Шихта для получения керамического пигмента синего цвета

Изобретение относится к керамической промышленности, в частности к области производства керамических пигментов для декорирования фарфоро-фаянсовых и майоликовых изделий. Техническим результатом изобретения является снижение температуры синтеза пигмента и улучшение его цветовых свойств. Шихта для получения керамического пигмента содержит тальк, AL₂О₃, SiO₂, CoO, а также дополнительно содержит топазовый концентрат при следующем содержании ингредиентов, мас.%: тальк - 41.0-42.9; AL₂O₃ - 23.0-30.8; SiO₂ - 23.1-23.7; CoO - 2.1-8.4; топазовый концентрат - 2.0-3.0. Температура синтеза пигмента 1100-1200°С, он рекомендуется для получения подглазурных и надглазурных керамических красок, для окрашивания керамических масс, глазурей. 3 табл.

 

Область использования предлагаемого изобретения - производство керамических пигментов, красок.

При синтезе кордиерита посредством твердофазных реакций установлено, что для подготовки шихтовых смесей могут быть использованы разные исходные вещества, содержание оксидов в которых обеспечивает стехиометрический состав кордиерита. Чаще всего для получения кордиерита в промышленных условиях используют смеси талька, высококачественных огнеупорных глин и технического глинозема. При обжиге указанных смесей начало образования кордиерита лежит в области температур 1000-1270°С. Активно идет образование кордиерита при температурах 1200-1380°С. При повышении температуры до 1400-1450°С кордиерит плавится с разложением. Скорость твердофазной реакции регулируют введением добавок (Аввакумов Е.Г., Гусев А.А. Кордиерит - песпективный керамический материал // - Новосибирск, 1999).

Кордиерит после введения в него соответствующих хромофорных добавок может использоваться в качестве пигментов.

Недостатком традиционной технологии получения керамических пигментов является использование в качестве сырьевых продуктов чистых химических веществ, что обусловливает высокие температуры синтеза пигментов и большие затраты на их производство.

Рассмотрены возможности получения пигментов в системе MgO-AL₂О₃-Cr₂О₃-SiO₂ путем замещения в эквимолекулярных количествах AL₂O₃ на Cr₂О₃ (Пырков В.П., Черепанина Л.И., Денисов А.Н., Визир Л.А., Солдатова Г.М. Керамические пигменты типа кордиерита. /Стекло и керамика. 1981. - №5. - с.22-23). Исходными сырьевыми материалами являлись оксиды MgO, AL₂O₃, Cr₂O₃, SiO₂. Пигменты обжигали в условиях нейтральной или слабоокислительной среды при температуре 1320°С. Минерализатором служил В₂О₃ в количестве 2% от расчетной массы пигментов. После обжига пигменты имеют свойства александрита: при дневном свете их окраска зеленая или серая, при электрическом - розовая и серо-зеленая. Рентгенофазовым анализом установлено, что пигменты системы MgO-AL₂O₃-Cr₂O₃-SiO₂ являются кордиерито-шпинельными. Недостатком пигментов является использование в качестве сырьевых материалов чистых химических веществ, высокая температура синтеза пигментов.

Известны марганецсодержащие керамические пигменты кордиеритового состава, синтезированные путем последовательного эквимолекулярного замещения MgO в составе кордиерита на MnO (Черепанина Л.И., Пырков В.П., Глебычева А.И., Визир Л.А., Денисов А.Н. Марганецсодержащие пигменты кордиеритового типа. / Стекло и керамика. 1985. - №6. - с.22-23). В качестве исходных материалов использовали оксиды MgO, AL₂O₃, MnO₂, SiO₂. Температура обжига пигментов 1300-1320°С. В окраске пигментов преобладают пастельные тона от розовато-бежевого до бежевого с коричневым оттенком. Недостатком пигментов можно считать высокую температуру синтеза из-за отсутствия в их составе минерализатора и нестабильность окраски при различной концентрации MnO₂ в шихте.

Прототипом предлагаемого изобретения являются пигменты на основе кордиерита, в котором MgO последовательно в эквимолекулярных количествах замещали СоО (Черепанина Л.И., Пырков В.П., Визир Л.А., Денисов А.Н. Керамические пигменты кордиеритового типа системы MgO-СоО-Al₂O₂-SiO₂. / Стекло и керамика. 1978. - №12. - с.27-28). Исходными материалами служили оксиды MgO, AL₂О₃, SiO₂. СоО вводили с помощью Co₂О₃, Co(NO₃)₂·6H₂O и CoCL₂·6Н2О. В качестве минерализатора использовали В₂О₃ в количестве 2% от расчетной массы пигментов. Обжиг проводили при температуре 1320°С. Кристаллическая фаза всех синтезированных пигментов представлена кордиеритом (до 40%), муллитом, шпинелью, кристобалитом. Установлено значительное влияние минерализатора на образование кордиерита.

Недостатком данного прототипа является низкое содержание кордиеритовой фазы и высокая температура обжига при использовании в качестве минерализатора В₂О₃, который оказывает интенсифицирующее воздействие на синтез через образование жидкой фазы.

Задачей предлагаемого изобретения является получение синего керамического пигмента со структурой кордиерита на основе талька.

Поставленная задача решается путем составления шихты на основе талька с добавлением оксидов Al₂О₃, SiO₂, СоО, а также использованием в качестве минерализатора топазового концентрата месторождения «Копна» (химический состав представлен в таблице 1), последующего обжига и помола смеси. Шихта для получения керамического пигмента содержит тальк, Al₂O₃, SiO₂, СоО, а также содержит топазовый концентрат при следующем содержании ингредиентов, мас.%:

Тальк	41.0-42.9
Al2О3	23.0-30.8
SiO2	23.1-23.7
СоО	2.1-8.4
Топазовый концентрат	2.0-3.0

Температура синтеза пигмента - 1100-1200°С, он рекомендуется для использования в подглазурных и надглазурных керамических красках, а также и для окрашивания керамических масс и глазурей.

Красящий оксид СоО вводится в состав шихты с целью получения синей окраски пигмента. Количества СоО менее 2.1 мас.% не достаточно для обеспечения требуемого цвета, а повышение содержания данного хромофора более 8.4 мас.% нецелесообразно, поскольку не приводит к видимому улучшению окраски.

Температуры ниже 1100°С не приводят к образованию достаточного количества кордиеритовой фазы и обеспечению стабильной окраски пигмента, а повышение температуры обжига выше 1200°С экономически нецелесообразно, поскольку не приводит к улучшению цветовых свойств пигмента. Выдержка при максимальной температуре не менее 0.5 часа способствует окончательному завершению процессов фазообразования кристаллической структуры пигмента.

Содержания топазового концентрата менее 2 мас.% не достаточно для обеспечения минерализирующего воздействия на синтез пигментов, а при введении топаза более 3 мас.% он участвует в процессе синтеза не как минерализатор, а как компонент шихты.

Пример изготовления пигмента

Компоненты шихты, мас.%: онотский тальк (химический состав представлен в таблице 1) - 42.2, AL₂О₃ - 28.4, SiO₂ - 23.3, CoO - 4.1, топазовый концентрат - 2.0 смешивают мокрым способом, высушивают при температуре 100°С, затем обжигают при температуре 1150°С. После обжига пигмент измельчают до прохождения через сито 10000 отв./см. Составы пигмента приведены в таблице 2.

Представленные составы пигмента обладают следующими физико-химическими свойствами: цвет пигмента - синий, доминирующая длина волны 468-474 нм (табл.3), чистота тона - 18-29%. Полученные пигменты имеют окраску от светло-синей до синей, могут использоваться для получения подглазурных, надглазурных красок (при добавлении флюса), окрашенных керамических масс, глазурей.

Преимуществом предлагаемого изобретения является использование в качестве минерализатора топазового концентрата в количестве 2-3% от расчетной массы пигментов. При термообработке происходит перестройка топазовой структуры с образованием летучих фторидов, которые оказывают более значительное минерализирующее воздействие на синтез кордиерита, чем В₂О₃, за счет своей большей диффузионной способности.

Таблица 1. Химический состав талька и топазового концентрата
Сырье	Сод. минерала, %	Содержание компонентов, мас.%
SiO2	Al2О3	CaO	MgO	TiO2	Fe2О3	F-	ОН-
Топазовый концентрат мест. «Копна»	90.3	35.89	48.19	0.13	0.10	0.19	0.39	8.01	7.10
Онотскии тальк	99	62.28	0.56	0.4	31,14	сл.	0.50	-	5.12
Таблица 2. Шихтовый состав пигментов, мас.%
№ пигмента	Тальк	AL2O3	SiO2	СоО	Топазовый концентрат
1	41.0	30.8	23.1	2.1	3.0
2	42.2	28.4	23.3	4.1	2.0
3	42.9	23.0	23.7	8.4	2.0
Таблица 3. Цветовые характеристики пигментов
№ пигмента	Координаты цветности	Доминирующая длина волны λдом, нм	Чистота тона Р, %
X	Y
1	0.22	0.18	468	18
2	0.21	0.18	472	22
3	0.20	0.18	474	29

Шихта для изготовления керамического пигмента синего цвета, включающая тальк, Al₂О₃, SiO₂, CoO, отличающаяся тем, что она в качестве минерализатора дополнительно содержит топазовый концентрат при следующем содержании ингредиентов, мас.%:

Тальк	41,0-42,9
Al2O3	23,0-30,8
SiO2	23,1-23,7
CoO	2,1-8,4
Топазовый концентрат	2,0-3,0