ПИГМЕНТ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК C09C1/00 C09C1/02 C09C1/24 

Изобретение относится к получению высокостойких неорганических пигментов, которые могут быть использованы для окраски пластмасс, резины, натуральной и искусственной кожи, изготовления лакокрасочных материалов, а также декорирования строительной керамики и др.

Известно получение железоксидных неорганических пигментов из промышленных отходов при прокалке железосодержащих осадков электрохимической очистки (ЭХО) сточных вод гальванического производства [1]. Недостатком данного способа получения пигментов является окисление соединений трехвалентного хрома до хроматов, что значительно сужает возможные области применения таких пигментов. Их используют только как антикоррозионные пигменты в лакокрасочной промышленности. Кроме того, электрокоагуляционная очистка гальваношламов внедрена лишь на небольшом числе промышленных производств (8-12% от общего количества гальванических производств), тогда как на большинстве заводов используется реагентная очистка гальваностоков осаждением гидроксидом кальция (РО).

Для переработки таких гальваношламов известен способ переработки за счет отмывки шлама и последующей термообработки при 420-450^oC в течение 2-3 ч [2] . Недостатком данного способа является невысокая стойкость получаемых пигментов, представляющих смесь оксидов металлов и тусклая цветовая гамма (от серого до зеленого цвета).

Целью изобретения является получение дешевых высокостойких пигментов ферритной структуры, получаемых из гальваношламов, и расширение области их применения за счет предотвращения образования шестивалентного хрома.

Это решается созданием пигмента, содержащего оксиды цветных металлов, оксиды железа (II) и (III), оксид хрома, оксид алюминия, оксид кремния, оксид кальция, оксид магния при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Оксид меди - 0,5 - 8,4
Оксид цинка - 0,3 - 6,45
Оксид никеля (II) - 0,01 - 4,3
Оксид кальция - 14,8 - 21,4
Оксид алюминия - 0,02 - 9,7
Оксид железа - 37,0 - 64,0
Оксид кремния - 0,02 - 5,1
Оксид хрома (II) - 2,1 - 12,8
Оксид магния - 3,2 - 4,5
Оксид кадмия - 0,2 - 0,3
Оксид свинца - 0,1 - 0,2
Восстановитель-мелкодисерсные алюминий или железо - 0,5 - 4,5
Поставленная задача решается также способом получения пигмента из составляющих кислородсодержащих соединений металлов, включающих перемешивание указанной смеси, термообработку и измельчение, в котором в качестве смеси составляющих пигмент кислородсодержащих компонентов используются шламы электрохимической (ЭХО) и реагентной (РО) очистки сточных вод гальванического производства в соотношении, мас.%:
ЭХО - 25 - 50
РО - 70,5 - 49,5
К смеси шламов добавляют восстановитель: мелкодисперсные железо или алюминий в количестве 0,5 - 4,5 мас.% и все тщательно перемешивают, термообработку ведут сначала при 80-110^oC в течение 30-90 мин для удаления воды до остаточной влажности 20-30 мас.%, а затем при 600-800^oC в течение 30-120 мин для термосинтеза пигменты ферритной структуры. Измельчение полученного пигмента проводят до размера частиц не более 10 мкм.

При этом используют шламы электрохимической очистки (ЭХО) сточных вод гальванического производства, представляющие собой гидроксид железа с адсорбированными на нем гидроксидами тяжелых металлов. Шлам представляет собой пастообразную массу коричневого цвета с влажностью 75-80%.

Содержание компонентов в нем в пересчете на оксиды составляет, мас.% по сухому продукту:
Оксид железа - 75,0 - 97,3
Оксид никеля (II) - 0,55 - 9,3
Оксид хрома (III) - 0,13 - 13,0
Оксид кальция - 0,01 - 2,49
Оксид цинка - 0,01 - 2,0
Оксид кадмия - 0,01 - 0,2
Используют также шлам реагентного осаждения сточных вод гальванического производства гидроксидом кальция. Шлам представляет собой пастообразную или твердую массу от серого до зеленовато-коричневого цвета с влажностью 60-80%.

Содержание компонентов в нем в пересчете на оксиды составляет, мас.% по сухому продукту:
Оксид железа - 15,0 - 22,0
Оксид хрома (III) - 1,5 - 12,0
Оксид никеля (II) - 0,01 - 2,0
Оксид алюминия - 0,5 - 15,2
Оксид кремния - 0,02 - 8,0
Оксид кальция - 28,5 - 64,0
Оксид меди - 0,5 - 14,0
Оксид цинка - 1,0 - 5,6
Оксид кадмия - 0,01 - 0,5
Оксид свинца - 0,01 - 0,4
Оксид магния - 2,0 - 7,25
Сущность изобретения заключается в создании технологии получения высокостойких пигментов коричневой гаммы цветов на основе переработки отходов гальванического производства, которые в настоящее время не находят применения и сбрасываются в отвал, загрязняя окружающую среду.

Изобретение позволяет переработать исходное сырье (гальваношламы) с получением высокостойких пигментов с хорошими качественными показателями - цветностью, укрывистостью, стабильностью, термостойкостью, обеспечивающими широкий диапазон областей применения.

Количественное соотношение компонентов и режим их термообработки подобраны экспериментально и являются оптимальными. При введении менее 0,5 мас.% восстановителей не удается полностью исключить образование хроматов при термосинтезе, а при введении более 4,5 мас.% восстановителей (мелкодисперсных алюминия или железа) они полностью не успевают окислиться при термосинтезе пигментов, что ухудшает их качество. Использование менее 25 мас.% шламов ЭХО не позволяет получить насыщенный цвет пигментов, а при введении более 50 мас. % этих шламов насыщенность цвета практически не растет, но сокращается сырьевая база для синтеза пигментов в связи с невысокой распространенностью методов электрохимической очистки сточных вод гальванических производств.

Термосинтез при температуре менее 600^oC не позволяет полностью завершиться реакциям образования устойчивых структур типа шпинели (ферритов), а при увеличении температуры синтеза более 800^oC происходит сильное спекание частиц пигментов и ухудшение их качеств.

Недостаточная температура и время сушки ведет к увеличению необходимого времени прокалки и, соответственно, росту затрат на получение пигментов, а повышение температуры и времени сушки сверх оптимальных значений приводит к пылению продуктов и ухудшению условий труда при производстве пигментов.

Пример 1. Шламы электрохимической и реагентной очистки сточных вод гальванического производства в соотношении 25 и 70,5 мас.% соответственно смешивают с 4,5 мас.% мелкодисперсного алюминия (Al). Смесь тщательно перемешивают в смесителе пастообразных материалов и сушат при температуре 80^oC в течение 90 мин. Высушенную смесь прокаливают при 600^oC в течение 120 мин. Полученные пигменты измельчают на вибромельнице или другом типе подходящей мельницы до размера частиц не более 10 мкм, затаривают в мешки, маркируют и отправляют потребителю.

Аналогичным образом готовят примеры 2-10, представленные в таблице.

В таблице представлены данные по химическому составу и режимам термосинтеза пигментов по предлагаемому изобретению.

Из представленных в таблице данных следует, что изобретение позволяет получить пигменты различных оттенков коричневой гаммы цветов, не содержащие вредных соединений в растворимой форме.

Малярно-технические характеристики получаемых пигментов:
укрывистость, г/м² - 10 - 15
маслоемкость, г/100 г пигмента - 32 - 44
Примеры приготовления пигментов состава 2-10 выполняют аналогично примеру 1 (см. таблицу.)
Пигменты прошли успешные производственные испытания для окрашивания натуральной и искусственной кожи, полимерных материалов, строительной керамики, изготовления лакокрасочных материалов различного назначения.

Таким образом, заявляемое техническое решение позволяет разработать способ получения дешевых высокостойких пигментов, получаемых из гальваношламов и расширить область их применения по сравнению с известными решениями.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 1370124, кл. C 09 C 1/24, 1988.

2. Патент РФ N 2055086, кл. C 09 C 1/28, C 04 B 33/14, 1996.

Изобретение относится к получению высокостойких неорганических пигментов, которые могут быть использованы для окраски пластмасс, резины, натуральной и искусственной кожи, изготовления лакокрасочных материалов, а также декорирования строительной керамики и др. Сущность заключается в пигменте и в способе его получения, согласно которому осадки электрохимической очистки (ЭХО) сточных вод гальванического производства, содержащие в пересчете на оксиды в сухом продукте мас.%: оксиды железа 75,0 - 97,3; оксид никеля (II) 0,55 - 9,3; оксид хрома (III) 0,13 - 13,0; оксид кальция 0,01 - 2,49; оксид цинка 0,01 - 2,0; оксид кадмия 0,01 - 0,2 (влажность 75 - 90%) и продукты реагентного осаждения этих вод гидроксидом кальция (РО), содержащее в пересчете на оксиды в сухом продукте, мас.%: оксиды железа 15,0 - 22,0; оксид хрома (III) 1,5 - 12,0; оксид никеля (II) 0,01 - 2,0; оксид алюминия 0,5 - 15,2; оксид кремния 0,02 - 8,0; оксид кальция 28,5 - 64,0; оксид меди 0,5 - 14,0; оксид цинка 1,0 - 5,6; оксид кадмия 0.01 - 0,5; оксид свинца 0,01 - 0,4; оксид магния 2,0 - 7,25 (влажность 60 - 80%), смешивают в массовом соотношении: ЭХО 25 - 50, РО 70,5 - 49,5, добавляют восстановитель - мелкодисперсное железо или алюминий, в количестве 0,5 - 4,5 мас.% и тщательно перемешивают, сушат при 80 - 110^oC до остаточной влажности 20 - 30 мас.% и прокаливают при 600 - 800^oC в течение 30 - 120 мин с последующим измельчением полученных пигментов до размера частиц не более 10 мкм. Получают пигменты коричневой гаммы цветов от бежевого до шоколадно-коричневого цвета. Укрывистость пигментов 10 - 15 г/м², маслоемкость 32 - 44 г/100 г пигмента. 2 с.п. ф-лы, 1 табл.

1. Пигмент, включающий оксиды меди, цинка, никеля, кальция, алюминия, железа, кремния, хрома, отличающийся тем, что он дополнительно содержит оксиды магния, кадмия и свинца и восстановитель - мелкодисперсные алюминий или железо при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Оксид меди - 0,5 - 8,4
Оксид цинка - 0,3 - 6,45
Оксид никеля (II) - 0,01 - 4,3
Оксид кальция - 14,8 - 21,4
Оксид алюминия - 0,02 - 9,7
Оксид железа - 37,0 - 64,0
Оксид кремния - 0,02 - 5,1
Оксид хрома (III) - 2,1 - 12,8
Оксид магния - 3,2 - 4,5
Оксид кадмия - 0,2 - 0,3
Оксид свинца - 0,1 - 0,2
Восстановитель - мелкодисперсные алюминий или железо - 0,5 - 4,5
2. Способ получения пигмента из составляющих пигмент кислородсодержащих соединений металлов, включающий термообработку указанной смеси и измельчение термообработанного продукта, отличающийся тем, что в качестве составляющих пигмент кислородсодержащих соединений используют осадки электрохимической очистки (ЭХО) сточных вод гальванического производства и продукты реагентного осаждения этих вод гидроксидом кальция (РО) при следующем соотношении, мас.%:
ЭХО - 25 - 50
РО - 70,5 - 49,5
осадки смешивают в указанном соотношении, добавляют восстановитель - мелкодисперсные железо или алюминий в количестве 0,5 - 4,5 мас.% и тщательно перемешивают, термообработку ведут сначала при 80 - 110^oC в течение 30 - 90 мин, затем при 600 - 800^oC в течение 30 - 120 мин, полученный пигмент коричневой гаммы цветов измельчают до размера частиц не более 10 мкм.