СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПИГМЕНТА ДЛЯ СТЕНОВОЙ КЕРАМИКИ Российский патент 2023 года по МПК C03C1/04 B09B3/29 C09C3/04 

Изобретение относится к производству пигментов для стеновой керамики и может быть использовано в керамической промышленности.

Известен способ получения керамического пигмента, включающий смешивание компонентов и воспламенение смеси с помощью термической шашки с последующем остыванием и помолом [Пат. РФ 2121463, МПК С03С1/04, Способ получения керамического пигмент / Тимошин В.Н., Селин В.В., Милехин Ю.М., Кривошеев Н.А., Яковлев С.И., Ус С.А. №97111709/03, заявл. 07.07.1997, опубл. 10.11.1998. 7 с.], недостаткам которого является сложность и длительность технологического процесса.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению 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 усреднение компонентов (оксид марганца, железный купорос, цинковый купорос, калиевая селитра), их обжиг при 900-1400ºС, последующий мокрый помол в течение 6-48 часов, контроль дисперсности по величине остатка на сите № 0056, центрифугирование, промывка в горячей воде при температуре 70-80ºС в течение 2-5 ч и отжим воды.

Недостатком данного способа является длительность и энергоемкость технологического процесса.

Целью предлагаемого способа получения пигмента черного цвета для стеновой керамики является ускорение процесса получения пигмента, замена дорогостоящих сырьевых материалов на техногенные отходы промышленности, снижение энергозатрат.

Технический результат достигается тем, что для получения пигмента черного цвета предварительно получают тонкодисперсный порошок из боя санитарно-строительной керамики, прошедшей через сито №0056, смешивают его с отходом ванадиевого производства при соотношении весовых частей 1:3, производят гранулирование шиты с размером гранул 5-9 мм, термообработку в плазменном реакторе мощностью 24 кВт с кристаллизацией красящих центров ванадата марганца Mn₂V₂O₇.

Предложенный способ отличатся от прототипа тем, что в качестве компонентов для синтеза пигмента использовали тонкодисперсный бой санитарно-строительной керамики и отходы ванадиевого производства при соотношении 1:3 весовых частей, которые после усреднения гранулируются и термообрабатываются в плазменном реакторе.

Сопоставительный анализ известного и предлагаемого способов представлен в таблице 1.

Таблица 1

Известный способ,
[Масленникова Г.Н., Пищ И.В. Керамические пигменты. 2-е изд. перераб. и доп. – М.: ООО РИФ «Стройматериалы. 2009, (С. 180). – 224 с.] Предлагаемый способ Усреднение компонентов
(оксид марганца, железный купорос, цинковый купорос, калиевая селитра)

Обжиг при 900-1400ºС

Мокрый помол 6-48 часов

Контроль дисперсности
(сито № 0056)

Центрифугирование

Промывка в горячей воде (70-80ºС)

Отжим воды Помол боя санитарно- строительной керамики

Усреднение тонкодисперсных порошков отхода ванадиевого производства и санитарно-строительной керамики

Гранулирование компонентов

Термическая обработка в плазменном реакторе мощностью 24 кВт

Сухой помол в течение 20 мин

Контроль дисперсности
(сито № 0056)

В предлагаемом способе в процессе термической обработки происходит частичное плавление и кристаллизация красящих центров ванадата марганца состава Mn₂V₂O₇.

В результате плавления смеси тонкодисперсного порошка санитарно-строительной керамики и отхода ванадиевого производства происходит разложение сульфата кальция и перехода оксида кальция в силикатный расплав за счет плавления всей смеси. Расплав на основе санитарно-строительной керамики обладает высокой кристаллизационной способностью. В процессе самопроизвольного быстрого охлаждения в силикатном расплаве образуются красящие центры кристаллизации за счет образования хромофорных кристаллических фаз, равномерно распределенных по всему объему расплава.

После остывания затвердевшие гранулы измельчают до прохождения на сите №0056.

Оптимальное соотношение тонкодисперсного порошка санитарно-строительной керамики, полученного путем помола боя, и отхода ванадиевого производства, экспериментально полученное, представлено в таблице 2.

Таблица 2

Оптимальное соотношение компонентов

№ п/п Соотношение компонентов, части Количество кристаллической фазы с красящими хромофорными свойствами, мас. % Тонкодисперсный порошок санитарно-строительной керамики Отход ванадиевого производства 1 1 55 1 2 65 1* 3* 84* 2 3 70 * – оптимальный вариант

При использовании для получения пигмента черного цвета гранулированной шихты размером более 9 мм наблюдался непровар шихты и незначительная кристаллизация расплава. Это не позволяло получить высококачественный пигмент. При использовании гранулированной шихты размером менее 5 мм наблюдалось в процессе синтеза пигмента инконгруентное испарение оксидов при интенсивном плавлении компонентов за счет высоких температур плазменной струи, порядка 9000К. Это снижало скорость кристаллизации и количества кристаллической фазы в конечном продукте. Таким образом, оптимальные размеры гранулированной шихты, экспериментально полученные, лежат в пределах 5-9 мм.

Пример.

При снижении мощности плазмотрона менее 24 кВт снижается температура плазмы, что удлиняет время получения конечного продукта, при увеличении мощности работы плазмотрона более 24 кВт среднемассовая температура плазменной струи возрастает более чем на 1000ºС. Это интенсифицирует процессы инконгруентного испарения компонентов и снижает количество конечного продукта.

В качестве исходных компонентов брали:

1. Отходы ванадиевого производства следующего химического состава:

Таблица 3

Химический состав отхода ванадиевого производства

Содержание оксидов, % CaO SO₃ Mn₂O₃ MgO SiO₂ V₂O₅ Al₂O₃ ППП Прочее 36,93 33,02 17,39 5,03 3,22 2,81 0,41 1,13 0,06

(Возможность использования в технологии стеновой керамики отходов ванадиевого производства / В.С. Бессмертный, Н.М. Здоренко, А.В. Черкасов, С.В. Варфоломеева, М.А. Бондаренко, А.В. Макаров, Ю.Т. Платов, Р.А. Платова // Стекло и керамика, 2022, Т. 95, № 7 (1135), С.43-50.)

2. Бой санитарно-строительной керамики следующего химического состава (мас.%): SiO₂-62,10; Al₂O₃-29,80; CaO-1,03; MgO- 0,96; Fe₂O₃-0,64; Na₂O- 3,36; K₂O- 1,52; TiO₂ -0,51. (Использование альтернативных источников энергии и стеклянных бытовых отходов в технологии глазурования керамической облицовочной плитки / В.С. Бессмертный, Н.И. Минько, Н.М. Здоренко, М.А. Бондаренко, А.В. Макаров, Д.В. Кочурин // Стекло и керамика, 2020, № 10, С.29-33.)

Брали бой санитарно- строительной керамики, предварительно измельчали в лабораторной щековой дробилке и производили помол в шаровой мельнице в течение 20 минут.

Тонкодисперсные порошки санитарно-строительной керамики и отхода ванадиевого производства при соотношении 1:3 весовых частей усредняли в лабораторном смесителе и смесь гранулировали в лабораторном грануляторе с образованием гранул шихты 5-9 мм.

Гранулированную шихту помещали в порошковый питатель. Из порошкового питателя гранулы подавались в плазменный реактор УПУ-8м с плазменным горелочным устройством ГН-5Р. Мощность работы плазменного реактора составляла 24 кВт. Плазмообразующим газом служил аргон, расход которого составил 30 л/мин. Под действием высоких температур плазменной струи, порядка 9000К, гранулы шихты плавились с образованием расплава. Под действием отходящего потока плазмообразующего газа-аргона расплавленные капли транспортировались в газовоздушном потоке из плазменного реактора в сборник. В процессе транспортировки расплав кристаллизовался и накапливался в сборнике.

Контроль количества кристаллической фазы в конечном продукте контролировали рентгенофазовым анализом с использованием установки – дифрактометра ARTXTRAThennoFishenScientific в диапазоне углов 2Ɵ=4-64ºС.

Порошковые дифрактограммы расшифровывали с использованием картотеки ASTM.

Параметры съемки порошковых дифрактограмм: медный анод и K_α – излучение при 40 кВт.

Количество кристаллической фазы составило 84%. При добавлении пигмента в керамические массы для получения окрашенной стеновой керамики в количестве 3%, 5% и 7% при органолептической оценке стеновая керамика окрашивалась соответственно в светло-серые, серые и черные цвета.

Изобретение относится к производству пигментов для стеновой керамики и может быть использовано в керамической промышленности. Способ получения пигмента для стеновой керамики включает подготовку, отвешивание, усреднение компонентов шихты и её последующую термическую обработку, помол и контроль дисперсности готового продукта. При подготовке компонентов шихты получают тонкодисперсный порошок из боя санитарно-строительной керамики, прошедший через сито № 0056, смешивают его с отходом ванадиевого производства при соотношении 1:3, производят гранулирование шихты с размером гранул 5-9 мм. Термообработку шихты производят в плазменном реакторе мощностью 24 кВт, обеспечивая образование красящих центров ванадата марганца, придающих пигменту чёрный цвет. Изобретение направлено на ускорение процесса получения пигмента, замену дорогостоящих сырьевых материалов на техногенные отходы промышленности и снижение энергозатрат. 3 табл., 1 пр.

Способ получения пигмента для стеновой керамики, включающий подготовку, отвешивание, усреднение компонентов шихты и её последующую термическую обработку, помол и контроль дисперсности готового продукта, отличающийся тем, что для получения пигмента черного цвета предварительно получают тонкодисперсный порошок из боя санитарно-строительной керамики, прошедший через сито 0056, смешивают его с отходом ванадиевого производства при соотношении весовых частей 1:3, производят гранулирование шихты с размером гранул 5-9 мм, термообработку шихты в плазменном реакторе мощностью 24 кВт с кристаллизацией красящих центров ванадата марганца Mn₂V₂O₇.