Шихта для получения керамического пигмента желто-коричневого цвета
Владельцы патента RU 2337889:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет (RU)
Изобретение относится к керамическому производству, в частности к получению керамических пигментов. Техническим результатом изобретения является снижение себестоимости пигмента. Шихта для получения керамического пигмента желто-коричневого цвета включает оксид железа - Fe2О3, нефелиновый шлам и оксид кремния - SiO2 при следующем соотношении компонентов, мас.%: нефелиновый шлам - 66,7-71,9; SiO2 - 23,3-25,1; Fe2O3 - 3,0-10,0. 3 табл.
Изобретение относится к керамическому производству, в частности к получению керамических пигментов.
В настоящее время волластонитовые керамические пигменты получают в результате высокотемпературного твердофазового синтеза либо из чистых химических веществ, либо с использованием природного минерала волластонита CaSiO3 высокой степени чистоты. Недостатком данных пигментов является необходимость использования дорогостоящих сырьевых материалов - химических реактивов и высокочистого обогащенного природного минерального сырья. В настоящее время большое внимание уделяется проблеме утилизации промышленных отходов, комплексного использования сырьевых материалов.
Известна шихта для получения керамического пигмента сиреневого цвета. Она состоит из волластонитового концентрата 93-98 мас.% и оксида кобальта СоО - 2-7 мас.% (Сиражиддинов Н.А., Акрамова Н.Н., Великанова Ф.И., Пулатова Л.З., Ахмедов Б.М. Керамические пигменты на основе силикатов цепочечных структур. / Стекло и керамика. 1992. - №1. - С. 26). Недостаток шихты - использование обогащенного природного минерального сырья, что существенно сказывается на стоимости пигмента.
Известна шихта для получения керамического пигмента светло-кофейного цвета. Она состоит из волластонитового концентрата 80-95 мас.% и оксида железа Fe2О3 5-20 мас.%. (Седельникова М.Б., Погребенков В.М., Неволин В.М. Получение керамических пигментов на основе природного волластонита с использованием гель-метода. / Стекло и керамика. 2005. - №1. - С 25-27). Недостаток шихты - использование обогащенного природного минерального сырья, что существенно сказывается на стоимости пигмента.
Прототипом изобретения является шихта для получения керамического пигмента коричневого цвета. Она состоит из волластонитового концентрата Слюдянского месторождения 75-95 мас.% и оксида железа Fe2О3 5-25 мас.% (В.М.Погребенков, М.Б.Седельникова, В.И.Верещагин. Керамические пигменты на основе кальций-магниевых силикатов. / Стекло и керамика. - 1996. - №1-2. - С.30-32). Недостаток прототипа - высокая стоимость пигмента из-за использования обогащенного природного минерального сырья.
Задачей изобретения является улучшение потребительских свойств пигментов за счет их удешевления.
Поставленная задача решается следующим образом. В соответствии с прототипом шихта для получения керамического пигмента желто-коричневого цвета включает кальцийсодержащее силикатное сырье и красящее вещество оксид железа Fe2O3. Согласно изобретению в качестве кальцийсодержащего силикатного сырья в шихту вводят отход глиноземного производства - нефелиновый шлам и оксид кремния SiO2 для обеспечения стехиометрического состава волластонита CaSiO2. При этом указанные компоненты взяты в следующем соотношении, мас.%:
нефелиновый шлам 66.7-71.9,
оксид кремния SiO2 23.3-25.1,
оксид железа Fe2О3 3.0-10.0.
Затем следует обжиг смеси при температуре 1100-1200°С и помол. Пигмент рекомендуется для получения керамических красок, окрашивания керамических масс и глазурей.
Нефелиновый шлам - продукт сложного, хорошо регулируемого технологического процесса переработки природных нефелин-апатитовых руд и получения глинозема, шлам стабилен по своим свойствам. Основными химическими компонентами нефелинового шлама являются СаО и SiO2, соответствующие молярному отношению СаО:SiO2=2:1 и составляющие в сумме 85-88%. Присутствие в составе нефелинового шлама оксида железа Fe2O3 позволяет снизить количество оксида-хромофора, вводимое для получения стабильной желто-коричневой окраски. Остальные оксиды (Al2О3, MgO, Na2O, K2О) можно рассматривать как второстепенные компоненты, мало влияющие на структуру и свойства получаемых пигментов. Химический состав нефелинового шлама представлен в таблице 1.
Красящий оксид Fe2O3 вводится в состав пигмента для получения требуемого цвета. Количества вводимого Fe2O3 менее 3 мас.% не достаточно для получения требуемого цветового оттенка, а введение данного хромофора более 10 мас.% не дает улучшения окраски.
Обжиг при температуре ниже 1100°С не приводит к образованию достаточного количества волластонитовой фазы и обеспечению стабильной окраски пигмента, а повышение температуры обжига выше 1200°С не способствует улучшению цветовых свойств пигмента, а также может привести к расплавлению пигмента. Выдержка при максимальной температуре не менее 0.5 часа позволяет окончательно завершить процессы фазообразования кристаллической структуры пигмента и цветообразования.
Преимуществом предполагаемого изобретения является использование недорогого сырья - отработанного нефелинового шлама, содержащего в своем составе кроме оксидов СаО и SiO2 красящий оксид Fe2О3, что позволяет снизить количество хромофора, вводимое в шихту.
В таблице 1 приведен химический состав нефелинового шлама.
В таблице 2 приведены шихтовые составы пигментов.
В таблице 3 представлены цветовые характеристики пигментов.
Пример изготовления пигмента
Компоненты шихты, мас.%: нефелиновый шлам, измельченный до остатка на сите №0063 не более 2% - 70.4, оксид кремния SiO2 в виде кремниевой кислоты безводной - 24.6, оксид железа Fe2О3 в виде соли FeSO4·7H2O - 5.0 (в пересчете на оксид) смешивают мокрым способом, высушивают при температуре 100°С и обжигают при температуре 1200°С. После обжига пигмент измельчают до остатка на сите №0063 не более 0.2%. Составы пигмента приведены в таблице 2.
Представленные составы пигмента обладают следующими физико-химическими свойствами: цвет пигмента желто-коричневый, доминирующая длина волны 593-605 нм, чистота тона - 67-70%. Цветовые характеристики пигментов приведены в таблице 3. Полученные пигменты могут использоваться для получения подглазурных, надглазурных красок (при добавлении флюса), окрашенных керамических масс, глазурей.
Таблица 1 | ||||||||
Вид нефелинового шлама | Содержание оксидов, мас.% | |||||||
SiO2 | Al2О3 | Fe2O3 | CaO | MgO | Na2O | K2O | Δmпрк | |
Нефелиновый шлам с поля (натуральный) | 29,12 | 3,67 | 4,55 | 53,20 | 1,45 | 2,16 | 0,90 | 4,96 |
Таблица 2 | |||
№ пигмента | Шихтовой состав пигментов, мас.% | ||
Нефелиновый шлам | SiO2 | Fe2O3 | |
1 | 71.9 | 25.1 | 3.0 |
2 | 70.4 | 24.6 | 5.0 |
3 | 66.7 | 23.3 | 10.0 |
Таблица 3 | ||||
№ пигмента | Координаты цветности | Доминирующая длина волны λдомч., нм. | Чистота тона Р, % | |
X | Y | |||
1 | 0,49 | 0,38 | 593 | 67 |
2 | 0,51 | 0,37 | 597 | 69 |
3 | 0,54 | 0,35 | 605 | 70 |
Шихта для получения керамического пигмента желто-коричневого цвета, включающая кальцийсодержащее силикатное сырье и красящее вещество - оксид железа Fe2О3, отличающаяся тем, что в шихту в качестве кальцийсодержащего силикатного сырья входит нефелиновый шлам и дополнительно вводят оксид кремния SiO2, указанные компоненты взяты в следующем соотношении, мас.%:
нефелиновый шлам | 66,7-71,9 |
оксид кремния SiO2 | 23,3-25,1 |
оксид железа Fe2О3 | 3,0-10,0 |