СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИРЮЗОПОДОБНОГО МАТЕРИАЛА Российский патент 1996 года по МПК C04B28/34 C30B29/14 C04B111/20 

Изобретение относится к разработке технологий синтетических материалов - аналогов синтетической бирюзы и может использоваться для мелкосерийного производства искусственных камней, а также в качестве наполнителей строительных материалов, композитов, материалов, содержащих органические и неорганические связующие, сорбента, пигмента для художественных работ, лакокрасочных материалов.

Известны различные способы имитации бирюзы.

Наиболее близким из описанных способов является способ получения синтетической бирюзы, заключающийся в смешивании тонкоизмельченных углекислой основной меди и гидроокиси алюминия с фосфорной кислотой, нагреве смеси чуть выше 100^oC и сдавливании ее на гидравлическом прессе, который, по мнению Д. Элуэлла, используется фирмой П. Жильсона при производстве синтетической бирюзы.

Однако использование гидроокиси алюминия в производстве приводит к образованию тиксотропных осадков. Тиксотропные осадки трудно отделять фильтрацией и отмывать от маточного раствора солей. Кроме того, образующиеся из гидроокиси алюминия алюмофосфаты не обладают достаточной твердостью и требуют дополнительной термической обработки либо в процессе сушки, либо в процессе прессования.

Целью настоящего изобретения является создание заданной макроструктуры, улучшение цветности и агрегатного состояния осадка, увеличение окристаллизованности получаемого материала.

Цель достигается тем, что концентрированную серную кислоту либо фосфорный ангидрид смешивают с водой, после этого загружают при перемешивании окись алюминия и нагревают при перемешивании до кипения. При этом происходит частичное растворение окиси алюминия до псевдоколлоидного состояния. Раствор кипятят 20 30 мин, а затем загружают медьсодержащий агент. Перечисленные вещества берутся в соотношениях, близких к эквимолярным за исключением воды. После загрузки медьсодержащего агента и высокотемпературной выдержки при интенсивном перемешивании реакционную массу выливают на воду и отделяют осадок фильтрацией с последующей промывкой водой и сушкой. Окончание сушки проводят в интервале температур от 100 до 140^oС. Полученный сухой мелкодисперсный порошок сдавливают на гидравлическом прессе в стальных матрицах при удельном давлении не менее 1 т на 1 см². При недостаточном давлении образуется меловой бирюзоподобный материал, который может быть облагорожен известными для натуральной меловой бирюзы способами.

Для улучшения цветности основного алюмофосфата меди в реакционную смесь перед загрузкой медьсодержащего агента добавляют аминокислоты, в частности глицин, и/или комплексообразователи, в частности N, N, N', N'-тетракис-(2-гидроксипропил)-этилендиамин, благодаря чему получается небесно-голубая окраска.

Для улучшения макроструктуры материала полученную описанным выше способом массу перец прессованием гранулируют и смешивают с карбонатами меди, окислами мощи и/или серебра, металлами и их сплавами, в частности, с мельхиором и/или серебром.

П р и м е р 1. Концентрированную фосфорную кислоту в количестве 49 г смешивают с водой для получения 30-ной кислоты. После этого при перемешивании загружают 37 г Al₂O₃, нагревают до температуры кипения и выдерживают при данной температуре 20 30 мин. После этого медленного загружают 11,8 г основного карбоната меди. Основной карбонат меди не должен содержать инородных включений, так как последние не удалимы из конечного продукта и изгрязняют его. По окончании загрузки масса при перемешивании выдерживается при слабом кипении не менее 30 мин. Затем массу выливают в пятикратный объем воды и выдерживают при температуре кипения 2 3 ч. Во время выдержки кислотность жидкой фазы корректируется загрузкой соды до величины рН равной 5 6. Осадок отделяют фильтрацией, промывают водой, сушат при перемешивании. Окончание сушки проводят в интервале температур от 100 до 140^oС. Полученный сухой мелкодисперсный порошок сдавливают на гидравлическом прессе в стальных матрицах диаметром 42 мм при номинальном давлении 200 т (уд. давление 7,2 т/см²) в течение 30 с. Получаем 93 г материала.

П р и м е р 2. Пример 2 отличается от примера 1 тем, что вместо фосфорной кислоты используют фосфорный ангидрид в пересчете на 100 Н₃РО₄.

П р и м е р 3. Пример 3 отличается от примеров 1,2 тем, что в качестве медьсодержащего агента используют медный купорос в количестве 18 г при прочих прежних соотношениях компонентов. Выход 91 г.

П р и м е р 4. Пример 4 отличается от примеров 1, 2 и 3 тем, что процесс проводят в технологическом оборудовании, при этом количества компонентов увеличивают в 100 раз. В качестве технологического оборудования используют стеклянные реакторы фирмы "Симакс", стальные эмалированные реакторы фирмы "Синко-Пфаудер" объемами 30, 60 и 100 л, фильтрацию проводят на стальном эмалированном драг-фильтре фирмы "Синко-Пфаудер", в качестве фильтрующего материала используют лавсан (арт. 4241), сушку проводят на вакуум-грибковой сушилке типа "Венулет". Получают 8998 г продукции.

П р и м е р 5. Пример 5 отличается от примеров 1, 2 и 3 тем, что в качестве антивспенивателя при загрузке карбонатов используют одноатомные спирты. Получают 92 г материала.

П р и м е р 6. Пример 6 отличается от примеров 1, 2, 3 и 5 тем, что для корректировки цвета перед загрузкой медьсодержащих компонентов в реакционную массу вводят соли железа, в частности сульфат Fe²⁺> в количестве 2,2 от веса карбоната меди и/или сульфат Fe³⁺ в количестве 1 20 от веса карбоната меди. Получают 89 г материала.

П р и м е р 7. Пример 7 отличается от примеров 1, 2, 3, 5 и 6 тем, что для корректировки цвета перед загрузкой медьсодержащих агентов в реакционную массу вводят органические вещества, такие, как глицин в количестве 0,1 2 от веса медьсодержащего агента. Получают 93 г продукта.

П р и м е р 8. Пример 8 отличается от примеров 1, 2, 3, 5, 6 и 7 тем, что для корректировки цвета перед загрузкой медьсодержащих агентов в реакционную массу вводят комплексообразователи, в частности N, N, N', N'-тетракис-(2-гидроксипропил)-этилендиамин в количестве 1 5 от веса медьсодержащего компонента. Получают 91 г продукта.

П р и м е р 9. Пример 9 отличается от примеров 1, 2, 3, 5, 6, 7 и 8 тем, что для корректировки цвета перед загрузкой медьсодержащих компонентов в реакционную массу вводят глицин и N, N, N',N'-тетракис-(2-гидроксипропил)-этилендиамин в количествах 0,1 2 и 1 5 соответственно от веса медьсодержащего компонента. Получают 90 г продукта.

П р и м е р 10. Пример 10 отличается от примеров 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8 и 9 тем, что основной алюмофосфат меди формуется в гранулы, смешивается с окисью меди, взятой в количестве 3 5 от веса прессуемого материала и сдавливается на гидравлическом прессе. Получают 92 г продукта.

П р и м е р 11. Пример 11 отличается от примеров 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 9 и 10 тем, что при сушке основной алюмофосфат меди, сформованный в гранулы, смешивается с окисью серебра в количестве 2 5 от веса прессуемой массы и сдавливается на гидравлическом прессе. Получают 93 г продукта.

П р и м е р 12. Пример 12 отличается от примеров 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 9, 10 и 11 тем, что при сушке основной алюмофосфат меди, сформованный в гранулы, смешивается с серебром в виде металлического порошка в количестве 2 3 от веса прессуемой массы и сдавливается на гидравлическом прессе. Получают 89 г продукта
П р и м е р 13. Пример 13 отличается от примеров 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 и 12 тем, что мельхиор в виде металлических пластин заданной формы укладывается на дно пресс-формы, засыпается маcсой, полученной по примерам 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 и сдавливается на гидравлическом прессе. Получают 90 г продукта.

П р и м е р 14. Пример 14 отличается от примеров 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 и 13 тем, что основной алюмофосфат меди, сформованный в гранулы, смешивается с карбонатом меди в количестве 1 3 от веса прессуемой массы и сдавливается на гидравлическом прессе. Получают 91 г продукта.

Предлагаемое техническое решение отличается от известных тем, что использование окиси алюминия в форме Al₂O₃ позволяет избежать образования тиксотропных осадков, образующихся при термическом старении коллоида в случае использования гидроокиси алюминия. Гидроокись алюминия при кипячении в фосфорнокислой среде полностью теряет кристаллическую структуру и дает истинный коллоид, при разрушении которого образуется мелкодисперсный осадок, захватывающий большое количество маточного раствора, что существенно затрудняет фильтрацию, отжим осадка и промывку и требует проведения выделения в специальном температурном режиме с последующим длительным формированием удовлетворительно фильтрующегося осадка или требует дорогостоящего технологического оборудования типа седиментационных центрифуг типа центрифуг фирмы "Альфа-Лаваль" с агатовыми вкладышами. Последнее обусловлено высокой коррозионной активностью маточного раствора. Использование окиси алюминия, которая частично сохраняет кристаллическую структуру при фосфорнокислой разварке, позволяет использовать более долевое фильтрующее оборудование, устранить длительную процедуру формования осадка и старения коллоида. Наличие остатков кристаллической структуры в образовавшемся осадке позволяет получать материал с твердостью по шкале Масса 3 5 с удельным весом 2,3 2,5 г/см³, т.е. характеризующийся более полной кристаллизованностью сразу после непродолжительной сушки и прессования. Полученный из гидроокиси бирюзоподобный материал хотя и характеризуется спектральными характеристиками, близкими к характеристикам натуральной бирюзы, имеют однако неполную окристаллизованность, что выражается в меньшей плотности и твердости даже при сдавливании большим давлением. Окристаллизованность может быть увеличена специальной продолжительной термической обработкой, в ходе которой отщепляется структурированная вода.

Таким образом, использование окиси алюминия в качестве исходного материала синтеза приводит к существенным отличиям, выражающимся в кристаллической структуре конечного продукта синтеза и самого синтезируемого материала.

Кроме того, использование различных добавок существенно изменяет цветность, приближая ее к лучшим сортам природной бирюзы.

Использование при прессовании добавок окиси меди и окиси серебра, а также добавок основного карбоната меди, мельхиора и серебра позволяет получить макроструктуру материала, близкую к сетчатой бирюзе и стеллариту.

Использование: изготовление аналогов синтетической бирюзы при мелкосерийном производстве, в качестве наполнителей строительных материалов, композитов, содержащих органические и неорганические связующие, в качестве пигмента для художественных работ, сорбента. Сущность изобретения: способ получения бирюзоподобного материала заключается в смешении фосфорнокислого компонента и оксида алюминия, нагревании смеси, введении в нее соединения меди и последующем прессовании полученного осадка. Причем в качестве добавочных компонентов перед введением оксида меди в смесь вводят соли железа, или глицин, или N, N, N', N',- тетракис-(Х-гидроксипропил)- - этилендиамин, или смеси указанных органических соединений в количестве 0,1 - 5,0 % от массы соединения меди. Также осадок перед прессованием гранулируют и смешивают с оксидом или карбонатом меди, или оксидом или порошком серебра в количестве 2 - 5 % от массы прессуемого осадка. Кроме того, в пресс-формы перед прессованием осадка укладывают мельхиоровые пластины заданной формы. 3 з.п. ф-лы.

1. Способ получения бирюзоподобного материала, включающий смешение фосфорнокислого компонента с кислородсодержащим соединением алюминия, введение соединения меди, нагревание и последующее прессование полученного осадка, отличающийся тем, что в качестве кислородсодержащего соединения используют оксид алюминия, а нагревание смеси производят перед введением соединения меди. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед введением соединения меди в смесь вводят сернокислотные соли железа, или глицин, или N,N,N',N'-тетракис-(2-гидроксипропил)-этилендиамин, или смеси указанных органических соединений в количестве 0,1-5,0% от массы соединения меди. 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что полученный осадок перед прессованием гранулируют и смешивают с оксидом меди, или карбонатом меди, или оксидом серебра, или порошком серебра в количестве 2-5% от массы прессуемого осадка. 4. Способ по пп. 1-3, отличающийся тем, что перед прессованием полученного осадка на дно пресс-формы укладывают мельхиоровые пластины заданной формы.