СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПИГМЕНТА ДЛЯ КЕРАМИКИ Российский патент 2023 года по МПК C03C1/04 C09C3/04 

Изобретение относится к керамической промышленности, а именно к производству керамических пигментов.

Известен ряд способов получения керамических пигментов, недостатками которых являются высокая энергоемкость и длительность технологического процесса.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ получения керамического пигмента, Масленникова Г.Н., Пищ И.В. Керамические пигменты. 2-е изд. перераб. и доп. - М.: ООО РИФ «Стройматериалы. 2009, (с. 180-181), 224 с., включающий смешивание компонентов (оксид марганца, железный купорос, цинковый купорос, калиевая селитра), последующий их мокрый помол, обжиг при температуре 900-1400°С, мокрый помол пигмента в течение 6-48 часов, контроль помола на сите №0056, промывка в горячей воде при температуре 70-80°С в течение 2-5 часов, сушка, помол, взвешивание и затаривание.

Недостатком данного способа является длительность и энергоемкость технологического цикла.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в ускорении технологического процесса при снижении энергозатрат.

Технический результат достигается тем, что способ получения пигмента для керамики включает смешивание компонентов, помол, обжиг, контроль помола, взвешивание и затаривание, причем для получения пигмента черного цвета в качестве исходных компонентов используется смесь отходов ванадиевого производства и кристаллических сланцев при соотношении 1:(4,0-4,1), их помол осуществляется мокрым способом в течение 0,5 часа, обжиг пигмента проводится при температуре 800°С в течение 2 часов с получением фазы якобсита MnFe₂O₄ после чего выполняют помол пигментов в планетарной мельнице в течение 0,5 часа.

Предложенный способ отличается от прототипа тем, что для получения пигмента черного цвета в качестве исходных компонентов используется смесь отходов ванадиевого производства и кристаллических сланцев при соотношении 1:(4,0-4,1), их помол осуществляется мокрым способом в течение 0,5 часа, обжиг пигмента проводится при температуре 800°С в течение 2 часов с получением фазы якобсита MnFe₂O₄ после чего выполняют помол пигментов в планетарной мельнице в течение 0,5 часа.

Сопоставительный анализ известного и предлагаемого способов представлен в таблице 1.

В составе кристаллических сланцев содержится FeO - 5,01% и Fe₂O₃ - 4,99%. Окислительный обжиг при температуре 800°С необходимо проводить с целью перевода FeO в Fe₂O₃.

В составе отхода ванадиевого производства имеется 17,39% оксида марганца двухвалентного. В процессе обжига происходит образование якобсита по реакции: MnO+Fe₂O₃=Mn²⁺Fe₂³⁺O₄. В составе якобсита оксиды марганца и железа находятся в устойчивой степени окисления, что позволяет получить (черный) керамический пигмент со стабильными спектральными характеристиками.

Расчеты стехиометрического состава показали, что для образования якобсита состава MnFe₂O₄ необходимо на одну часть отхода ванадиевого производства брать 4,1 частей кристаллических сланцев.

С учетом статистической обработки результатов измерений химического состава отхода ванадиевого производства и кристаллических сланцев был определен доверительный интервал по возможному отклонению химического состава по оксидам железа и марганца:

FeO - 5,01±0,1; Fe₂O₃ - 4,99±0,1; MnO - 17,39±0,2.

С учетом возможных отклонений оптимальным соотношением отхода ванадиевого производства и кристаллических сланцев является 1:(4,0÷4,1). При соотношении данных компонентов 1:4,1 количество образовавшегося якобсита составляет 13,31%.

Максимальный выход якобсита наблюдается при 800°С и представлен в таблице 2.

Железо относится к важнейшим хромофорам, которые используют в производстве керамических пигментов. Ионы железа Fe³⁺ позволяет получить железосодержащие пигменты в результате изоморфного замещения железа рядом элементов, в данном случае - марганцем. В зависимости от количества керамического пигмента, содержащего якобсит, цвет керамики может изменяться от светло-серых до черных оттенков.

Пример:

В качестве исходных компонентов использовали: кристаллические сланцы следующего химического состава (мас. %): SiO₂ - 52,92; Al₂O₃ - 9,02; TiO₂ - 1,48; FeO - 5,01; Fe₂O₃ - 4,99; CaO - 6,08; MgO - 2,72; Na₂O - 0,28; K₂O - 2,50; П.П.П. - 15,00 (Патент РФ №2578233); отходы ванадиевого производства известного химического состава (масс. %): СаО - 36,93; SO₃ - 33,02; MnO - 17,39; MgO - 5,03; SiO₂ - 3,22; V₂O₅ - 2,81; Al₂O₃ - 0,41; П.П.П. - 1,13; прочее - 0,06 (Бессмертный B.C., Здоренко Н.М., Черкасов А.В., Варфоломеева С.В., Бондаренко М.А., Макаров А.В., Платов Ю.Т., Платова Р.А. Возможность использования в технологии стеновой керамики отходов ванадиевого производства // Стекло и керамика. 2022. №7. с. 43-50).

Отходы ванадиевого производства и кристаллические сланцы отвешивали при соотношении 1:4,1. Смесь помещали в планетарную мельницу и осуществляли сухой помол в течение 0,5 часа. Смесь помещали в корундовый тигель объемом 300 см³ и обжигали в муфельной печи при 800°С в течение 2 часов. После самопроизвольного остывания смесь помещали в планетарную мельницу и осуществляли сухой помол в течение 0,5 часа. Контроль качества осуществляли с использованием сита №0056. Остаток на сите не превышал 0,2%.

Контроль содержание якобсита (13,31%) осуществляли с использованием рентгенофлуоресцентного метода (APL 9900).

Изобретение относится к керамической промышленности, а именно к производству керамических пигментов. Технический результат предлагаемого изобретения заключается в ускорении технологического процесса при снижении энергозатрат. Способ получения пигмента для керамики включает смешивание отходов ванадиевого производства и кристаллических сланцев при соотношении 1:(4,0-4,1), мокрый помол, обжиг при температуре 800°С в течение 2 часов, с последующим сухим помолом в течение 0,5 часа. В результате обжига образуется фаза якобсита MnFe₂O₄, придающая пигменту чёрный цвет. 2 табл., 1 пр.

Способ получения пигмента для керамики, включающий смешивание компонентов, помол, обжиг, контроль помола, взвешивание и затаривание, отличающийся тем, что для получения пигмента черного цвета в качестве исходных компонентов используется смесь отходов ванадиевого производства и кристаллических сланцев при соотношении 1:(4,0-4,1), их помол осуществляется мокрым способом в течение 0,5 часа, обжиг пигмента проводится при температуре 800°С в течение 2 часов с получением фазы якобсита MnFe₂O₄, после чего выполняют помол пигментов в планетарной мельнице в течение 0,5 часа.