Способ получения волластонитовых керамических пигментов на основе двухкальциевого силиката



 


Владельцы патента RU 2498967:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" (RU)

Изобретение относится к области производства пигментов для фарфоровых, полуфарфоровых и майоликовых изделий. Способ заключается в быстром охлаждении в воде обожженного при температурах 1050-1100°C геля, полученного обработкой концентрированной соляной кислотой смеси тонкомолотого отхода - двухкальциевого силиката (нефелинового шлама) (63.0-70.4 мас.%), оксида кремния (22.0-24.6 мас.%) и хромофора (5.0-15.0 мас.% в пересчете на оксид). Это позволяет получить пигменты с более яркой окраской при пониженном содержании хромофоров за счет более интенсивного внедрения красящих ионов в решетку волластонита, снизить затраты на производство пигментов за счет использования отхода производства и сокращения времени, затрачиваемого на обжиг пигментов. Полученные пигменты устойчивы в температурном интервале 650-850°C и могут использоваться для получения надглазурных красок, легкоплавких глазурей. 3 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к области производства пигментов для фарфоровых, полуфарфоровых и майоликовых изделий. Известен способ получения керамических пигментов с использованием золь-гель технологии, который позволил синтезировать пигменты при пониженных, по сравнению с общепринятыми, температурах [Monros G., Carda J., Tena М., Escribano P., Alarcon J. Unconventional methods of obtaining ceramic pigments from gels. // Tile and Brick Int. - 1990 - 6, №4. - p.39-40. Англ.]. Керамические пигменты отличаются высокой гомогенностью. Керамический пигмент цирконванадиевый синий, кроме снижения температуры окрашивания с 850 до 750°C, характеризуется уменьшенным отражением. Недостатком рассмотренного способа получения данных пигментов является необходимость использования чистых химических веществ, что усложняет процесс производства и делает его дорогим.

В работе [Diambarov St., Nicolov R., Deredjan A., Ivanova J., Dimitriev J., Kashieva E. Pigmentos ceramicos a base de silicate de cobalto obtenidos por el metodo sol - gel // Tecn. Ceram. - 1994. - №227. - c.677-681. Исп.] керамические пигменты на основе силиката кобальта получали золь-гель способом. Установлено, что золь-гель способ позволяет значительно снизить температуру синтеза пигментов, однако недостатком данного способа получения рассматриваемых пигментов также является использование химически чистых продуктов.

Прототипом предполагаемого изобретения является способ получения керамических пигментов, заключающийся в обработке смеси тонкомолотого природного волластонита 95-75 мас.% и 5-25 мас.% хромофора концентрированной соляной кислотой [Патент №2215715 РФ. МПК C04B 41/86, C09D 1/00. Способ получения керамических пигментов на основе волластонита / Седельникова М.Б., Погребенков В.М., Неволин В.М. // Заявлено 11.06.2002. Опубл. 10.11.03 Бюл. №31]. Образовавшийся гель высушивают и обжигают при температуре 1050-1100°C. Способ позволяет снизить температуру обжига пигментов на 100-150°C и повысить их яркость.

Недостатком данного способа является использование дорогостоящего материала - чистого высокосортного природного волластонита и большого количества хромофоров 5-25 мас.%, что приводит к удорожанию пигментов.

Задачей предполагаемого изобретения является повышение яркости волластонитовых пигментов при более низком содержании хромофоров, снижение затрат на производство, что достигается путем быстрого охлаждения (закалки) обжигаемых пигментов, а также использования промышленного отхода - двухкальциевого силиката (нефелинового шлама).

Поставленная задача достигается тем, что смешивают исходные материалы с солями ионов-хромофоров, обрабатывают концентрированной соляной кислотой для перевода дисперсной системы в гелеобразное состояние, перемешивают, высушивают и обжигают при температуре 1050-1100°С, с выдержкой 1 ч. В качестве исходных сырьевых материалов используют смесь двухкальциевого силиката с оксидом кремния, а после выдержки пигменты охлаждают в воде при комнатной температуре в течение 0.5 часа.

Нефелиновый шлам - продукт переработки природных нефелиновых руд при получении глинозема. Основным минералом нефелинового шлама является двухкальциевый силикат 2CaO·SiO2. Синтез волластонитовых пигментов осуществляли согласно реакции:

2CaO SiO 2 + SiO 2 2 ( CaO SiO 2 )                   /1/

Смесь двухкальциевого силиката (нефелинового шлама) в количестве 63.0-70.4 мас.% с оксидом кремния 22.0-24.6 мас.% и хромофорами (солями переходных элементов 3-d подгруппы) в количестве 5-15 мас.% в пересчете на оксид, обрабатывают концентрированной соляной кислотой. При взаимодействии с HCl двухкальциевый силикат переходит в гелеобразное состояние, так как образуется хлористый кальций и кремнегель:

Ca 2 SiO 3 + 4HCl 2CaCl 2 + H 4 SiO 4              /2/

В этот момент путем интенсивного перемешивания добиваются высокой степени гомогенизации и усреднения компонентов смеси. Высушенную смесь обжигают при температурах 1050-1100°C для прохождения реакции /1/ с выдержкой 1 час. Сразу после выдержки пигменты охлаждают в воде при комнатной температуре в течение 0.5 часа.

Температуры ниже 1050°C не достаточно для образования интенсивной окраски пигмента, а повышение температуры обжига выше 1100°С способствует потемнению окраски и образованию плотного, трудноразмалываемого спека. Выдержка при максимальной температуре 1 час способствует окончательному завершению процессов фазообразования кристаллической структуры волластонита, образования цветонесущей фазы. Быстрое охлаждение (закалка) в воде при комнатной температуре необходимо для фиксации высокотемпературного состояния материала, при котором большее количество ионов-хромофоров остается в кристаллической структуре пигмента.

Преимуществом данного способа является получение пигментов с более яркой окраской при пониженном содержании хромофоров за счет более интенсивного внедрения красящих ионов в решетку волластонита, снижение затрат на производство пигментов за счет использования отхода производства и сокращения времени, затрачиваемого на обжиг пигментов.

Пример

Компоненты шихты, мас.%: двухкальциевый силикат (нефелиновый шлам), измельченный до остатка на сите №0063 не более 2 мас.%, - 66.7, оксид кремния - 23.3, оксид кобальта (в виде раствора соли Co(NO3)2·6H2O) - 10 (в пересчете на оксид) смешивают, увлажняют водой и добавляют концентрированную соляную кислоту из расчета 6.2 г HCl на 10 г шихты при интенсивном перемешивании. Образовавшийся гель высушивают, затем обжигают при температуре 1050-1100°C с выдержкой 1 час. Сразу после выдержки пигменты охлаждают в воде при комнатной температуре в течение 0.5 часа.

После охлаждения пигмент измельчают до остатка на сите №0063 не более 0.2 мас.%, наносят на обожженные изделия, которые глазуруют и повторно обжигают при температуре 850°С. Пигмент обладает следующими свойствами: цвет пигмента - синий, доминирующая длина волны 477 нм, чистота тона - 30%.

Полученные по данному способу пигменты в зависимости от введенного хромофора имеют синюю, зеленую и оливковую окраску. Они устойчивы в интервале температур 650-850°С и могут использоваться для получения надглазурных красок, легкоплавких глазурей.

В таблице 1 приведен химический состав нефелинового шлама.

В таблице 2 приведен компонентный состав пигментов.

В таблице 3 представлены цветовые характеристики пигментов.

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 Содержание основных компонентов, мас.%
Ca2SiO4 SiO2 CoO Cr2O3
HB 1 70,4 24,6 5,0 -
HB 2 66,7 23,3 10,0 -
HB 3 63,0 22,0 15,0 -
HB 4 70,4 24,6 - 5,0
HB 5 66,7 23,3 - 10,0
HB 6 63,0 22,0 - 15,0
Таблица 3
№ пигмента Координаты цветности Цвет Длина волны, λ, нм Чистота тона, Р, %
x y z
HB 1 0,21 0,20 0,59 серовато-синий 475 26
HB 2 0,21 0,21 0,58 синий 477 30
HB 3 0,20 0,21 0,59 синий 478 33
HB 4 0,33 0,37 0,30 травянисто-зеленый 548 19
HB 5 0,33 0,40 0,27 зеленый 555 32
HB 6 0,36 0,44 0,20 темно-оливковый 562 54

Способ получения волластонитовых керамических пигментов на основе двухкальциевого силиката, включающий смешивание исходных компонентов с солями ионов-хромофоров, обработку концентрированной соляной кислотой для перевода дисперсной системы в гелеобразное состояние, перемешивание, высушивание и обжиг при температуре 1050-1100°C с выдержкой 1 ч, отличающийся тем, что в качестве исходных материалов используют смесь двухкальциевого силиката с оксидом кремния, а после выдержки пигменты охлаждают в воде при комнатной температуре в течение 0,5 ч.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к промышленности строительных материалов и касается составов глазурей для нанесения на керамический кирпич. Кирпичная глазурь включает, вес.ч.: глина 1-2; мел 1-2; свинцовый глет 30-36; пиролюзит 1-2; циркон 20-26; поташ 6-8.
Изобретение относится к области получения защитно-декоративных покрытий на стеновой керамике и может быть использовано в промышленности строительных материалов.
Ангоб // 2495005
Изобретение относится к ангобированным керамическим строительным материалам. Технический результат изобретения заключается в повышении морозостойкости ангоба.
Ангоб // 2494082
Изобретение относится к составам ангобов, которые могут быть использованы в производстве изделий бытовой керамики (блюда, бочонки, банки, подставки и др.). Ангоб, включает, мас.%: глина 68,3-77,0; молотый бой оконного листового стекла 5,0-7,0; окрашивающая добавка 0,5-9,0; глицерин 0,3-0,7; циркон 3,0-4,0; костяная зола 11,0-13,0.
Ангоб // 2494081
Изобретение относится к составам ангобов, которые могут быть использованы в производстве изделий бытовой керамики. Техническим результатом изобретения является повышение термостойкости ангоба.
Глазурь // 2489412
Изобретение относится к промышленности строительный материалов и касается составов глазурей для нанесения на керамические изделия хозяйственно-бытового назначения.
Изобретение относится к составам глазурей для нанесения на керамический кирпич. .
Изобретение относится к составам глазурей для изразцов. Технический результат изобретения заключается в повышении термостойкости глазури. Глазурь содержит следующие компоненты, масс.%: свинцовый глет 3-4, песок кварцевый 5-6; каолин 0,1-0,5; окись кобальта 0,1-0,5; костяную золу 3-4. 1 табл.
Глазурь // 2502712
Изобретение относится к составам глазурей для нанесения на керамическую плитку, кирпич. Технический результат изобретения заключается в повышении морозостойкости глазури. Глазурь содержит следующие компоненты, вес.ч.: кварцевый песок 3-4; свинцовый глет 3-4; кирпичный порошок 3-4; опоку 3-4. 1 табл.
Изобретение относится к составам глазурей для нанесения на керамическую плитку, изразцы. Технический результат изобретения заключается в повышении термостойкости глазури. Шихта глазури содержит следующие компоненты, мас.%: песок кварцевый - 76,0-77,0; доломит - 3,0-4,0; буру - 9,0-11,0; глинозем - 3,0-4,0; мел - 1,0-2,0; поташ - 1,0-2,0; диоксид циркония - 3,0-4,0. 1 табл.
Изобретение относится к составам глазурей для нанесения на керамический кирпич. Технический результат изобретения заключается в повышении морозостойкости глазури. Кирпичная глазурь включает следующие компоненты, вес.ч.: мел 3-4; свинцовый глет 40-45; пиролюзит 3-4; кварцевый песок 32-34; опока 15-20. 1 табл.
Изобретение относится к технологии силикатов и касается шихтовых составов глазурей для нанесения на керамическую плитку, изразцы. Технический результат заключается в повышении термостойкости глазури. Шихтовой состав глазури включает в себя следующие компоненты, мас.%: песок кварцевый 60,0-62,0; бура 7,0-9,0; поташ 4,0-5,0; диоксид циркония 6,0-7,0; отходы алмазообогащения в количестве 19,0-21,0, характеризующиеся следующим минеральным составом, мас.%: серпентин 70,0; кальцит 2,0; доломит 28. 1 табл.
Изобретение относится к составам глазурей для изразцов. Технический результат изобретения заключается в повышении термостойкости глазури. Глазурь для изразцов включает следующие компоненты, вес.ч.: свинцовый глет 3-3,5; песок кварцевый 4-4,5; каолин 0,5-1; окись кобальта 0,5-1; опока 2-3. 1 табл.
Изобретение относится к составам глазурей для нанесения на керамический кирпич. Технический результат изобретения заключается в повышении морозостойкости кирпичной глазури. Кирпичная глазурь содержит следующие компоненты, вес.ч.: глина 6-8; мел 2-4; свинцовый глет 30-34; пиролюзит 6-8; кварцевый песок 44-52; поташ 2-4. 1 табл.
Изобретение относится к шихтовым составам глазурей для нанесения на керамическую плитку, изразцы. Технический результат изобретения заключается в повышении термостойкости глазури. Шихта для глазури содержит, мас.%: песок кварцевый 41,0-43,0; доломит 4,0-6,0; бура 19,0-23,5; глинозем 1,0-1,5; мел 1,0-1,5; поташ 7,0-9,0; диоксид циркония 4,0-6.0; сода кальцинированная 1,0-1,5; костяная зола 14,0-16,0. 1 табл.
Изобретение относится к промышленности строительных материалов и касается составов шихты глазурей для нанесения на керамический кирпич. Шихта для изготовления глазурей включает, мас.ч.: бой кирпича керамического 10-15; борат кальция 10-15; кварцевый песок 45-55; фосфат кальция 10-15; тальк 10-15. Техническим результатом изобретения является повышение морозостойкости глазури. Морозостойкость составляет 150-180оС. Закрепление глазури на поверхности кирпича производят низкотемпературной плазмой. 1 табл.
Изобретение относится к составам глазурей для нанесения на керамические изделия декоративно-художественного и хозяйственно-бытового назначения. Технический результат изобретения заключается в повышении водостойкости цветной глазури. Цветная глазурь включает следующие компоненты, вес.ч.: свинцовый глет 2-2,5; кварцевый песок 5-5,5; каолин 0,1-0,2; окись кобальта 0,3-0,5; оксид цинка 0,1-0,2, бура 2-2,5. 1 табл.
Наверх