СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЖЕЛЕЗООКИСНЫХ ПИГМЕНТОВ С АНТИКОРРОЗИОННЫМИ СВОЙСТВАМИ Российский патент 2017 года по МПК C09C1/24 C09D5/08 

Изобретение относится к производству неорганических пигментов, а именно железоокисных пигментов коричневого и красного цветов с антикоррозионными свойствами, и может быть использовано в лакокрасочной промышленности для приготовления грунтовок и других защитных покрытий.

Известен способ получения железоокисных пигментов со структурой γ-Fe₂O₃, содержащих 0,1-12,0% SiO₂ и 0,02-5,0% Al₂O₃ путем обжига смеси Fe₃O₄, SiO₂, Al₂O₃ при 200-700°C при подаче воздуха и кислорода [Заявка ФРГ №3820499, кл. С09С 1/40, 1989]. Способ предназначен для получения пигментов коричневого цвета. Недостатком данного способа является нестабильность химического состава, что не исключает появление различных оттенков.

Известен также способ получения красного железоокисного пигмента из красного шлама, отхода глиноземного производства, путем его прокаливания в смеси с фосфомелом [Авт. св. СССР №1060656, кл. С09С 1/24, 1983]. Недостаток способа - темный цвет пигмента и низкое содержание фосфатов.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является «Способ получения железоокисных пигментов» [Патент №2047631. Опубликован 10.11.1995. Авторы - Калиниченко И.И., Соколов В.И., Никоненко Е.А., Колесникова М.П., Пуртов А.И.] (прототип 1). В данном способе красный шлам - отход производства глинозема предварительно разделяют по классам крупности с отбором фракции частиц не крупнее 0,02 мм, и прокаливают эту фракции при 290-850°C. Пигменты получаются чистого красного цвета за счет α-Fe₂O₃. Недостатком данного способа является невозможность получения антикоррозионного пигмента вследствие отсутствия в пигменте фосфатов.

Известны способы получения антикоррозионных пигментов: фосфатов кальция, алюминия, цинка [Е.Ф. Беленький, И.В. Рискин. Химия и технология пигментов. Изд-во "Химия", Л., 1974, С. 220; А.С. 257091 ЧССР, МКИ С09С 1/02, 1989; Заявка 60-38471 Япония, МКИ С 09 1/40, С09С 1/02, 1985; Патент 274526 ЧССР, МКИ С09С 3/04, С09С 1/40, 1992; Заявка 2-151664 Япония, МКИ С09С 1/40, С09С 1/02, 1990, RU 2102420]. Недостатком указанных способов являются сложность технологической схемы получения антикоррозионных пигментов и, следовательно, высокая их стоимость. В патенте RU 2102420 пигмент получают на основе трифосфата алюминия, поэтому для исследования антикоррозионных свойств полученных пигментов он взят в качестве прототипа 2.

Задачей изобретения является получение железоокисных пигментов коричневого и красного цветов с антикоррозионными свойствами за счет дополнительного отбора фракции от 0,02 до 0,045 мм, содержащей более высокое количество соединений кальция и алюминия. Для придания пигментам антикоррозионных свойств фракции обрабатывают ортофосфорной кислотой, чтобы получить фосфаты кальция и алюминия [Калиниченко И.И., Колесникова М.П., Никоненко Е.А., Соколов В.И., Пуртов А.И. Гранулометрический состав красных шламов. Депон. ВИНИТИ 27.09.96, №2892 - В96, Москва, 1996. - 5 с].

Эта задача решается тем, что красный шлам перед прокаливанием разделяют по классам крупности с отбором фракции до 0,02 мм и дополнительно от 0,02 до 0,045 мм. Отобранные фракции обрабатывают разбавленной ортофосфорной кислотой и полученную суспензию перемешивают при температуре 70-80°C в течение нескольких часов до тех пор, пока водородный показатель не становится равны шести (pH=6). Далее суспензию фильтруют, сушат при 100-110°C, высушенный полупродукт прокаливают при температуре 210°C для получения пигмента коричневого цвета. Для получения пигмента красного цвета - температура прокалки 650°C.

Повышение содержания соединений кальция и алюминия за счет дополнительного отбора фракции от 0,02 до 0,045 мм приводит к образованию в пигменте дополнительного количества фосфатов этих металлов, что улучшает антикоррозионные свойства получаемого пигмента, а наличие частиц с крупностью не более 0,045 мм обеспечивает достаточную однородность состава и укрывистость полученных пигментов.

Температура прокаливания обусловлен тем, что при температуре 280°C происходит переход оксида железа со структурой γ-Fe₂O₃ (коричневый цвет) в α-Fe₂O₃ (красный цвет) (термогравиметрические и рентгеноструктурные исследования). Коричневый пигмент получают прокаливанием при 200-250°C, а красный 600-650°C Верхний предел составляет 650°C, так как при более высокой температуре начинается спекание пигмента и он становится более жестким.

Заявленным способом осуществлялось получение пигментов с антикоррозионными свойствами из красного шлама, взятого из отвалов Богословского алюминиевого завода, следующего химического состава в пересчете на оксиды, мас. %: Fe₂O₃-41,5; Al₂O₃-13,1; СаО-12,5; SiO₂-7,5; TiO₂-3,9 (приведены основные компоненты).

Пример. Пробу красного шлама массой 1690 г с влажностью 34% разделяли по классам крупности. После разделения по классам крупности отобранную фракцию отфильтровывали, промывали до pH промывных вод равного 8, и высушивали. Выход фракции составил 92%. Фракция шлама не крупнее 0,045 мм имела следующий химический состав в пересчете на оксиды, мас. %: Fe₂O₃ - 45,5; Al₂O₃ - 14,8; СаО - 13,5; SiO₂ - 6,5; TiO₂ - 3,8 (приведены основные компоненты). В емкость (с обратным холодильником) наливали раствор 16%-ной ортофосфорной кислоты (2840 мл) и небольшими порциями добавляли отобранную фракцию (1000±50 г). Синтез фосфатов проводили при перемешивании и нагревании (70-80°C) в течение 3-х часов. Замеряли водородный показатель суспензии, который на этой стадии становится равным шести (pH=6). Далее отключали нагрев, полученную суспензию фильтровали, высушивали при 105°C, измельчали. Полученный полупродукт делили на две части, прокаливали при температуре 210°C и 650°C соответственно, затем охлаждали и измельчали.

Определение цвета, укрывистости и других технологических параметров полученных пигментов проводилось на основании стандартных методик [Добровольский И., Большаков А. и др. Методы технического анализа пигментного производства: Челябинск, Южно-Уральское книжное издательство, 1973. С. 212-213]. В таблице приведены технологические параметры и характеристики целевых продуктов, полученных заявляемым способом. Химический состав продукта определяется составом фракции - 0,045 мм. Отличием от прототипа 1 является больший процент выхода полезной фракции, температурные интервалы и антикоррозионные свойства пигментов.

Определение на стойкость покрытия к статическому воздействию 3%-ного раствора хлористого натрия проводили по ГОСТ 9. 403-80, метод А. Антикоррозионные свойства пигментов оценивали по стойкости покрытий грунтовкой ГФ-00163, изготовленной с использованием пигментов, полученных по предлагаемому и известному (прототип 2) способам, к статическому воздействию 3%-ного раствора хлорида натрия при 20°C (ТУ 6-27-12-90 «Грунтовка ГФ-0163. Технические условия»). По известному способу (прототип 2) стойкость покрытия грунтовкой ГФ-0163 к статическому воздействию 3%-ного раствора хлорида натрия составляет в среднем 420 час. В таблице приведены данные по стойкости к статическому воздействию 3%-ного раствора хлорида натрия покрытия грунтовкой ГФ-0163 на основе пигментов, полученных предлагаемым способом. Из данных таблицы следует, что мелкие пузыри появляются через 500-550 часов экспозиции в солевом растворе, что позволяет сделать вывод о более высокой эффективности антикоррозионных свойств пигментов, полученных предлагаемым способом. Антикоррозионные свойства придают пигменту фосфаты кальция и алюминия, образующиеся в процессе взаимодействия шлама с ортофосфорной кислотой. Отличие от прототипа 2 - простота технологического решения, дешевое исходное сырье и более высокие антикоррозионные свойства полученных пигментов.

Использование заявляемого способа обеспечивает следующие технические результаты: получение железоокисных пигмента коричневого и красного цветов с укрывистостью 8-10 г/м²; использование отхода производства глинозема - красного шлама (до 92%) без дополнительного сырья и добавок; отсутствие вредных выбросов в окружающую среду; придание пигментам антикоррозионных свойств (фосфаты кальция и алюминия).

Характеристики пигментов приведены в таблице.

Изобретение может быть использовано в лакокрасочной промышленности для приготовления грунтовок и защитных покрытий. Для получения железоокисного пигмента с антикоррозионными свойствами прокаливают отход глиноземного производства - красный шлам. Перед прокаливанием красный шлам разделяют по классам крупности с отбором фракции до 0,02 мм и дополнительно от 0,02 до 0,045 мм. Указанные фракции обрабатывают ортофосфорной кислотой при нагревании до pH=6, суспензию фильтруют, высушивают, прокаливают на воздухе, охлаждают и измельчают. При прокаливании при температуре 200-250°C получают пигмент коричневого цвета. В случае прокаливания при температуре 600-650°C получают пигмент красного цвета. Изобретение позволяет получить железоокисные пигменты с укрывистостью 8-10 г/м² при использовании красного шлама без дополнительного сырья и добавок, исключить вредные выбросы в окружающую среду. 1 табл., 1 пр.

Способ получения железоокисного пигмента с антикоррозионными свойствами из красного шлама - отхода глиноземного производства, включающий его прокаливание, отличающийся тем, что красный шлам перед прокаливанием разделяют по классам крупности с отбором фракции до 0,02 мм и дополнительно от 0,02 до 0,045 мм, фракции обрабатывают ортофосфорной кислотой при нагревании до pH=6, суспензию фильтруют, высушивают, прокаливают на воздухе, охлаждают и измельчают, причем при прокаливании при температуре 200-250°C получают пигмент коричневого цвета, а при прокаливании при температуре 600-650°C - пигмент красного цвета.