Способ получения керамического пигмента

 

Изобретение относится к технологии получения термостойких пигментов для декорирования строительной керамики, фарфоровых изделий и др. Исходная шихта для получения керамического пигмента содержит, мас.%: оксид алюминия - 30 - 40, порошкообразный алюминий - 3 - 7, порошкообразный магний - 3 - 7, борная кислота - 1 - 5, краситель - 2 - 24, азотнокислый аммоний - 29 - 49. Шихту указанного состава измельчают, тщательно перемешивают и воспламеняют от электрозапала с помощью термитной шашки или навески алюмомагниевого сплава. Термосинтез пигмента проходит в режиме горения. Полученный в результате термосинтеза пигмент измельчают до размеров частиц менее 10 мкм. Способ обеспечивает упрощение технологии получения керамических пигментов и снижает энергозатраты при их синтезе. 4 з.п.ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к области получения термостойких пигментов для декорирования строительной керамики, фарфоро-фаянсовых изделий и др.

Известны рецептуры шихты для получения керамических пигментов различных цветов. Наиболее близкими аналогами являются: - для получения пигментов розового цвета шихта содержит оксиды алюминия, хрома, цинка [1], - для получения пигментов синего цвета шихта содержит оксиды алюминия, кобальта, цинка или магния [2], - для получения пигмента черного цвета шихта содержит оксиды железа, хрома, кобальта [2].

Во всех перечисленных вариантах используется общий способ получения по классической схеме синтеза термостойких пигментов, включающий смешение компонентов, их измельчение в шаровых мельницах, сушку, обжиг при T = 1000-1300 ^o C в течение 1-6 час с последующим измельчением полученных пигментов [2].

Недостатком данного способа являются высокие энергозатраты на высокотемпературный обжиг пигментов.

Известен способ снижения температуры термообработки за счет приготовления шихты следующего состава, мас.%: магний - 6,2-7,5 оксид алюминия - 41,1-45,5 сернокислый магний - 34,0-40,6 борная кислота - 3,0-5,0 порошкообразный алюминий - 3,0-5,0 краситель - 4-6,6
Способ заключается в смешении шихты указанного состава, ее прессовании при давлении, нагреве при 650-750 ^oC с последующей термообработкой в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза и измельчении полученных пигментов [3].

Недостатком данного способа является сложная технология, связанная с прессованием шихты, и энергозатраты на ее предварительный прогрев при 650-750^oC.

Целью настоящего изобретения являются упрощение технологии получения керамических пигментов и снижение энергозатрат при их синтезе.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения керамического пигмента путем приготовления шихты, термосинтеза и измельчения берут шихту состава, мас.%:
оксид алюминия - 30-40
порошкообразный алюминий - 3-7
порошкообразный магний - 3-7
борная кислота - 1-5
краситель - 2-24
азотнокислый аммоний - 30-49
Шихту смешивают и воспламеняют от электрозапала с помощью термитной шашки или навески алюмомагниевого сплава. Пламя охватывает весь образец и в течение 2-30 мин в зависимости от размера образца и состава шихты происходит синтез нового керамического пигмента. После охлаждения до комнатной температуры полученные пигменты измельчают до размера частиц менее 10 мкм.

Для получения пигмента розового цвета в качестве красителя используют хромовый ангидрид при следующих соотношениях компонентов шихты, мас.%:
оксид алюминия - 34-40
порошкообразный алюминий - 3-7
порошкообразный магний - 3-7
борная кислота - 1-5
хромовый ангидрид - 2-8
азотнокислый аммоний - 41-49
Для получения пигмента черного цвета в качестве красителя используют оксид кобальта (II, III), хромовый ангидрид и сернокислое железо при следующем соотношении компонентов шихты, мас.%:
оксид алюминия - 30-40
порошкообразный алюминий - 3-7
порошкообразный магний - 3-7
борная кислота - 1-5
оксид кобальта (II, III) - 1-5
хромовый ангидрид - 2-10
сернокислое железо - 2-10
азотнокислый аммоний - 34-40
Для получения пигмента синего цвета в качестве красителя используют оксид кобальта (II, III) при следующем соотношении компонентов шихты, мас.%:
оксид алюминия - 30-40
порошкообразный алюминий - 4-7
порошкообразный магний - 4-7
борная кислота - 1-5
оксид кобальта (II, III) - 3-21
азотнокислый аммоний - 30-48
Вместо порошкообразных алюминия и магния можно использовать алюмомагниевые сплавы, например, ПАМ-4, содержащие эквивалентные количества металлов при тех же соотношениях остальных компонентов.

Количественное соотношение компонентов подобрано экспериментально и является оптимальным.

При введении менее 6 мас.% суммарно порошкообразных алюминия и магния или алюмомагниевого сплава композиция не воспламеняется, а свыше 14 мас.% смеси металлов или алюмомагниевого сплава ПАМ-4 - состав сплавляется, что приводит к ухудшению качества пигмента.

При введении окислителя - азотнокислого аммония более 49 мас.% также происходит оплавление образца, а при содержании азотнокислого аммония менее 30 мас.% - горение неустойчиво.

При содержании оксидов алюминия свыше 40 мас.% - состав не воспламеняется, а менее 30 мас.% - сплавляется.

Предельные значения минерализатора - борной кислоты (1-5 мас.%) обеспечивают оптимальные значения термосинтеза пигментов. Уменьшение содержания кислоты снижает насыщенность цвета пигментов, а увеличение сверх оптимального количества приводит к остекловыванию керамического пигмента, что отрицательно сказывается на качестве продукта.

Отклонение от предельных значений красителей (хромовый ангидрид, сернокислое железо, оксид кобальта (II, III) приводит к изменению цвета, интенсивности окраски и качества продукта. Так, уменьшение концентрации красителя приводит к снижению интенсивности цвета пигмента, а увеличение - к изменению цвета (для розового пигмента) или снижению качества вследствие восстановления металла (хрома, кобальта или железа).

Керамический пигмент предлагаемого состава получают следующим способом. Составные компоненты исходной шихты измельчают, перемешивают в необходимом соотношении и помещают на теплоизоляционный металлический поддон. Дистанционно воспламеняют от электрозапала с помощью термитной шашки или навески алюмомагниевого сплава. Пламя охватывает весь образец и в течение 2-30 мин в зависимости от состава исходной шихты и размеров образца происходит синтез нового соединения - керамического пигмента требуемого цвета.

Полученный пигмент охлаждают до комнатной температуры и измельчают до размера частиц менее 10 мкм.

Пример. Исходные компоненты (в мас.%): оксид алюминия - 7, борная кислота - 1, хромовый ангидрид - 2, азотнокислый аммоний - 49, измельчают и тщательно перемешивают. Полученную смесь высыпают на теплоизоляционный металлический поддон и воспламеняют с помощью термитной шашки или навески алюмомагниевого сплава. Шихта воспламеняется и горит с ярким свечением по всему объему. После термосинтеза полученный пигмент розового цвета охлаждают до комнатной температуры и измельчают до размера частиц менее 10 мкм.

Примеры приготовления керамического пигмента составов 2-14 выполняют аналогично примеру 1 (см. таблицу).

Таким образом, заявляемое техническое решение позволяет уменьшить энергоемкость термосинтеза керамических пигментов различных цветов и упростить технологию их получения по сравнению с известным способом.

ЛИТЕРАТУРА
1. Авт. свид. СССР N 1318560, кл. C 03 C 1/04, 1987, БИ N 23.

2. М.А.Мартынов, В.А.Визир. Технология производства керамических красок. -Киев: Гос.изд.техн.лит. УССР, 1956, с.73, 87 и 122.

3. Патент СССР N 1823862, кл. C 03 C 1/04, 23.06.1993, БИ N 23.

Формула изобретения

1. Способ получения керамического пигмента путем приготовления шихты, содержащей оксид алюминия, порошкообразные алюминий и магний, краситель, борную кислоту, ее термосинтеза и измельчения, отличающийся тем, что шихта дополнительно содержит азотнокислый аммоний при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Оксид алюминия - 30 - 40
Порошкообразный алюминий - 3 - 7
Порошкообразный магний - 3 - 7
Краситель - 2 - 25
Борная кислота - 1 - 5
Азотнокислый аммоний - 30 - 49
шихту перемешивают и воспламеняют от электрозапала с помощью термитной шашки или навески алюмомагниевого сплава, термосинтез проходит в режим горения, а полученный пигмент измельчают до размеров частиц менее 10 мкм.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для получения пигмента розового цвета в качестве красителя используют хромовый ангидрид при следующих соотношениях компонентов шихты, мас.%:
Оксид алюминия - 34 - 40
Порошкообразный алюминий - 3 - 7
Порошкообразный магний - 3 - 7
Хромовый ангидрид - 2 - 8
Борная кислота - 1 - 5
Азотнокислый аммоний - 41 - 49
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве порошкообразных алюминия и магния используются алюмомагниевые сплавы при тех же соотношениях компонентов.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для получения пигмента синего цвета в качестве красителя используют оксид кобальта (II, III) при следующих соотношениях компонентов шихты, мас.%:
Оксид алюминия - 30 - 40
Порошкообразный алюминий - 4 - 7
Порошкообразный магний - 4 - 7
Оксид кобальта (II, III) - 3 - 21
Борная кислота - 1 - 5
Азотнокислый аммоний - 30 - 48
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для получения пигмента черного цвета в качестве красителя используют оксид кобальта (II, III), хромовый ангидрид и сульфат железа при следующих соотношениях компонентов шихты, мас. %:
Оксид алюминия - 30 - 40
Порошкообразный алюминий - 3 - 7
Порошкообразный магний - 3 - 7
Оксид кобальта (II, III) - 1 - 5
Хромовый ангидрид - 2 - 10
Сульфат железа - 2 - 10
Борная кислота - 1 - 5
Азотнокислый аммоний - 34 - 40я

РИСУНКИ

Рисунок 1