СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКОГО ПИГМЕНТА Российский патент 1998 года по МПК C03C1/04 

Изобретение относится к технологии получения термостойких пигментов для декорирования строительной керамики, фарфоро-фаянсовых изделий и др.

Известны рецептуры шихты для получения керамических пигментов различных цветов. Наиболее близкими аналогами являются:
для получения пигментов розового цвета шихта содержит оксиды алюминия, хрома, цинка [1].

для получения пигментов синего цвета шихта содержит оксиды алюминия, кобальта, цинка или магния [2],
для получения пигментов черного цвета шихта содержит оксиды железа, хрома, кобальта [2].

Во всех перечисленных вариантах используется общий способ получения по классической схеме синтеза термостойких пигментов, включающий смешение компонентов, их измельчение в шаровых мельницах, сушку, обжиг при T = 1000-13000^oC в течение 1-6 ч с последующим измельчением полученных пигментов [2].

Недостатком данного способа являются высокие энергозатраты на высокотемпературный обжиг пигментов.

Известен способ снижения температуры термообработки за счет приготовления шихты следующего состава, мас.%:
Магний - 6,2 - 7,5
Оксид алюминия - 41,1 - 45,5
Сернокислый магний - 34,0 - 40,6
Борная кислота - 3,0 - 5,0
Краситель - 4 - 6,6
Алюминий - 3,0 - 5,0
Способ заключается в смешении шихты указанного состава, ее прессовании при давлении, нагреве при 650-750^oC с последующей термообработкой в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза и измельчении полученных пигментов [3].

Недостатком данного способа является сложная технология, связанная с прессованием шихты, и энергозатраты на ее предварительный прогрев при 650-750^oC.

Целью настоящего изобретения является упрощение технологии получения керамических пигментов и снижение энергозатрат при их синтезе.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения керамического пигмента путем приготовления шихты, термосинтеза и измельчения берут шихту состава, мас.%:
Оксид алюминия - 27 - 44
Порошкообразный алюминий - 8 - 15
Борная кислота - 1 - 5
Краситель - 2 - 32
Азотнокислый магний - 15 - 39
Оксид магния - 1 - 15
Шихту тщательно перемешивают и воспламеняют от электрозапала с помощью термитной шашки или навески алюмомагниевого сплава. Пламя охватывает весь образец и в течение 2-30 мин в зависимости от размера образца и состава шихты происходит синтез нового керамического пигмента. После охлаждения до комнатной температуры полученные пигменты измельчают до размера частиц менее 10 мкм.

Для получения пигмента розового цвета в качестве красителя используют бихромат аммония при следующих соотношениях компонентов шихты, мас.%:
Оксид алюминия - 33 - 43
Порошкообразный алюминий - 8 - 14
Бихромат аммония - 2 - 8
Борная кислота - 1 - 5
Азотнокислый магний - 27 - 39
Оксид магния - 5 - 15
Для получения пигментов зеленого цвета в качестве красителя используют хромовый ангидрид при следующих соотношениях компонентов шихты, мас.%:
Оксид алюминия - 30 - 44
Порошкообразный алюминий - 9 - 15
Хромовый ангидрид - 12 - 28
Борная кислота - 1 - 5
Азотнокислый магний - 15 - 29
Оксид магния - 1 - 7
Для получения пигментов салатового цвета в качестве красителя используют сернокислый никель при следующих соотношениях компонентов шихты, мас.%:
Оксид алюминия - 27 - 33
Порошкообразный алюминий - 9 - 15
Сернокислый никель - 6 - 22
Борная кислота - 1 - 5
Азотнокислый магний - 25 - 35
Оксид магния - 5 - 15
Для получения пигментов синего цвета в качестве красителя используют оксид кобальта (II, III) при следующих соотношениях компонентов шихты, мас. %:
Оксид алюминия - 27 - 33
Порошкообразный алюминий - 8 - 15
Оксид кобальта (II, III) - 3 - 24
Борная кислота - 1 - 5
Азотнокислый магний - 27 - 39
Оксид магния - 3 - 15
Количественное соотношение компонентов подобрано экспериментально и является оптимальным.

При введении менее 8 мас. % порошкообразного алюминия композиция не воспламеняется, а свыше 15 мас.% - состав сплавляется.

При введении окислителя - азотнокислого магния более 39 мас.% также происходит сплавление образа, сопровождающееся ухудшением качества пигмента, а при содержании азотнокислого магния менее 27 мас.% - горение неустойчиво.

При содержании оксидов алюминия и магния свыше 33 мас.% и 15 мас.% соответственно - состав не воспламеняется, а менее 27 мас.% и 3 мас.% - сплавляется.

Предельные значения минерализатора - борной кислоты (1-5 мас.%) обеспечивает оптимальные условия термосинтеза пигментов. Уменьшение содержания борной кислоты снижает насыщенность цвета пигментов, а увеличение сверх оптимального количества приводит к остекловыванию керамического пигмента, что отрицательно сказывается на качестве продуктов.

Отклонение от предельных значений красителей (бихромат аммония, хромовый ангидрид, сернокислый никель, оксид кобальта) приводит к изменению цвета, интенсивности окраски и качества продукта. Так, уменьшение концентрации красителя приводит к снижению интенсивности цвета пигмента, а увеличение - к изменению цвета (для розового пигмента) или снижению качества вследствие восстановления металла.

Керамический пигмент предлагаемого состава получают следующим способом. Составные компоненты исходной шихты измельчают, перемешивают в необходимом соотношении и помещают на теплоизолированный металлический поддон. Дистанционно воспламеняют от электрозапала с помощью термитной шашки или навески алюмомагниевого сплава. Пламя охватывает весь образец и в течение 2-30 мин. в зависимости от состава исходной шихты и размеров образца происходит синтез нового соединения - керамического пигмента требуемого цвета.

Полученный пигмент охлаждают до комнатной температуры и измельчают до размера частиц мене 10 мкм.

Пример 1. Исходные компоненты (в мас.%): оксид алюминия - 43, порошкообразный алюминий - 8, борная кислота - 5, азотнокислый магний - 27, оксид магния - 15, бихромат аммония - 2 измельчают и тщательно перемешивают. Полученную смесь высыпают на теплоизоляционный металлический поддон и воспламеняют с помощью термитной шашки или навески алюмомагниевого сплава. Шихта воспламеняется и горит с ярким свечением по всему объему. После термосинтеза полученный пигмент розового цвета охлаждают до комнатной температуры и измельчают до размера частиц менее 10 мкм.

Примеры приготовления керамического пигмента составов 2-12 выполняют аналогично примеру (см. таблицу).

Таким образом, заявляемое техническое решение позволяет уменьшить энергоемкость термосинтеза керамических пигментов различных цветов и упростить технологию их получения по сравнению с известным способом.

Источники информации:
1. SU, авторское свидетельство, 1318560, кл. C 03 C 1/04, 1987.

2. Мартынов М.А., Визир В.А. Технология производства керамических красок. - Киев Гос. изд-во технической литературы УССР, 1956, с. 73, 87, 122.

3. SU, патент, 1823862, кл. C 03 C 1/04, 1993.

Исходная шихта для керамического пигмента содержит мас. %: оксид алюминия 27-44, порошкообразный алюминий 8-15, борная кислота 1-5, краситель 2-32, азотнокислый магний 15-39, оксид магния 1-15. Шихту указанного состава измельчают, тщательно перемешивают и воспламеняют от электрозапала с помощью термитной шашки или навески алюмомагниевого сплава. Термосинтез пигмента проходит в режиме горения. Полученный пигмент измельчают до размеров частиц менее 10 мкм. Способ обеспечивает упрощение технологии получения керамических пигментов и снижает энергозатраты на их производство. 4 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ получения керамического пигмента путем приготовления шихты, содержащей оксид алюминия, порошкообразный алюминий, борную кислоту, краситель, ее термосинтеза и измельчения, отличающийся тем, что в шихту дополнительно вводят азотнокислый магний и оксид магния при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Оксид алюминия - 27 - 44
Порошкообразный алюминий - 8 - 15
Борная кислота - 1 - 5
Краситель - 2 - 32
Азотнокислый магний - 15 - 39
Оксид магния - 1 - 15
шихту тщательно перемешивают и воспламеняют от электрозапала с помощью термитной шашки или навески алюмомагниевого сплава, термосинтез проходит в режиме горения, а полученный пигмент измельчают до размеров частиц менее 10 мкм. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для получения пигмента розового цвета в качестве красителя используют бихромат аммония при следующем соотношении компонентов шихты, мас.%:
Оксид алюминия - 33 - 43
Порошкообразный алюминий - 8 - 14
Бихромат аммония - 2 - 8
Борная кислота - 1 - 5
Азотнокислый магний - 27 - 39
Оксид магния - 5 - 15
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для получения пигмента зеленого цвета в качестве красителя используют хромовый ангидрид при следующих соотношениях компонентов шихты, мас.%:
Оксид алюминия - 30 - 44
Порошкообразный алюминий - 9 - 15
Хромовый ангидрид - 12 - 28
Борная кислота - 1 - 5
Азотнокислый магний - 15 - 29
Оксид магния - 1 - 7
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что для получения пигмента салатового цвета в качестве красителя используют сернокислый никель при следующих соотношениях компонентов, шихты, мас.%:
Оксид алюминия - 27 - 33
Порошкообразный алюминий - 9 - 15
Сернокислый никель - 6 - 22
Борная кислота - 1 - 5
Азотнокислый магний - 25 - 35
Оксид магния - 5 - 15
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что для получения пигмента синего цвета в качестве красителя используют оксид кобальта (II, III) при следующих соотношения компонентов шихты, мас.%:
Оксид алюминия - 27 - 33
Порошкообразный алюминий - 8 - 15
Оксид кобальта (II, III) - 3 - 24
Борная кислота - 1 - 5
Азотнокислый магний - 27 - 39
Оксид магния - 3 - 15м