СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПИГМЕНТА ДЛЯ ОКРАШИВАНИЯ КЕРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ 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. 181). - 224 с., включающий смешивание исходных компонентов (оксид марганца, железный купорос, цинковый купорос, калиевая селитра) и их мокрый помол, сушку, обжиг пигмента при температуре 900-1400°С в течение 24-48 часов, мокрый помол пигмента в течение 6-48 часов, промывание при температуре 900-1400°С в течение 24-48 часов, сушку и помол, взвешивание и затаривание.

Недостатком данного способа является длительность и энергоемкость технологического цикла.

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

Технический результат достигается тем, что способ получения пигмента черного цвета для окрашивания керамических изделий включает смешивание исходных компонентов, помол, обжиг, контроль качества, взвешивание и затаривание, причем в качестве исходных компонентов используются отходы ванадиевого производства и отходы обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии (КМА), которые смешиваются при соотношении 1:(4,3-4,4) соответственно, а затем осуществляют их сухой помол и обжиг при температуре 820°С в течение 2 часов для получения фазы якобсита MnFe₂O₄ с последующим сухим помолом в течение 0,5 часа.

Предложенный способ отличается от прототипа тем, что в качестве исходных компонентов используются отходы ванадиевого производства и отходы обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии (КМА), которые смешиваются при соотношении 1:(4,3-4,4) соответственно, а затем осуществляют их сухой помол и обжиг при температуре 820°С в течение 2 часов для получения фазы якобсита MnFe₂O₄ с последующим сухим помолом в течение 0,5 часа.

Сопоставительный анализ известного и предлагаемого способов представлен в таблице 1.

В составе отходов обогащения железистых кварцитов КМА содержится FeO - 7,9% и Fe₂O₃ - 3,43. Окислительный обжиг при температуре 820°С проводился с целью перевода FeO в Fe₂O₃. В составе отхода ванадиевого производства имеется 17% 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 образования якобсита состава MnFe₂O₄ необходимо па одну часть отхода ванадиевого производства брать 4,35 частей отходов обогащения железистых кварцитов КМА.

С учетом статистической обработки результатов измерений химического состава отхода ванадиевого производства и отходов обогащения железистых кварцитов КМА был определен доверительный интервал по возможному отклонению химического состава по оксидам железа и марганца:

FeO - 7.9±0,1; Fe₂O₃ - 3.43±0,1; MnO - 17,0±0,2.

Оптимальным соотношением отхода ванадиевого производства и отходов обогащения железистых кварцитов КМА является 1:(4,3÷4,4). При соотношении данных компонентов 1:4,35 количество образовавшегося якобсита составляет 12,71%).

Максимальный выход якобсита наблюдается при 820°С. Результаты исследований представлены в таблице 2.

Железо относится к важнейшим хромофорам, которые используют в производстве керамических пигментов. Ионы железа Fe³⁺ позволяют 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 свето-серых до черных оттенков.

Пример:

В качестве исходных компонентов использовали: отходы обогащения железистых кварцитов КМА известного химического состава (масс. %): Fe общ.=11,34; FeO=7,90; SiO₂=65,02; Al₂O₃=2,21; СаО=2,70; MgO=4,97; S=0,192; Р=0,148; K₂O=0,60; Na₂O=0,90; CO₂=3,54; TiO₂=0,245; П.П.П.=5,20. (Бессмертный B.C., Здоренко Н.М., Макаров А.В., Бондарепко М.А., Кочурин Д.В., Воронцов В.М., Черкасов А.В. Плазменная технология получения стекломикрошариков на основе отходов обогащения железистых кварцитов КМА // Стекло и керамика. 2021. №7. С. 17-27); 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 H.M., Черкасов А.В., Варфоломеева СВ., Бондарепко 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 отходы обогащения железистых кварцитов КМА отвешивали при соотношении 1:4,35. Смесь помещали в планетарную мельницу и осуществляли сухой помол в течение 0,5 часа, а затем ее помещали в корундовый тигель объемом 300 см³ и обжигали в муфельной печи при 820°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 содержания якобсита (12,71%) осуществляли с использованием рентгенофлуоресцеитного метода (APL 9900).

Изобретение относится к керамической промышленности, а именно к производству керамических пигментов. способ получения пигмента для окрашивания керамических изделий включает смешивание исходных компонентов, помол, обжиг, контроль качества, взвешивание и затаривание, причем в качестве исходных компонентов используются отходы ванадиевого производства и отходы обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии (КМА), которые смешиваются при соотношении 1:(4,3-4,4) соответственно, а затем осуществляют их сухой помол, после чего смесь исходных компонентов обжигают при температуре 820°С в течение 2 часов для образования фазы якобсита MnFe₂O₄, придающего пигменту черный цвет, и проводят сухой помол в течение 0,5 часа. Технический результат – ускорение процесса получения пигмента и снижение энергозатрат. 2 табл., 1 пр.

Способ получения пигмента черного цвета для окрашивания керамических изделий, включающий смешивание исходных компонентов, помол, обжиг, контроль качества, взвешивание и затаривание, отличающийся тем, что в качестве исходных компонентов используются отходы ванадиевого производства и отходы обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии (КМА), которые смешиваются при соотношении 1:(4,3-4,4) соответственно, а затем осуществляют их сухой помол и обжиг при температуре 820°С в течение 2 часов для получения фазы якобсита MnFe₂O₄ с последующим сухим помолом в течение 0,5 часа.