Шихта для получения керамического пигмента со структурой геленита желто-коричневого цвета
Владельцы патента RU 2389697:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет (RU)
Изобретение относится к керамическому производству, в частности к получению керамических пигментов, подглазурных и надглазурных керамических красок, для окрашивания керамических масс, глазурей. Техническим результатом является повышение жаростойкости керамических пигментов и утилизация отхода производства глинозема. Указанный технический результат достигают тем, что в шихту, включающую оксид железа Fe2O3 и кальцийсодержащее силикатное сырье - нефелиновый шлам, для получения стехиометрического состава геленита дополнительно вводят оксид алюминия Al2O3. Указанные компоненты берут в следующем соотношении, мас.%: нефелиновый шлам 59,0-61,5, Al2O3 25,0-33,5, Fe2O3 5,0-16,0. Температура синтеза пигмента 1150-1250°С. 3 табл.
Область использования изобретения - производство керамических изделий, пигментов, красок.
В настоящее время большое внимание исследователей уделяется изучению возможности использования новых, нетрадиционных видов сырья. Перспективным сырьем для получения керамических пигментов является нефелиновый шлам - отход глиноземного производства. В настоящее время отработанный нефелиновый шлам в большом количестве хранится в отвалах, поэтому актуальной проблемой становится его дальнейшая переработка. 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 CaO и SiO2, соответствующие молярному отношению CaO:SiO2=2:1 и составляющие в сумме 85-88%. Присутствие в составе нефелинового шлама оксидов кальция, кремния, железа Fe2O3 позволяет использовать его в качестве основы для получения керамических пигментов с различными кристаллическими структурами.
Известна шихта для получения керамического пигмента красно-кирпичного цвета, включающая нефелиновый шлам 34.9-36.7 мас.%, оксид кремния 36.6-38.5 мас.%, оксид магния 12.2-14.5 мас.%, оксид железа 10.3-16.3 мас.%. Температура обжига пигмента 1100°C. (Седельникова М.Б., Погребенков В.М. Получение керамических пигментов со структурами волластонита и диопсида с использованием нефелинового шлама. / Стекло и керамика. 2007. - №10, с.28-30.) Недостатком шихты является невысокое содержание нефелинового шлама (меньше 50 мас.%) и, соответственно, большое количество химически чистых веществ - оксидов кремния, магния, железа, что обусловливает повышение стоимости керамического пигмента.
Прототипом изобретения выбрана шихта (B-11) для получения керамического пигмента оранжево-коричневого цвета. Она состоит из нефелинового шлама 63.0-70.4 мас.%, оксида кремния SiO2 22.0-24.6 мас.%, оксида железа 5.0-15.0 мас.%. (Седельникова М.Б., Погребенков В.М. Получение керамических пигментов со структурами волластонита и диопсида с использованием нефелинового шлама. / Стекло и керамика. 2007. - №10, с.28-30.) Оптимальная температура обжига пигмента 1100°C. Недостатком прототипа по сравнению с предлагаемым изобретением является недостаточная огнеупорность пигмента, что ограничивает его область использования.
Задачей изобретения является получение керамических пигментов со структурой геленита, улучшение потребительских свойств пигментов за счет повышения их жаростойкости, расширения цветовой палитры.
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. В качестве кальцийсодержащего силикатного сырья в шихту вводят отход глиноземного производства - нефелиновый шлам. Для обеспечения стехиометрического состава геленита 2CaO·Al2O3·SiO2 вводят оксид алюминия Al2O3. При этом указанные компоненты взяты в следующем соотношении, мас.%:
нефелиновый шлам 59.0-61.5,
оксид алюминия Al2O3 25.0-33.5,
оксид железа Fe2O3 5.0-16.0.
Затем следует обжиг смеси при температуре 1150-1250°С и помол. Пигмент рекомендуется для получения керамических красок, окрашивания керамических масс и глазурей.
Красящий оксид Fe2O3 вводится в состав пигмента для получения требуемого цвета. Количества вводимого Fe2O3 менее 5 мас.% не достаточно для получения требуемого цветового оттенка, а введение данного хромофора более 16 мас.% не дает улучшения окраски.
Обжиг при температуре ниже 1150°C не приводит к образованию достаточного количества геленитовой фазы и обеспечению стабильной окраски пигмента, а повышение температуры обжига выше 1250°C не способствует улучшению цветовых свойств пигмента. Выдержка при максимальной температуре не менее 0.5 часа позволяет окончательно завершить процессы фазообразования кристаллической структуры пигмента и цветообразования.
Преимуществом предлагаемого изобретения является использование недорогого сырья - отработанного нефелинового шлама, содержащего в своем составе кроме оксидов CaO и SiO2 красящий оксид Fe2O3, что позволяет снизить количество хромофора, вводимого в шихту.
В таблице 1 приведен химический состав нефелинового шлама.
В таблице 2 приведены шихтовые составы пигментов.
В таблице 3 представлены цветовые характеристики пигментов и прототипа.
Пример изготовления пигмента
Компоненты шихты, мас.%: нефелиновый шлам, измельченный до остатка на сите №0063 не более 2%, - 61.5, оксид алюминия Al2O3 в виде технического глинозема - 33.5, оксид железа Fe2O3 в виде соли FeSO4·7H2O - 5.0 (в пересчете на оксид) смешивают мокрым способом, высушивают при температуре 100°C и обжигают при температуре 1200°C. 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 582-584 нм, чистота тона - 68-75%. 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 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO | Na2O | K2O | Δmпрк | |
| Нефелиновый шлам Ачинского глиноземного комбината | 29,12 | 3,67 | 4,55 | 53,20 | 1,45 | 2,16 | 0,90 | 4,96 |
| Таблица 2 | |||
| № пигмента | Компонентный состав пигментов, мас.% | ||
| Нефелиновый шлам | Al2O3 | Fe2O3 | |
| 1 | 61.5 | 33.5 | 5.0 |
| 2 | 60.2 | 28.8 | 11.0 |
| 3 | 59.0 | 25.0 | 16.0 |
| Таблица 3 | ||||
| № пигмента | Координаты цветности | Доминирующая длина волны λдом., нм. | Чистота тона P, % | |
| X | Y | |||
| 1 | 0,45 | 0,41 | 582 | 68 |
| 2 | 0,46 | 0,42 | 583 | 72 |
| 3 | 0,48 | 0,42 | 584 | 75 |
| В-11 | 0,51 | 0,37 | 597 | 69 |
Шихта для получения керамического пигмента со структурой геленита желто-коричневого цвета, включающая кальцийсодержащее силикатное сырье - нефелиновый шлам и красящее вещество оксид железа Fe2O3, отличающаяся тем, что в шихту для получения стехиометрического состава геленита дополнительно вводят оксид алюминия Al2O3, при этом указанные компоненты взяты в следующем соотношении, мас.%:
| нефелиновый шлам | 59,0-61,5 |
| оксид алюминия Al2O3 | 25,0-33,5 |
| оксид железа Fe2O3 | 5,0-16,0 |
