СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОБОЛОЧКОВОГО ПИГМЕНТА Российский патент 1998 года по МПК C09C1/24 

Изобретение относится к области технологии получения неорганических пигментов и может быть использовано при получении оболочкового железооксидного пигмента.

В настоящее время неорганические железооксидные пигменты получают путем размола природного железосодержащего сырья: гематитовой железной руды, железняков, болотных руд, бокситов и др., отделения пустой породы, мокрой или сухой классификации, промывки и сушки (Е.Ф. Беленький, И.В Рискин, Химия и технология пигментов. "Химия", Л., 1974 г., с. 107).

Недостаток применяемого в промышленности способа.

Низкий показатель дисперсности частиц пигмента, т.к. в природном сырье присутствует значительное количество агрегатов частиц и крупных зерен, не разрушающихся при существующих методах его переработки.

Вследствие этого способ получения пигмента характеризуется высоким расходом исходного материала и сопровождается получением большого количества сточных вод.

Известны способы получения пигментов (аналоги).

1. Красный железооксидный пигмент получают путем взаимодействия гептагидрата сульфата железа с содой при температуре 300-350^oC с последующим прокаливанием при температуре 400-450^oC в течение 40 мин (авт. св. СССР N 2345805, 6.07.70).

2. Закись-окись железа (черный пигмент) получают путем обработки сульфата железа раствором щелочи, с последующей термообработкой и обработкой полученной закиси-окиси железа дибутилфталатом в количестве 7-9% от веса закиси-окиси (авт. св. СССР N 1373926, 27.10.69).

3. Желтый железооксидный пигмент получают путем взаимодействия растворов сульфата двухвалентного железа и щелочи окисления продукта с последующей обработкой полученной суспензии зародышей в присутствии сульфата двухвалентного железа кислородсодержащим газом, при этом суспензию зародышей после окисления подвергают искусственному старению в маточном растворе при 60-100^oC до содержания железа в осадке по сухому остатку 86,0-87,5% (авт. св. СССР N 783321, C 09 C 1/24, 17.01.79).

В качестве прототипа принят наиболее близкий по сущности способ получения железооксидного пигмента, включающий получение суспензии зародышей гидроокиси железа, введение в нее раствора железного купороса (сернокислого железа) с последующим продуванием рабочей суспензии воздушно-аммиачной (газовой окислительной) смесью при количестве вводимого железного купороса до соотношения Fe⁺³/Fe⁺² в рабочей суспензии равного 0,2 : 0,3 (авт. св. СССР N 255445, 11.03.68, опубл. БИ N 33, 1970).

Недостаток способа - прототипа. Повышенный расход реагентов на получение пигмента и полученный пигмент характеризуется высоким расходом при использовании его в лакокрасочном материале. Кроме этого, процесс сопровождается получением сточных вод, требующих нейтрализацию реагентами.

Сущность изобретения состоит в том, что для ускоренного перехода на производство пигмента различного цвета, для снижения расхода реагентов на получение пигмента и получения пигмента со сниженным расходом его при использовании в лакокрасочном материале, а также для исключения нейтрализации сточных вод получают оболочковый пигмент обработкой раствора сернокислого железа суспензией зародышей с введением окислителя, последующей фильтрацией и сушкой водной пасты пигмента со следующими параметрами: обработку раствора сернокислого железа проводят при концентрации FeSO₄ 240 - 300 г/дм³ водной суспензией белита шлакового порошкообразного технического с концентрацией белита 300-450 г/дм³ до pH 3,4-7, и после осаждения пигмента дополнительно вводят водную суспензию белита в количестве 0,1-0,2 массы раствора.

Для получения пигмента желтого цвета обработку раствора сернокислого железа водной суспензией белита шлакового порошкообразного технического ведут до pH 3,4 - 4,0.

Для получения пигмента красного цвета обработку раствора сернокислого железа водной суспензией белита шлакового порошкообразного технического ведут до pH 5 - 6.

Для получения пигмента черного цвета обработку раствора сернокислого железа водной суспензией белита шлакового порошкообразного технического ведут до pH 6,5 - 7 при температуре 70 - 75^oC и вводе в раствор окислителя, например бертолетовой соли.

Взаимодействие компонентов при получении желтого пигмента.

2FeSO₄ + (CaSiO₄ + шпинель) + O₂ + H₂O _→ 2FeO•OH + 2CaSO₄ + SiO₂•H₂O + шпинель.

Сушку полученной водной пасты желтого пигмента проводят при температуре 110-150^oC.

Взаимодействие компонентов при получении красного пигмента.

2FeSO₄ + (Ca₂SiO₄ + шпинель) + 1/2O₂ + H₂O) _→ Fe₂O₃ + 2CaSO₄ + SiO₂•H₂O + шпинель.

Сушку полученной водной пасты красного пигмента проводят при температуре 700-800^oC.

Взаимодействие компонентов при получении черного пигмента.

3FeSO₄ + 2(Ca₂SiO₄ + шпинель) + 3/2O₂ + H₂O _→ Fe₂O₃•FeO + 3CaSO₄ + CaSiO₃ + 2шпинель + SiO₂•H₂O.

Кислород при взаимодействии компонентов для получения черного пигмента вносит хлорат калия KClO₃ (бертолетова соль), которая распадается по реакции 2KClO₃ = 2KCl + 3O₂ и образующийся хлористый калий нейтрализуется белитом.

Сушку полученной водной пасты черного пигмента проводят при температуре 110-150^oC.

В процессе проведения приведенных выше взаимодействий компонентов и операций происходит образование дисперсных частиц железооксидного оболочкового пигмента.

Белит шлаковый порошкообразный технический (БШПТ), соответствующий ТУ 23.4.203-91, нейтрализует водный раствор, а его дисперсные частицы служат центрами кристаллизации для осаждения на них окрашивающего железооксидного компонента, что значительно уменьшает удельный расход сернокислого железа на получение пигмента. По мере ввода белита шлакового порошкообразного в раствор сернокислого железа протекает управляемый процесс кристаллизации окрашивающего компонента на частицах белита.

Белит шлаковый порошкообразный технический получают в металлургическом производстве путем медленного охлаждения шлакового расплава, соответствующего по химическому составу преимущественно (70- 80%) двухкальциевому силикату, который при охлаждении вследствие модификационных превращений полностью самораспадается в мелкий порошок с размером частиц менее 5 мкм. Остальным компонентом белита является дисперсная шпинель.

Затем проводят обезвоживание пульпы фильтрацией. Полученную водную пасту пигмента сушат при приведенных выше температурах.

Наибольшая дисперсность пигментного концентрата достигается после сушки водной пасты пигмента до содержания 0,3-0,5% влаги.

Оболочковый пигмент железооксидный классифицируют до фракции 1-3 мкм и остатка на сите 0,063 мм не более 0,5%.

Оболочковый пигмент железооксидный используют для приготовления различных лакокрасочных материалов, в частности для окрашивания синтетической кожи, в производстве пластмассовых изделий, в производстве резины, при изготовлении окрашенных строительных бетонов и растворов и др. производствах.

Если обработку раствора сернокислого железа проводят при концентрации FeSO₄ менее 240 г/дм³ водной суспензией белита шлакового порошкообразного технического с концентрацией белита менее 300 г/дм³ до pH менее 3,4, и после осаждения пигмента дополнительно вводят водную суспензию белита в количестве менее 0,1 массы раствора, то увеличивается количество сточных вод на единицу пигмента и сточные воды требуют дополнительной нейтрализации содой.

Если для получения пигмента желтого цвета обработку раствора сернокислого железа водной суспензией белита шлакового порошкообразного технического ведут до pH менее 3,4, то образуются сточные воды, требующие дополнительной нейтрализации, что приводит к дополнительным расходам реактивов.

Если для получения пигмента красного цвета обработку раствора сернокислого железа водной суспензией белита шлакового порошкообразного технического ведут до pH менее 5, то пигмент получается с желтым оттенком, что снижает потребительские свойства оболочкового пигмента.

Если для получения пигмента черного цвета обработку раствора сернокислого железа водной суспензией белита шлакового порошкообразного технического ведут до pH менее 6,5 и при температуре менее 70^oC, то пигмент получается с красным оттенком, что снижает потребительские свойства оболочкового пигмента.

Если обработку раствора сернокислого железа проводят при концентрации FeSO₄ более 300 г/дм³ водной суспензией белита шлакового порошкообразного технического с концентрацией белита более 450 г/дм³до pH более 7, и после осаждения пигмента дополнительно вводят водную суспензию белита в количестве более 0,2 массы раствора, то пигмент получается с серым оттенком, что снижает потребительские свойства оболочкового пигмента.

Если для получения пигмента желтого цвета обработку раствора сернокислого железа водной суспензией белита шлакового порошкообразного технического ведут до pH более 4,0, то пигмент получается с розовым оттенком, что снижает потребительские свойства оболочкового пигмента.

Если для получения пигмента красного цвета обработку раствора сернокислого железа водной суспензией белита шлакового порошкообразного технического ведут до pH более 6, то пигмент получается с темным оттенком, что снижает потребительские свойства оболочкового пигмента.

Если для получения пигмента черного цвета обработку раствора сернокислого железа водной суспензией белита шлакового порошкообразного технического ведут до pH более 7 и при температуре более 75^oC, то получается пигмент с серым оттенком, что снижает потребительские свойства оболочкового пигмента.

Промышленное осуществление способа провели в условиях ТОО "ЧЕЛАК".

Для этого использовали действующее промышленное оборудование. Взаимодействие исходных компонентов проводили в чанах с механическими мешалками. В качестве исходных компонентов использовали белит шлаковый порошкообразный технический (БШПТ) марки БФХ, соответствующий ТУ 23.4.203-91, железный купорос (FeSO₄•7H₂O), бертолетову соль (KClO₃).

Оболочковый пигмент железооксидный получали обработкой раствора сернокислого железа, полученного растворением в воде железного купороса, суспензией зародышей для кристаллизации окрашивающих компонентов на дисперсных частицах белита шлакового порошкообразного технического в центрах кристаллизации с введением окислителя путем продувки водного раствора воздухом при получении пигмента желтого цвета, кислородом при получении пигмента красного, обработкой раствора бертолетовой солью при получении пигмента черного цвета и при этом обработку раствора сернокислого железа проводили при концентрации FeSO₄ 240-300 г/дм³ водной суспензией белита шлакового порошкообразного технического с концентрацией белита 300-450 г/дм³ до pH 3,4-7. После осаждения пигмента дополнительно вводили водную суспензию белита в количестве 0,1 -0,2 массы раствора.

Для получения пигмента желтого цвета обработку раствора сернокислого железа водной суспензией белита шлакового порошкообразного технического проводили до pH 3,4- 4,0.

Для получения пигмента красного цвета обработку раствора сернокислого железа водной суспензией белита шлакового порошкообразного технического провели до pH 5-6.

Для получения пигмента черного цвета обработку раствора сернокислого железа водной суспензией белита шлакового порошкообразного технического провели до pH 6,5-7 при температуре 70 - 75^oC и вводе в раствор окислителя - бертолетовой соли.

Приведенные выше операции провели в чане емкостью 3 м³ с механическим перемешиванием в течение 60 мин и после фильтрации на горизонтальном фильтре, полученную водную пасту пигмента высушили во вращающейся трубчатой печи.

При получении желтого пигмента сушку полученной водной пасты пигмента проводили при температуре 110-150^oC, при получении красного пигмента сушку полученной водной пасты пигмента проводили при температуре 700-800^oC, при получении черного пигмента сушку проводили при температуре 110-150^oC. Конечное содержание влаги 0,1-0,5%.

Пигмент классифицировали до фракции 1-3 мкм и остатка на сите 0,063 мм не более 0,5%.

Желтый, черный и красный пигменты получали последовательно в одном реакторе без дополнительной очистки и переналадки технологической линии, что свидетельствует о большой мобильности предложенного способа.

Полученный пигмент неорганический железосодержащий модифицированный использовали в промышленных условиях для приготовления красок.

Процесс характеризовался пониженным расходом реагентов на получение оболочкового пигмента, а полученный пигмент характеризовался низким его расходом при использовании в лакокрасочном материале.

В процессе получения оболочкового пигмента сточные воды не требовали нейтрализации.

Показатели промышленного осуществления приведены в таблице.

Полученный пигмент использовали для приготовления лакокрасочных материалов. Применение оболочкового пигмента позволило снизить его расход для приготовления эмали, необходимой для защитного покрытия площадью 1 м² на 30-40% по сравнению с пигментами по прототипу.

Удельный расход железного купороса для получения пигмента по предлагаемому способу в 2-3 раза меньше, чем при получении пигмента в соответствии с известными способами.

Сточная вода при получении оболочкового пигмента не требовала нейтрализации.

Изобретение относится к области технологии получения неорганических пигментов и может быть использовано при получении оболочкового железооксидного пигмента. Оболочковый пигмент железооксидный используют для приготовления различных лакокрасочных материалов, в частности для окрашивания синтетической кожи, в производстве пластмассовых изделий, в производстве резины, при изготовлении окрашенных строительных бетонов и растворов и др. производствах. Сущность изобретения заключается в способе получения оболочкового пигмента, включающем обработку раствора сернокислого железа суспензией зародышей и окислителем с последующей фильтрацией и сушкой водной пасты пигмента, при этом обработку раствора сернокислого железа проводят при концентрации FeSO₄ 240 - 300 г/дм³ водной суспензией белита шлакового порошкообразного технического с концентрацией белита 300 - 450 г/дм³ до pH 3,4 - 7 и после осаждения пигмента дополнительно вводят водную суспензию белита в количестве 0,1 - 0,2 от массы раствора. Для получения пигмента желтого цвета обработку раствора сернокислого железа водной суспензией белита шлакового порошкообразного технического ведут до pH 3,4 - 4,0. Для получения пигмента красного цвета обработку раствора сернокислого железа водной суспензией белита шлакового порошкообразного технического ведут до pH 5 - 6 и при получении пигмента черного цвета обработку раствора сернокислого железа водной суспензией белита шлакового порошкообразного технического ведут до pH 6,5 - 7 при температуре 70 - 75^oС и вводе в раствор окислителя, например хлората калия (бертолевой соли). Для получения оболочкового пигмента удельный расход железного купороса уменьшается в 2 - 3 раза, сточная вода при получении пигмента не требует нейтрализации. Оболочковый пигмент позволяет снизить удельный расход пигментов для приготовления красок и эмалей на 30 - 40%. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ получения оболочкового пигмента, включающий обработку раствора сернокислого железа суспензий зародышей и окислителем с последующей фильтрацией и сушкой водной пасты пигмента, отличающийся тем, что обработку раствора сернокислого железа проводят при концентрации FeSO₄ 240 - 300 г/дм³ водной суспензией белита шлакового порошкообразного технического с концентрацией белита 300 - 450 г/дм³ до рН 3,4 - 7 и после осаждения пигмента дополнительно вводят водную суспензию белита в количестве 0,1 - 0,2 массы раствора. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для получения пигмента желтого цвета обработку раствора сернокислого железа водной суспензией белита шлакового порошкообразного технического ведут до рН 3,4 - 4,0. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для получения пигмента красного цвета обработку раствора сернокислого железа водной суспензией белита шлакового порошкообразного технического ведут до рН 5 - 6. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что для получения пигмента черного цвета обработку раствора сернокислого железа водной суспензией белта шлакового порошкообразного технического ведут до рН 6,5 - 7 при температуре 70-75^oС, вводя в раствор окислитель, например хлорат калия (бертолетовую соль).