Шихта для получения керамического пигмента синего цвета

 

Шихта для получения пигментов синего цвета с использованием тепла протекающих экзотермических реакций содержит, мас.%: порошкообразный алюминий БФ Al 9-15, нитрат магния БФ Mg (NO₃)₂ · 6 H₂О 27-37, оксид магния БФ MgO 5-15, оксид алюминия БФ Al₂О₃ 27-31, оксид кобальта БФ Co₃O₄ 4-24, борная кислота БФ H₃BО₃ 2-4. Характеристики пигментов: укрывистость 37-108 г/см², маслоемкость 17,5-37,0 г/100 г пигмента, устойчивость к глазури до 1400^oC. 1 табл.

Изобретение относится к составам получения керамических пигментов для строительства керамики, декорирования изделий из фарфора, фаянса, стекла.

Из известных пигментов наиболее близок к заявляемому керамический пигмент состава , [1] что в пересчете на массовые доли исходных компонентов составляет, мас.

Оксид кобальта 22,1 40,4 Оксид магния 12,3 22,0 Оксид алюминия 42,8 62,9 Недостатком этого пигмента является высокая энергоемкость его получения обжиг при температуре 1200 1300^oC.

Известно также использование комбинации окислителя и восстановителя с целью снижения энергозатрат при синтезе керамических пигментов за счет использования тепла экзотермических реакций [2] При этом для получения пигментов синего цвета используется шихта следующего состава, мас.

Mg 6,5 7,0 Al₂O₃ 43,5 44,1 MgSO₄·7H₂O 39,8 40,6 H₃BO₃ 3,0 3,8
Co₂O₄ 0,4 2,1
Al 4,3 5,0
Шихту прессуют под давлением и нагревают при температуре 650 750^oC. с последующей термообработкой в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Эта рецептура существенно снижает энергозатраты по сравнению с традиционной технологией синтеза керамических пигментов [1] но тоже требует затрат тепла на предварительный прогрев шихты до температуры 650 750^oC.

Цель изобретения создание новой композиции, обеспечивающей упрощение технологии получения, и снижение энергоемкости синтеза пигментов.

Поставленная цель достигается тем, что шихта для синтеза пигментов составляется таким образом, чтобы образование кристаллической структуры шпинели протекало за счет тепла экзотермических реакций в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза без предварительного прогрева смеси.

Для достижения указанной цели в известную шихту для получения керамических пигментов, включающую оксид кобальта (II, III), оксид алюминия, борную кислоту, порошкообразный алюминий, дополнительно вводят оксид магния и окислитель нитрат магния. При этом содержание всех указанных компонентов должно быть в следующих соотношениях, мас.

Al 9 15
Mg(NO₃)₂·6H₂O 27 37
MgO 5 15
Al₂O₃ 27 31
Co₂O₄ 4 24
H₃BO₃ 2 4
Количественное соотношение компонентов подобрано экспериментально и является оптимальным.

Так, при введении порошкообразного алюминия менее 9 мас. состав не воспламеняется, а более 15 мас. горение протекает столь интенсивно, что сопровождается сплавлением состава и потерей качества.

При введении оксидов магния и алюминия свыше 15 и 31 мас. соответственно горение состава неустойчиво, а менее 5 и 27 мас. состав оплавляется.

Аналогично влияет изменение массовой доли окислителя нитрата магния. При содержании менее 27 мас. нитрата магния горение неустойчиво, а более 37 мас. состав сплавляется.

При содержании красителя оксида кобальта менее 4 мас. получаются пигменты с низкой интенсивностью цвета, а увеличение массовой доли Co₃O₄ более 24 мас. уже не повышает насыщенности цвета, но увеличивает стоимость пигмента.

Керамический пигмент предлагаемого состава получают по наиболее простой из известных технологий. Исходные компоненты измельчают и перемешивают в необходимом соотношении. Полученную смесь высыпают на теплоизолированный поддон и воспламеняют от электрозапала с помощью навески алюмомагниевого сплава или термитной шашки. Процесс ведут под вытяжкой. Волна пламени охватывает весь образец и в течение 1 10 мин в зависимости от размеров последнего происходит синтез нового вещества высокостойкого пигмента синего цвета со структурой шпинели. Использование тепла экзотермических реакций при горении шихты позволяет вести синтез шпинели без внешнего подогрева и получать однородный по составу целевой продукт.

Таким образом, заявляемое техническое решение обладает рядом преимуществ по сравнению с известными и снижает себестоимость пигментов за счет уменьшения энергозатрат при термосинтезе и упрощения технологии за счет исключения операции прессования и предварительного прогрева шихты.

Пример. Готовят шихту, содержащую, мас.

Al 9
Mg(NO₃)₂·6H₂O 27
MgO 5
Al₂O₃ 31
Co₂O₄ 24
H₃BO₃ 4
Компоненты в указанных пропорциях измельчают до тонины, обеспечивающей прохождение через сито 900 отв/см², и тщательно перемешивают. Подготовленную шихту высыпают на теплоизолированный поддон и воспламеняют от электрозапала с помощью навески алюмомагниевого сплава или термитной шашки. Шихта воспламеняется и горит по всему объему с ярким свечением.

Рентгенофазовый и химический состав подтверждает образование твердого раствора шпинелей CoAl₂O₄ и MgAl₂O₄. Полученный пигмент размалывают до остатка на сите 1 0056 не более 0,5 мас% Синтезированные пигменты в количестве 0,5 5 мас% вводят в глазурную массу, которая наносится на изделия. Полученные пигменты сохраняют цвет в глазури при температуре до 1400^oC.

Примеры приготовления керамического пигмента составов 2 и 3 выполняются аналогично (таблица).

Формула изобретения

Шихта для получения керамического пигмента синего цвета со структурой шпинели, включающая Al₂O₃, Co₃O₄, H₃BO₃ и порошкообразный Al, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит MgO и Mg(NO₃)₂ · 6H₂O при следующем соотношении компонентов, мас.

Al₂O₃ 27 31
Co₃O₄ 4 24
H₃BO₃ 2 4
Порошкообразный Al 9 15
MgO 5 15
Mg(NO₃)₂ · 6H₂O 27 37е

РИСУНКИ

Рисунок 1