ШИХТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КЕРАМИЧЕCКОГО ПИГМЕНТА Российский патент 1996 года по МПК C03C1/04 

Изобретение относится к технологии получения керамических пигментов для строительной керамики, декорирования изделий из фарфора, фаянса и стекла.

Известна шихта для керамического пигмента коричневого цвета, включающая Al₂O₃, 2СаО 3В₂О, Fe₂O₃, Zn, Cr₂O₃, MnO [1]
Недостатком известной шихты является большое количество компонентов и большая энергоемкость спекание при 1100^оС в течение 50 мин.

Известна шихта для керамического пигмента, включающая диоксид титана, хромсодержащее соединение, триоксид сурьмы, нехромофорный хлорид I или II группы Периодической системы [2]
Недостатком известной шихты является длительность получения пигмента с большими энергозатратами обжиг при 1000-1100^оС в течение 2 ч, кроме того, указанная шихта желтого цвета обладает высокой маслоемкостью (24 г/100 г пигмента).

Известна шихта для получения пигмента коричневого цвета, включающая SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, CaO, MgO, Na₂O, K₂O, TiO₂, CuO, NiO, Cr₂O₃ [2]
Недостатком известного состава шихты является большое количество компонентов, наличие дополнительных операций для получения пигмента: предварительный помол в течение 6 ч, с последующим обжигом в течение 1 ч при 1000-1500^оС, следовательно увеличивается длительность процесса при повышенных энергозатратах.

В основу изобретения положена задача разработать шихту для получения керамического пигмента различных оттенков коричневого цвета с наименьшими энерго- и трудозатратами, низкой маслоемкостью.

Задача решается тем, что предлагаемая шихта для получения керамического пигмента, включающая оксиды титана, кальция, дополнительно содержит магний, сульфат кальция и один оксид из группы Fe₂O₃, Cr₂O₃, СuO, V₂O₅, ZnО при следующем соотношении компонентов, мас. TiO₂ 43-46 СаО 8-15 Один оксид из группы Fe₂O₃, Сr₂O₃, СuO, V₂O₅, ZnO 0,1-6 Mg 7-11,9 СаSO₄ 30-33
Предлагаемая шихта, содержащая компоненты в ранее неизвестном количественном и качественном соотношении, позволяет получить пигмент различных оттенков коричневого цвета (от светлого до темного) с наименьшими энергозатратами термообработка при 700-800^оС в течение 2-7 мин, с наименьшими трудозатратами компоненты шихты мелют, перемешивают и подвергают термообработке; низкой маслоемкостью 17-21 г/100 г пигмента.

Предлагаемая шихта позволяет интенсифицировать энергоемкий процесс реакционного спекания оксидов, проходящий при 1000-1200^оС в течение 1-2 ч за счет перехода к процессу самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), проходящему в течение 2-7 мин при 700-800^оС, благодаря чему решают поставленную задачу.

Нагревание исходных компонентов до 700-800^оС в течение 2-7 мин необходимо для начала экзотермической окислительно-восстановительной реакции между восстановителем, которым является Mg, и окислителем (сульфат кальция). При этом без дополнительного нагрева развивается температура 1100-1200^оС, достаточная для синтезирования титано-кальциевой и титано-магниевой шпинелей, вида СаТiO₃, MgTi₂O₄ и MgTiO₄ от белого до кремового цвета. Добавки одного из оксидов d-металлов IV периода Периодической системы при этих температурах (1100-1200^оС), внедpяясь в кристаллическую решетку, меняет цвет шпинелей Са ТiO₃, MgTi₂O₄, Mg₂TiO₄ в пределах от светло- до темно-коричневого цвета в зависимости от внедряемого металла, что подтверждается данными рентгенофазового анализа (РФА).

Высокие температуры, развивающиеся при горении, обеспечивают полноту реагирования исходных компонентов и получения однородного по всему объему керамического пигмента, имеющего показатель маслоемкости 17-21 г/100 г пигмента.

Количественное соотношение компонентов шихты подобрано экспериментально и определяется условиями протекания самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, в результате которого получают пигмент от светло- до темно-коричневого цвета. Отклонение от предельных значений заявляемых компонентов приводит к ухудшению качественных характеристик заявляемого пигмента.

Так, при содержании магния менее 7 мас. и сульфата кальция менее 30 мас. состав не воспламеняется, при содержании магния более 33 мас. оплавляется.

Отклонение от предельных оксидов из группы Fe₂O₃, Cr₂O₃, CuO, V₂O₅, ZnО приводит к изменению цвета получаемого пигмента, в случае увеличения свыше 6 мас. цвета пигмента будет серо-черным за счет коагуляции чистого металла на поверхности образующейся шпинели, при уменьшении содержания оксидов одного из d-металлов через 0,1 мас. происходит размывание цвета практически до белого.

При содержании оксида титана более 46 мас. а оксида кальция более 15 мас. получаемый пигмент приобретает серый цвет, становится рыхлым, в случае уменьшения количества оксида титана и оксида кальция менее чем 43 и 8 мас. соответственно получается материал очень плотный по составу, по твердости соответствующий абразивному материалу.

П р и м е р 1. Исходные компоненты, г: TiO₂ 46; СаО 8; Mg 7; CaSO₄ 33 и Fe₂O₄ 6 измельчают, тщательно перемешиваю, формуют под давлением 15 МПа и помещают в муфельную печь, разогретую до 750^оС. Образец выдерживают в печи 2-7 мин. Это время отводится на предварительный прогрев в течение 1-3 мин, необходимый для начала окислительно-восстановительной реакции, и непосредственно на сверхскоростной высокотемпературный синтез 2 мин.

Шихта воспламеняется, горит ярким свечением по всему объему. После синтеза полученный пигмент коричневого цвета перемалывают до тонины, обеспечивающей прохождение через сито 100000 отв/см².

П р и м е р 2. Исходные компоненты, г: TiO₂ 43; СаО 15; Mg 11,9; СаSO₄ 30; и Сr₂O₃ 0,1.

Технология приготовления аналогична примеру 1. Цвет получаемого пигмента светло-коричневый.

П р и м е р 3. Исходные компоненты, г: TiO₂ 44; СаО 13; Mg 10; СаSO₄ 31; V₂O₅ 2.

Технология приготовления аналогична примеру 1. Цвет получаемого пигмента коричневый.

П р и м е р 4. Исходные компоненты, г: TiO₂ 43; CaO 13; Mg 10; CaSO₄ 33; CuO 1.

Технология приготовления аналогична примеру 1. Цвет получаемого пигмента светло-коричневый.

П р и м е р 5. Исходные компоненты, г: ТiO₂ 45; СаО 13; Mg 10; СaSO₄ 31,5; ZnO 0,5.

Технология приготовления аналогична примеру 1. Цвет получаемого пигмента коричневый.

Примеры на запредельные значения.

П р и м е р 6. Технология приготовления как в примере 1 для основных значений. Исходные компоненты, г: TiO₂ 40; CaO 6; Mg 12; CaSO 35; Cr₂O₃ 7.

Образец плавится, не сохраняет форму.

П р и м е р 7. Технология приготовления аналогична примеру 1 для основных значений.

Исходные компоненты, г: TiO₂ 46; 10 СаО 10; Fe₂O₃ 7; Mg 8; СаSO₄ 29.

Образец получается черного цвета.

Из данных таблицы видно, что предлагаемая шихта для керамического пигмента позволяет получить новое химическое вещество керамический пигмент, имеющий цвет от светлого до темно-коричневого. Предлагаемый пигмент обладает рядом преимуществ, таких, как низкая маслоемкость 17-24 г/100 г пигмента, снижение энерго- и трудозатрат при производстве.

Сущность изобретения: шихта для получения керамического пигмента содержит следующие компоненты, мас. %: оксид титана 43 - 46; оксид кальция 8 - 15; магний 7 - 11,9; сульфат кальция 30 - 33; один оксид из группы оксид железа, оксид хрома, оксид меди, оксид ванадия, оксид цинка 0,1 - 6. Свойства пигмента: цвет от светлого до темно-коричневого, маслоемкость 17 - 24 г/100 г пигмента. 1 табл.

ШИХТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КЕРАМИЧЕКОГО ПИГМЕНТА, включающая TiO₂, CaO, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит Mg, CaSO₄ и один оксид из группы Fe₂O₃, Cr₂O₃, CuO, V₂O₅, ZnO при следующем соотношении компонентов, мас.

TiO₂ 43 46
CaO 8 15
Mg 7 11,9
CaSO₄ 30 33
Один оксид из группы F₂O₃, Cr₂O₃, CuO, V₂O₅, ZnO 0,1 6,0