Способ получения неорганического пигмента

 

Изобретение относится к технологии получения неорганических пигментов, применяемых в производстве глазурованных керамических покрытий, красок, эмалей, грунтовок, шпатлевок, художественного стекла, архитектурно-строительных изделий, а также для окрашивания полимерных материалов и изготовления пигментных паст. Сущность изобретения заключается в прокаливании и измельчении исходного сырья, в качестве которого используют шлам гальванического производства, а прокаливание осуществляют при 750-850^oC в течение 10 - 30 мин. С целью снижения агрессивности пигментов, получаемых из шлама, содержащего гидроксид кальция, перед измельчением проводят карбонизацию прокаленного шлама при 60-90^oC в течение 20-90 мин. Результатом способа по изобретению является снижение энергозатрат для получения пигмента. 2 з.п.ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к способам получения неорганических пигментов из шламов гальванического производства, образующихся в результате нейтрализации сточных вод гальванического производства методами химводоочистки, электрокоагуляции. Получаемый пигмент может быть использован в производстве глазурованных керамических покрытий, красок, эмалей, грунтовок, шпатлевок, художественного стекла, архитектурно-строительных изделий, а также для окрашивания полимерных материалов и изготовления пигментных паст.

Известны способы получения неорганических пигментов, в которых в состав исходного сырья входят отходы гальванического производства. Так керамический пигмент коричневого цвета для эмалей и глазурей получают из глинозема, бората кальция, марганцевой пасты и шлама от электрокоагуляционной очистки сточных вод гальванического производства в виде компонентов Cr₂O₃, Fe₂O₃, ZnO. Шлам предварительно сушат, затем все компоненты шихты измельчают и спекают при температуре 1100^oC в течение 50 мин [1].

Краситель для стекла различного назначения получают из смеси гидроксидов Al, Fe, Ca, Mg, Cr с подшихтовкой сульфатов соды, оксидов Cu, Zn, Ti. В качестве оксидов с переменной валентностью используют отходы гальванических производств. Смесь увлажняют, перемешивают, спекают при температуре 120-380^oC и измельчают [2].

Описанные выше способы многостадийные и энергоемкие.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ получения керамического пигмента коричневого цвета. В состав сырья для получения пигмента входят перлит и шлам химводоочистки гальванического производства, включающий следующие гидроокиси: Cr(OH)₃, Cu(OH)₂, Fe(OH)₃, Ca(OH)₂ + CaSO₄, Ni(OH)₂. Исходные компоненты перемалывают в мельнице мокрого помола в течение 5-6 ч до остатка на сите 10000 отв./см² 3-5%, суспензию сушат до влажности 2-3%.

Полученную шихту обжигают при температуре 1000-1050^oC с выдержкой при максимальной температуре 1 ч. Спек измельчают до прохождения через сито 10000 отв./см² [3].

Недостатком данного способа являются многостадийность и высокая энергоемкость, а также возможность получения пигмента только одного цвета.

В вышеописанных способах [1-3] для получения пигментов используются отходы гальванического производства только в качестве добавок к основному составу сырья.

Задачей заявляемого решения является получение неорганического пигмента только из шлама гальванического производства. При этом заявляемый способ должен быть простым, обеспечивать снижение энергозатрат и получение широкой гаммы цветов пигментов.

Суть изобретения состоит в том, что в известном способе получения неорганического пигмента, включающем прокаливание исходного сырья, затем измельчение, в качестве исходного сырья используют шлам гальванического производства. Прокаливание проводят при 750-850^oC в течение 10 - 80 мин.

Используемый шлам состоит из гидроксидов хрома, меди, никеля, алюминия, цинка, кальция, кадмия, железа и/или солей перечисленных металлов.

Изменение состава исходного сырья в сравнении с прототипом позволило упростить способ получения пигментов: исключить предварительный мокрый помол компонентов и последующую сушку, а также снизить температуру прокаливания шлама.

Нижняя граница температуры прокаливания 750^oC и длительность выдержки 10 - 80 мин обусловлены тем, что шлам, поступающий на переработку, имеет высокую влажность (до 85%), при более низких значениях температуры и времени прокаливания менее 10 мин не происходит изменения кристаллической структуры соединений, входящих в состав шлама, и они имеют достаточно высокую гигроскопичность.

При температурах выше 850^oC и времени выдержки более 80 мин происходит собирательная рекристаллизация дегидратированных оксидов, что ведет к понижению дисперсности пигмента и повышению укрывистости, т.е. к снижению его качества.

Температурный и временной интервалы проведения прокаливания шлама обеспечивают устойчивый процесс полного превращения гидроксидов в оксиды и качественные характеристики пигмента, соответствующие ГОСТ.

Заявленным способом могут быть получены пигменты разного цвета из шламов разного качественного и количественного состава.

В том случае, когда в состав шлама входит гидроксид кальция Ca(OH)₂, после прокаливания получается оксид кальция (негашеная известь). Присутствие CaO в составе пигмента ухудшает его свойства из-за агрессивности CaO (при попадании на кожу и слизистые человека вызывает ожоги). В этом случае для того, чтобы снизить агрессивность и улучшить свойства, необходимо связать свободный оксид кальция, для чего после прокаливания проводят карбонизацию прокаленной шихты двуокисью углерода при температуре 90-60^oC в течение 20 - 90 мин.

Температурный и временной интервалы были определены экспериментальным путем и обеспечивают полную нейтрализацию свободного оксида кальция.

В табл. 1 приведены возможные составы шламовых отходов гальванического производства.

В табл. 2 приведены физико-химические свойства полученных пигментов.

Предлагаемый способ реализуют следующим образом.

Шлам гальванического производства, поступающий на переработку, подвергается анализу на состав и влажность. Используемый шлам может отличаться по количественному и качественному составу и, помимо гидроксидов и солей указанных металлов, содержать соединения других металлов.

Пример 1. Влажный шлам, имеющий состав N 1 согласно табл.1, загружают в печь, например конвейерного или шахтного типа, и прокаливают при температуре 800^oC в течение 45 мин. После прокаливания полученную шихту выгружают и охлаждают естественным образом до комнатной температуры. Охлажденную шихту измельчают, например, в шаровой мельнице, до прохождения через сито 10000 отв. /см².

Пример 2. Влажный шлам, имеющий состав N 2 согласно табл. 1, содержит гидроксид кальция. Шлам прокаливают так же, как в примере 1. После прокаливания полученная шихта будет содержать свободный оксид кальция. В процессе охлаждения шихты до температуры чуть меньше 100^oC делают ее водную вытяжку и проверяют pH, который будет превышать 7,5 (для данного примера pH = 9). Значение pH тем выше, чем больше гидроксида кальция в составе шлама. При температуре шихты от 90 до 60^oC ее продувают двуокисью углерода в течение 60 мин. Затем опять проверяют pH водной вытяжки шихты. Лабораторные исследования показали, что после проведения карбонизации при указанных условиях pH = 6,5 - 7,5.

Физико-химические свойства пигментов, приведенные в табл. 2, определялись согласно ГОСТ 16873-92, ГОСТ 16872-78, ГОСТ 21119.2-75, ГОСТ 21119.3-91, ГОСТ 21119.8-75, ГОСТ 8784-75 и ТУ 2322-960-05146636- 93.

Использование предлагаемого способа получения неорганического пигмента в сравнении с известными имеет следующие преимущества: а) обеспечивает безотходную технологию утилизации шламов гальванического производства, что способствует сохранению окружающей среды; б) полученные пигменты неагрессивны; в) возможно получение широкой гаммы цветов.

Источники информации 1. А. с. СССР N 1423514, кл. C 03 C 1/04, 15. 09. 88.

2. А. с. СССР N 1414806, кл. C 03 C 1/10, 07. 08. 88.

3. А. с. СССР N 1375586, кл. C 03 C 1/04, 23. 02. 88 (прототип).

Формула изобретения

1. Способ получения неорганического пигмента, включающий прокаливание сырья и последующее его измельчение, отличающийся тем, что в качестве сырья используют шлам гальванического производства, а прокаливание ведут при 750 - 850^oС в течение 10 - 80 мин.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют шлам гальванического производства, состоящий из гидроксидов и/или солей хрома, и/или меди, и/или никеля, и/или алюминия, и/или цинка, и/или кальция, и/или кадмия, и/или железа.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что для шлама, содержащего гидроксид кальция, перед измельчением проводят карбонизацию диоксидом углерода при 60 - 90^oС в течение 20 - 90 мин.

РИСУНКИ

Рисунок 1