Способ получения цветных титансодержащих неорганических пигментов

 

Использование: в лакокрасочной, керамической, строительной, кожевенной и бумажной промышленностях. Сущность изобретения: ильменитовый концентрат или смесь ильменитового концентрата с добавками в соотношении (2-5):1 подвергают обработке в механическом активаторе при энергонапряженности 10 - 50 Вт/г в течение 5 - 15 мин. Последующее прокаливание полученного продукта ведут при 700 - 900^oC в течение 2 - 5 ч.

Изобретение относится к технологии получения цветных неорганических титановых пигментов из ильменитовых концентратов и может быть использовано в лакокрасочной, керамической, строительной, кожевенной и бумажной промышленностях.

Известен способ получения цветных титановых пигментов на основе концентратов рутил-кварцевого лекоксена, включающий их прокаливание с добавками фтористого натрия с последующим измельчением прокаленной массы до пигментной крупности [1] Недостатком способа является загрязнение окружающей среды вследствие выделения в атмосферу соединений фтора и фосфора, химическая агрессивность реакционной шихты, что усложняет аппаратурное оформление процесса и ухудшает условия труда.

Известен способ получения титановых пигментов из ильменитового концентрата. Способ предусматривает предварительное получение белого пигмента путем обработки ильменитового концентрата серной кислотой, гидролиза раствора сульфата титана, включающего приготовление зародышей, отмывку, отбелку и солевую обработку продукта гидролиза с последующей термической обработкой осажденного продукта и получением цветного пигмента при введении соответствующих добавок и прокаливании при температуре 800 900^oC [2] Недостатком способа является многостадийность производственного процесса, сложность технологического цикла, большое количество побочных продуктов, сточных вод и отходящих газов, загрязняющих окружающую среду.

Задачей изобретениея является упрощение технологии производства цветных титансодержащих пигментов и улучшение экологической обстановки при производстве пигментов.

Поставленная задача достигается тем, что в способе получения титансодержащих неорганических пигментов из ильменитового концентрата, включающем обработку концентрата с последующим прокаливанием полученного пигмента, концентрат или его смесь с добавками в соотношении концентрат:добавка, равном (2 5): 1, обрабатывают в механическом активаторе при энергонапряженности 10 50 Вт/г в течение 5 15 мин, а прокаливание ведут при 700 900^oC в течение 2 5 ч.

При обработке ильменитового концентрата в активаторе за счет интенсивного механического воздействия мелющих тел на вещество происходит не просто тонкое измельчение, но сильное увеличение дефектности структуры и частичная аморфизация ильменита. Это способствует разложения ильменита на оксиды рутил TiO₂, оксиды железа и образованию пигмента из этих оксидов и вводимых добавок при последующем прокаливании.

Влияние механической активации на эти процессы выявлено данными рентгенофазового анализа (РФА). По данным РФА интенсивность рефлексов ильменитового концентрата после механической активации снижается в 5 6 раз по сравнению с исходным образцом, измельченным в ступке. После прокаливания при 700 900^oC механически активированный ильменит разлагается на оксиды титана и железа, образование которых также идентифицируется данными РФА. После прокаливания механически активированный образец приобретает цвет яркой охры. В неактивированном образце после прокаливания в тех же условиях рутил не образуется и цвет образца остается темным.

Совместная механическая активация ильменитового концентрата с добавками или предварительная активация ильменитового концентрата с последующим введением добавок и дальнейшим прокаливанием в интервале температур 700 - 900^oC позволяет получить широкую гамму желтых, охристых и коричневых пигментов. При введении в качестве добавки оксида цинка образуется титанат цинка, который при включении в его решетку ионов железа, присутствующих в ильменитовом концентрате приобретает желто-охристую окраску. Образующееся соединение (Zn, Fe)₂TiO₄ идентифицируется данными рентгенофазового анализа. В зависимости от соотношения ионов цинка и железа в этом соединении оттенок пигмента изменяется от желтого до коричневого.

Образцы неактивированного ильменитового концентрата после добавки оксида цинка и прокаливания в тех же условиях имеют грязно-серую окраску.

Оптимальный режим обработки вещества в активаторе определялся экспериментально. При энергонапряженности менее 10 Вт/г отсутствует эффект активации ильменитового концентрата. В случае энергонапряженности при обработке более 50 Вт/г начинается отжиг наводимых в ильмените дефектов и эффект активации снижается.

Пример конкретного выполнения Ильменитовый концентрат или он же с добавками (например, оксида цинка) загружают в барабан планетарного активатора и подвергают механической активации при энергонапряженности 10 50 Вт/г в течение 5 15 мин. Выгружают концентрат или его активированную смесь с добавками из барабана и прокаливают при температуре 700 900^oC. Пигмент измельчают в том же активаторе при энергонапряженности менее 10 Вт/г в течение 0,5 мин. Качество пигмента соответствует техническим условиям для этого класса пигментов (ТУ 6-10-1320-77).

Пример 1. 50 г ильменитового концентрата, содержащего 47,9% TiO₂, 39,5% FeO, 6,8% Fe₂O₃, 2,2% SiO₂, 0,6% MnO₂, 0,2% V₂O₅, 0,1% P₂O₅ и 2,7% остальное, загружают в барабан планетарной мельницы и активируют при энергонапряженности 10 Вт/г в течение 15 мин. Активированный ильменитовый концентрат выгружают из барабана и прокаливают при температуре 850^oC в течение 2 ч. Полученный пигмент имеет ярко-охристую окраску.

Пример 2. 10 г ильменитового концентрата того же состава загружают в барабан планетарной мельницы и активируют при энергонапряженности 50 Вт/г в течение 2 мин.

Затем в тот же барабан загружают 2 г ZnO и активируют еще 3 мин. Полученную смесь выгружают из барабана и прокаливают при температуре 700^oC в течение 5 ч. Полученный пигмент имеет светло-коричневую окраску.

Пример 3. Смесь из 8 г ильменитового концентрата того же состава и 0,4 г ZnO загружают в барабан планетарной мельницы и обрабатывают при энергонапряженности 50 Вт/г в течение 5 мин. Смесь выгружают из барабана и прокаливают при 900^oC в течение 2 ч. Цвет пигмента ярко-желтый.

Преимуществами получения цветных титансодержащих неорганических пигментов по предлагаемому способу является простота метода, включающая обработку вещества и его прокаливание, экологическая чистота способа, т.к. механическая активация производится в закрытых барабанах активатора и отсутствуют сточные воды, побочные продукты, отходы и вредные выбросы в атмосферу, вследствие того, что в качестве добавок используются оксиды.

Формула изобретения

Способ получения цветных титансодержащих неорганических пигментов из ильменитового концентрата, включающий обработку концентрата с последующим прокаливанием полученного пигмента, отличающийся тем, что концентрат или его смесь с добавками в соотношении концентрат: добавка 2 5:1 обрабатывают в механическом активаторе при энергонапряженности 10 50 Вт/г в течение 5 15 мин, а прокаливание ведут при 700 900^oС в течение 2 5 ч.