СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПИГМЕНТА СИНЕГО ЦВЕТА ДЛЯ КЕРАМИКИ Российский патент 2023 года по МПК C04B103/54 C09C1/00 C09C1/40 

Изобретение относится к производству пигментов, используемых в керамической промышленности.

Известен ряд способов получения керамических пигментов, недостатками которых являются длительность технологического процесса и применение дорогостоящих материалов.

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 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 70-80 ºС в течение 2-5 ч и отжим воды.

Недостатками данного способа является длительность технологического процесса получения пигмента и применения дорогостоящих компонентов для его получения.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в применении техногенных отходов промышленности, ускорении процесса получения пигмента, что снижает энергозатраты на производство готовой продукции и позволяет удешевить конечный продукт.

Технический результат достигается тем, что способ получения пигмента синего цвета для керамики, включающий помол сырьевых компонентов, их смешение с последующей термической обработкой и помолом до требуемой дисперсности, причем в качестве сырьевых компонентов используют бой фарфора, содержащий оксид марганца, и отходы ванадиевого производства, содержащие оксиды ванадия и марганца, смешение осуществляют при соотношении 1:2, затем полученную смесь гранулируют с получением гранул размером 2-4 мм, с последующей термической обработкой в плазменном реакторе с расходом гранулированной шихты 5г/с, после остывания полученного расплава осуществляют сухой помол до прохождения через сито 0056 с получением синего пигмента, содержащего основную красящую фазу шпинели и ванадата марганца Mn₂V₂O₇.

Сопоставительный анализ известного и предлагаемого способов представлен в таблице 1.

Таблица 1

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

Обжиг при 900-1400ºС
24 часа

Мокрый помол 6-48 часов
Контроль дисперсности
(сито № 0056)

Центрифугирование

Промывка в горячей воде (70-80ºС)

Отжим воды Помол и усреднение боя фарфора и отходов ванадиевого производства при соотношении 1:2 весовых частей

Гранулирование шихты

Термическая обработка в плазменном реакторе
с расходом гранулированной шихты
5г/с

Сухой помол в течение 0,5 ч

Контроль дисперсности
(сито № 00560) 30 часов 1 час

Предложенный способ отличатся от прототипа тем, что в качестве сырьевых компонентов используют бой фарфора, содержащий оксид марганца, и отходы ванадиевого производства, содержащие оксиды ванадия и марганца, смешение осуществляют при соотношении 1:2, затем полученную смесь гранулируют с получением гранул размером 2-4 мм, с последующей термической обработкой в плазменном реакторе с расходом гранулированной шихты 5г/с, после остывания полученного расплава осуществляют сухой помол до прохождения через сито 0056 с получением синего пигмента, содержащего основную красящую фазу шпинели и ванадата марганца Mn₂V₂O₇.

В предлагаемом способе в процессе термической обработки происходит частичное плавление и кристаллизация красящих центров, к которым относят шпинели и ванадаты марганца состава Mn₂V₂O₇.

В составе ванадиевого отхода имеются оксиды марганца и оксиды ванадия, которые обладают явно выращенными хромофорными свойствами. Ванадиевый отход имеет в своем составе оксиды ванадия и марганца. Оксид ванадия обладает следующими хромофорными свойствами. Соединения, содержащие ионы V²⁺обладают сильными восстановительными свойствами и могут окисляться до V³⁺. Окраска при этом меняется от фиолетовой до зеленой. Температура плавления V₂O₃ составляет 6700ºС. Цвет может изменяться от зеленого до оранжевого, синего-фиолетового. Окраска ванадий содержащих пигментов и минералов зависит от количества ионов V³⁺ и V²⁺и их соотношения [Оптические спектры шпинелей / Богинский О.Н., Грум-Гржимайло С.В., Попова А.А. и др. // Спектроскопия кристаллов. – М.: Наука, 1970. – 123 с.]. Оксид марганца, содержащийся в ванадиевом отходе, обладает следующими хромофорными свойствами. В спектрах минералов, содержащих ионы марганца со степенью окисления +2 имеется три полосы поглощения в видимой области с максимумами в фиолетовой и зеленой областях [Лоу У. Парамагнитный резонанс в твердых телах. – М.: Химия, 1966. – 25 с.]. Наиболее яркой окраской обладают тетраэдрические комплексы, комплексообразователь в которых представлен ионами Mn²⁺. Комплексные соединения Mn³⁺ окрашены в пурпурный цвет с широкой полосой поглощения при длине волны 20 000 см^-[Бальхаузен К. Введение в теорию поля лигандов. – М.: Мир, 1964. – 592 с.]. Зеленый цвет марганецсодержащих соединений связан с образованием из ионов Mn³⁺и Mn⁴⁺ ионов Mn²⁺. При этом происходит наложение двух цветов – желтого и розового, которые смешиваясь, образуют зеленый цвет [Платонов А.Н. Природа окраски минералов. – Киев: Наукова думка, 1976. – 263 с.].

В составе тонкодисперсного боя фарфора имеется оксид марганца, который обладает ярко выраженными хромофорными свойствами В результате плавления смеси боя фарфора и отхода ванадиевого производства происходит разложение сульфата кальция и перехода оксида кальция в силикатный расплав за счет плавления всей смеси. Расплав из боя фарфора обладает высокой кристаллизационной способностью. В процессе самопроизвольного быстрого охлаждения в силикатном расплаве образуются красящие центры кристаллизации за счет образования хромофорных кристаллических фаз равномерно по всему объему расплава.

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

Оптимальное соотношение тонкодисперсного порошка фарфора и отхода ванадиевого производства, экспериментально полученное, представлено в таблице 2.

Таблица 2

Оптимальное соотношение компонентов

№ п/п Соотношение компонентов Количество кристаллической фазы с красящими хромофорными свойствами, мас. % Бой фарфора Отход ванадиевого производства 2 1 58 1 1 69 1* 2* 88* 1 3 72 * – оптимальный вариант

Пример

В качестве исходных компонентов брали отходы ванадиевого производства следующего химического состава (таблица 3).

Таблица 3

Химический состав отхода ванадиевого производства

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

Брали бой фарфора, предварительно измельчали в лабораторной щековой дробилке и производили помол в шаровой мельнице в течение 0,5 ч.

Тонкодисперсные порошки боя фарфора и отхода ванадиевого производства при соотношении 1:2 весовых частей усредняли в лабораторном смесителе и смесь гранулировали в лабораторном грануляторе с образованием гранул шихты 2-4 мм.

Гранулированную шихту помещали в порошковый питатель. Из порошкового питателя гранулы подавались в плазменный реактор УПУ-8м с плазменным горелочным устройством ГН-5Р с производительностью 5 г/с. При увеличении производительности происходит залипание газовоздушных каналов. Среднемассовая температура плазменной струи составляла 8500К. Плазмообразующим газом служил аргон, расход которого составил 30 л/мин. Под действием высоких температур плазменной струи 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 – дифрактометре ART XTRA Thenno Fishen Scientific 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 88%.

Изобретение относится к производству пигментов, используемых в керамической промышленности. Технический результат предлагаемого изобретения заключается в применении техногенных отходов промышленности, ускорении процесса получения пигмента, что снижает энергозатраты на производство готовой продукции и позволяет удешевить конечный продукт. Технический результат достигается тем, что способ получения пигмента синего цвета для керамики, включающий помол сырьевых компонентов, их смешение с последующей термической обработкой и помолом до требуемой дисперсности, причем в качестве сырьевых компонентов используют бой фарфора, содержащий оксид марганца, и отходы ванадиевого производства, содержащие оксиды ванадия и марганца, смешение осуществляют при соотношении 1:2, затем полученную смесь гранулируют с получением гранул размером 2-4 мм, с последующей термической обработкой в плазменном реакторе с расходом гранулированной шихты 5 г/с, после остывания полученного расплава осуществляют сухой помол до прохождения через сито 0056 с получением синего пигмента, содержащего основную красящую фазу шпинели и ванадата марганца Mn₂V₂O₇. 3 табл.

Способ получения пигмента синего цвета для керамики, включающий помол сырьевых компонентов, их смешение с последующей термической обработкой и помолом до требуемой дисперсности, отличающийся тем, что в качестве сырьевых компонентов используют бой фарфора, содержащий оксид марганца, и отходы ванадиевого производства, содержащие оксиды ванадия и марганца, смешение осуществляют при соотношении 1:2, затем полученную смесь гранулируют с получением гранул размером 2-4 мм, с последующей термической обработкой в плазменном реакторе с расходом гранулированной шихты 5г/с, после остывания полученного расплава осуществляют сухой помол до прохождения через сито 0056 с получением синего пигмента, содержащего основную красящую фазу шпинели и ванадата марганца Mn₂V₂O₇.