼曼红工艺相比，有相当的效果。此外，使用多级废水处理工艺，超过80%的废水被清洗并回收回工艺。剩下的20%的废水几乎不含硝酸盐，只含有溶解的硫酸盐，可以在这个过程中重复使用。

值得强调的是，传统的彭尼曼生产者仍在继续排放温室气体N₂O未回收直接进入环境。

红色的新色调

在位于中国宁波的最现代化的氧化铁生产工厂，将合成约25,000吨明亮的黄暗红色颜料，可能对油漆和涂料应用特别感兴趣。这些“新红”颜料将在未来以Bayferrox品牌上市。表1总结了新红色系列的一些技术特点。

除了宁波工厂的合成能力外，该工厂还将拥有一个最先进的混合和碾磨工厂，产能约为7万吨。通过混合合成的红色颜料，可以达到新的和既定的颜色深浅(图3)。

宁波工艺分为几个步骤。主要原料是铁(以钢的形式)、硝酸、水(以蒸汽的形式)、硫酸亚铁和空气。为了达到确定的和干净的颜色阴影，有必要生长周围确定的种子色素颗粒。增大种子周围的颗粒大小会导致最佳颜色饱和点，之后颜料开始失去色度(图4)。

许多因素对色素生长有直接影响。在明黄暗红氧化铁颜料的情况下，可以拓宽颜色发展曲线，以达到更高的a*和b*颜色值。此外，通过具体的措施，可以精确地将构建曲线停在所需的色度处，从而实现多个目标色彩空间。影响因素是复杂的，需要以正确的方式和正确的剂量使用。原料的选择和种子的质量是至关重要的。此外，对反应进度和反应条件的控制也必须协调一致。没有单一的因素是决定性的;不同因素的结合将产生最高的颜料质量。

特别是氧化铁种子的制备，代表了一个特殊的挑战。只有明确的颗粒形状和狭窄的颗粒大小分布才能保证均匀的颜料生长(图5)。因此，原料质量是至关重要的。铁屑可以含有很多伴生元素。用作生产氧化铁的原料，其中一些元素会对颜料的着色性能产生负面影响。使用宁波工艺优化，可以显著降低最终颜料晶格内的破坏侧元素的数量。

除了有效减少废料外，工艺管理的变化还导致颜料覆盖了新的颜色空间，超过了市场上所有以前可用的氧化铁红颜料。这种非凡的颜色发展可以通过观察纯颜料粉末来预测。

无机彩色颜料的吸收率主要由其元素组成和晶体结构决定。然而，原色颗粒的大小对于光扩散是至关重要的。

氧化铁颜料与其他化学工艺生产的颜料相比，具有相对不饱和的色度。这可以通过更仔细地观察大自然施加的物理边界条件来解释。由于晶格内铁离子之间的距离很短，只有2.89 nm，可见光下的激发会触发d-d电子跃迁。在反射光谱中，可以看到相当平坦的边缘和清晰而明显的肩。反射边越高越陡，阴影越饱和。图6所示为常规蓝影红和常规亮黄影红与宁波工艺中的一种新颜料的光谱比较。来自宁波工艺的颜料的反射曲线明显更陡峭，这与更高的色度直接相关。

对于最终涂料系统的色彩评估，从各种制造工艺中选择明亮的黄色氧化铁红，并相互比较。色度值C*是在长油醇酸体系中测定的，不包括所有其他油漆成分，如润湿和分散添加剂。只有这样，纯颜料的显色才能表现出来。

在充分遮光和还原(1:5与TiO₂)，来自宁波工艺的新开发的氧化铁红的色度值C*最高(图7)。值得注意的是，来自不同制造工艺的颜料在全色度和还原时C*值并不一致。在全阴影中较高的C*值通常会给出较低的还原值，反之亦然。宁波工艺的结果是用德国克雷菲尔德的一个运行试验反应堆的材料制成的，该反应堆是按照宁波工艺运行的。

高效的下游研磨技术，增加了初级颗粒在颜料中的份额，显著提高了与液体体系的结合能力。这种工艺被称为微粉化，1964年由德国拜耳公司首次推出，为涂料行业树立了一个新的里程碑。

来自宁波工艺的氧化铁红颜料比劳氏煅烧颜料更软，因此需要一种适应形式的微粉化。在中国宁波的磨粉厂，采用了最先进的研磨技术，将颗粒连续研磨到可复制的尺寸。

我们希望在色散中保持尽可能低的能量输入。以宁波工艺的New Red系列为例，使用高速溶解剂可以达到最佳效果。分散体的质量非常好，可与朗盛Bayferrox 100 M系列的红铁氧化物相媲美。

这可以用摄影手段清楚地说明。研磨仪图像上的白点表示在长油醇酸体系中用高速溶解剂分散15分钟后凸出的颗粒。结垢范围为0 ~ 100µm。

图8显示了来自宁波工艺的氧化铁与常规煅烧氧化铁红的研磨值。

窄粒度分布

氧化铁红的不同颜色空间，除其他外，是由于颗粒形态和颗粒大小分布的差异。然而，精确的颜色参数不能用与颗粒形态或颗粒大小分布的直接相关性来预测。浅，黄阴影红色颜料往往表现出较小的粒径和一个特别窄的粒径分布，而深红色颜料明显较大。由于光的散射，初级粒子的大小对色度、着色强度和不透明度有影响。

在380 ~ 780 nm波长范围内的可见光与颜料颗粒之间的相互作用在吸收光波长的一半量级时达到最佳。在红色氧化铁颜料的情况下，最佳粒径为250至300纳米。较小的颗粒支持红色值a*。宁波工艺的氧化铁含有大量的细颗粒，在最佳粒径范围内。通过激光衍射法测定粒度分布是一种间接方法，它从包含赤铁矿复折射率等内容的公式中计算值。折射率还没有得到充分的定义和区分。因此，只能比较地解释这些值。测量与颗粒体积有关，即较大的颗粒被不成比例地表示。

图9显示了常规煅烧赤铁矿颜料PR 101(黑色曲线)与来自宁波工艺的氧化铁(红色曲线)的体积相关粒度分布。颗粒的最佳面积较大，表明色度较高。