СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЦВЕТНЫХ ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИХ ДИСПЕРСНЫХ КОМПОЗИЦИЙ Российский патент 1995 года по МПК C09C1/24 

Изобретение относится к технологии получения железосодержащих композиций из зольных отходов, например, из продуктов сгорания угля, которые могут найти применение в качестве основы пигментных наполнителей для пластмасс, резины, строительных материалов, а также в качестве чистящих средств.

Известен способ получения железосодержащих материалов из природных материалов путем обжига или твердофазным спеканием оксидов кремния, алюминия, железа [1]
Однако эти материалы не могут быть использованы для получения пигментных наполнителей, так как не обладают необходимой укрывистостью, цветом и другими лакокрасочными свойствами.

Известен способ получения железосодержащих пигментных наполнителей из природных алюмосиликатных минералов, включающий дробление и прокаливание этих материалов [2]
Наиболее близким к изобретению является способ получения железосодержащего пигментного наполнителя из золы от сгорания горючих ископаемых, содержащей оксиды кремния, алюминия, железа, кальция, калия, титана и редких металлов, заключающийся в обработке золы раствором соляной кислоты и прокаливании полученной композиции при 200-400^оС в течение 40-120 мин [3] Известный наполнитель является цветной железосодержащей дисперсной композицией.

Недостатком данного способа является ограниченная цветовая гамма пигментного наполнителя.

Задача изобретения расширение цветовой гаммы цветных железосодержащих дисперсных композиций из зольных отходов и области их применения.

Согласно изобретению способ получения цветных железосодержащих дисперсных композиций из зольных отходов, содержащих оксиды кремния, алюминия, железа, магния, кальция, калия и редких металлов состоит в том, что зольные отходы измельчают до 50-10 мкм и прокаливают при 420-900^оС в течение 150-180 мин. При этом измельчение зольных отходов до размера зерен, равного 20-10 мкм, проводят "мокрым" способом в водной среде с последующей сушкой.

Данный способ позволяет получить железосодержащую дисперсную композицию от черного до светло-серого цвета, в том числе коричневого и бежевого цвета различных оттенков. Такая композиция применяется в качестве наполнителя пластмасс и резин, чистящих средств и пигментов.

Сущность изобретения поясняется следующим.

Цветовая гамма железосодержащих пигментов обусловливается преимущественно следующими факторами: дисперсностью частиц, соотношением Fe³⁺/Fe²⁺, содержанием алюмосиликатов, временем прокаливания.

Так при сухом дроблении исходной золы дисперсностью 250 мкм до порошка дисперсностью 50 мкм, при прокаливании до 600^оС получают композицию коричневого цвета. А при мокром измельчении золы в водной суспензионной среде, например, до порошка дисперсностью 10 мкм, при той же температуре и времени прокаливания 3 ч получают композицию светло-серого цвета.

При этом соотношение Fe³⁺/Fe²⁺ в первом случае составляет 8:2, а во втором 11:1.

Исходное соотношение Fe³⁺/Fe²⁺ в непрокаленных образцах одинаково и составляет 16: 1. В результате прокаливания меняется и содержание алюмосиликатов, которое в исходной золе соответствует минимальной величине порядка 0,3 мас. и достигает максимальной величины 7,2 мас. при 600^оС.

Аналогичные результаты получены и для других режимов обработки исходной золы.

Композиция по изобретению представляет собой высокодисперсное порошкообразное вещество, обладающая эксплуатационными свойствами продуктов, в качестве которых она применяется.

При использовании в качестве наполнителей пластмасс и резин данная композиция позволяет улучшить их физико-химические свойства: твердость, прочность, растяжение, электрические свойства. Причем это наиболее ярко выражено при использовании композиции с самым высоким отношением Fe³⁺/Fe²⁺ 11/1 и алюмосиликатов не менее 7%
При использовании в качестве основы чистящих средств данная композиция обладает высокой чистящей способностью по сравнению со стандартным образцом. Улучшение чистящей способности также связано с соотношением Fe³⁺/Fe²⁺ и дисперсностью 10 мкм и показатель чистящей способности образцов композиции может быть доведен 76%
Композиция, используемая в качестве основы пигментов, имеет цветовую гамму от черного до светло-серого цвета.

Контроль по цвету ведется по визуальному сравнению.

Пигменты по характеристикам соответствуют требованиям ТУ-6-10-602-86.

В описываемом способе используют золу из золоотвала и с электрофильтров, которая является продуктом сгорания бурых углей на тепловых электростанциях подмосковного угольного бассейна.

Зольные отходы имеют следующий химический состав, мас. Диоксид кремния 46,0-55,0 Оксид алюминия (III) 22,0-39,6 Оксиды железа (II-III) 5,0-17,0 Оксид кальция 4,0-5,0 Оксид калия 0,2-0,9 Оксид натрия 0,1-0,3 Оксиды редких металлов 0,01-0,3
П р и м е р 1. В шаровую мельницу с керамическими шарами рабочей емкостью 2 л загружают 500 г золы из золоотвала с исходной дисперсностью 250 мкм и производят сухое дробление в течение 48 ч. В результате дробления и измельчения получают порошок дисперсностью 50 мкм. После измельчения порошок в керамическом тигле помещают в муфельную печь. Температуру в печи поднимают до 300^оС, поддерживают эту температуру в течение 3,0 ч и получают композицию черного цвета.

П р и м е р 2. Золу из золоотвала с исходной дисперсностью 250 мкм дробят и измельчают аналогично, как в примере 1. После этого порошок прокаливают при 450^оС в течение 3,0 ч и получают композицию темно-коричневого цвета.

П р и м е р 3. Процесс аналогичен примеру 1, но прокаливание при 600^оС в течение 3 ч. Получают композицию коричневого цвета.

П р и м е р 4. Процесс аналогичен примеру 1, но после дробления порошок прокаливают при 900^оС в течение 3,0 ч. Получают композицию темно-коричневого цвета.

П р и м е р 5. В шаровую мельницу загружают золу с электрофильтров с исходной дисперсностью 125 мкм и проводят сухое дробление в течение 24 ч. В результате дробления получают порошок дисперсностью 30 мкм. После дробления порошок помещают в печь, прокаливают при 300^оС в течение 2,5 ч и получают композицию черного цвета.

П р и м е р 6. Процесс аналогичен примеру 5, но прокаливание при 450^оС в течение 3 ч. Получают композицию светло-коричневого цвета.

П р и м е р 7. Процесс аналогичен примеру 5, прокаливание при 600^оС в течение 3 ч. Получают композицию бежевого цвета.

П р и м е р 8. Процесс аналогичен примеру 5. Прокаливают порошок при 900^оС в течение 2,5 ч. Получают композицию коричневого цвета.

П р и м е р 9. В шаровую мельницу загружают золу из золоотвала и воду в количестве 50 мас. и проводят мокрое дробление и измельчение в течение 48 ч. Суспензию золы в воде высушивают при 200^оС, получают порошок дисперсностью 20 мкм, который прокаливают при 300^оС в течение 2,0 ч. Полученная композиция имеет черный цвет.

П р и м е р 10. Процесс аналогичен примеру 9. Порошок прокаливают при 450^оС в течение 2,5 ч. Получают композицию темно-серого цвета.

П р и м е р 11. Процесс аналогичен примеру 9. Порошок прокаливают при 600^оС в течение 3,0 ч. Получают композицию светло-серого цвета.

П р и м е р 12. Процесс аналогичен примеру 9. Порошок прокаливают при 900^оС в течение 3,0 ч. Получают композицию коричневого цвета.

П р и м е р 13. В шаровую мельницу загружают золу с электрофильтра и воду в количестве 50 мас. и дробят в течение 48 ч. Суспензию золы в воде высушивают при 200^оС, получают порошок дисперсностью ≈10 мкм, который прокаливают при 300^оС в течение 1,5 ч. Получают композицию черного цвета.

П р и м е р 14. Процесс аналогичен примеру 13. Порошок прокаливают при 450^оС в течение 3,0 ч. Получают композицию темно-серого цвета.

П р и м е р 15. Процесс аналогичен примеру 13. Порошок прокаливают при 600^оС в течение 3,0 ч. Получают композицию светло-серого цвета.

П р и м е р 16. Процесс аналогичен примеру 13. Порошок прокаливают при 900^оС в течение 2,0 ч. Получают композицию коричневого цвета.

В примерах с 1 по 16 получают композицию, используемую в качестве наполнителей пластмасс, резин и основы для пигментов.

В примерах с 9 по 16 получают высокодисперсные порошки, которые используют в качестве основы чистящих средств.

Результаты приведены в табл. 1.

Свойства наполненного железосодержащей композицией полимера приведены в табл. 2.

Таким образом, изобретение обеспечивает получение железосодержащих композиций, используемых для различного назначения: в качестве наполнителей для пластмасс и резины; в качестве основы для чистящих средств с абразивными свойствами; в качестве пигментов с цветовой гаммой от черного до светло-серого цвета.

Кроме того, реализация способа позволяет в значительной степени улучшить экологическую ситуацию в зоне теплоэлектростанций за счет ликвидации золоотвалов. Использование этих композиций также дает возможность резко понизить себестоимость выпускаемых красок, наполненных полимеров и резины, чистящих веществ.

Использование: при наполнении пластмасс и резины, пигментов, чистящих средств. Сущность изобретения: зольные отходы, содержащие оксиды кремния, алюминия, железа, кальция, калия, титана из редких металлов измельчают до 50 10 мкм и прокаливают при 420 900°С 150 180 мин, причем измельчение до 20 10 мкм осуществляют в водной среде с последующей сушкой. Цвет от светло-серого до черного, в том числе коричневый, укрывистость 19,5-24,0 г/м² чистящая способность 23 76. 1 з. п. ф-лы, 2 табл.

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЦВЕТНЫХ ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИХ ДИСПЕРСНЫХ КОМПОЗИЦИЙ из зольных отходов, содержащих оксиды кремния, алюминия, железа, кальция, калия, титана и редких металлов, включающий прокаливание этих отходов, отличающийся тем, что зольные отходы предварительно измельчают до 50-10 мкм, а последующее прокаливание проводят при 420-900^oС в течение 150-180 мин. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что измельчение зольных отходов до 20-10 мкм осуществляют в водной среде с последующей сушкой.