Способ получения термочувствительного обратимого пигмента

Способ получения термочувствительного обратимого пигмента

Реферат

 

Изобретение относится к получению термоиндикаторных пигментов, используемых при изготовлении термочувствительной краски. Сущность изобретения заключается в способе, который включает обработку алюмосиликатного материала - натриевого цеолита раствором, содержащим соли кобальта и калия, при содержании металлов в растворе к массе цеолита в пределах, мас.%: кобальт 3,2 - 4,0, калий 9 - 40, железо не более 0,006%, перемешивание раствора, фильтрацию, промывку и сушку осадка. Согласно изобретению получают стабильный термоиндикаторный пигмент, позволяющий своевременно обнаружить короткие замыкания электродов при электрорафинировании меди, а также максимальное извлечение кобальта в цеолит. 1 табл.

Изобретение относится к области получения термоиндикаторных пигментов, используемых при изготовлении термочувствительной краски.

Известен способ получения обратимого термочувствительного пигмента (Корсунский Л. Ф. , Калининская Т.В., Степин С.Н., Неорганические пигменты, Химия, Санкт-Петербург, 1992, с. 149-152) из двойных йодных солей ртути и меди. При нагревании указанные соли изменяют свой цвет за счет перехода двойной соли из одной структуры в другую. При охлаждении восстанавливаются исходная, стойкая при низкой температуре структура и первоначальный цвет двойной соли. Основной недостаток получаемого пигмента - наличие ядовитой ртути.

Известен способ получения обратимого термочувствительного пигмента соединением солей кобальта и никеля с гексаметилентетрамином (Корсунский Л.Ф., Калининская Т. В. , Степин С.Н., Неорганические пигменты, Химия, Санкт-Петербург, 1992, с. 149-150). Пигменты при нагревании до определенной температуры теряют кристаллизационную воду, что приводит к изменению цвета, а при охлаждении они снова поглощают воду из воздуха и первоначальный цвет восстанавливается. Однако пигмент горюч и разрушается во влажной среде.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу получения обратимого термочувствительного пигмента является способ получения кобальтового пигмента (патент N 2080343 РФ, кл. C 09 C 1/00, 1/28, 1/40, 1997). Известный способ включает обработку алюмосиликатного материала-натриевого цеолита раствором, содержащим соли кобальта и калия, перемешивание, фильтрацию, промывку и сушку осадка. Следует отметить, что в способе, принимаемом нами за прототип, соль калия присутствует в промышленном растворе производства кобальта комбината "Североникель".

При нагревании пигмента из структуры удаляется цеолитовая вода, изменяется количество молекул, окружающих катионы кобальта, и меняется окраска пигмента. При увеличении температуры существует две ступени изменения окраски данного пигмента. На первой ступени при низкой температуре пигмента (42-45^oC) цвет пигмента изменяется качественно от сиренево-розового до голубого, что визуально легко определяется. На второй ступени при повышенной температуре в интервале от 42-45^oC до 120-150^oC интенсивность окрашивания пигмента возрастает: цвет усиливается от голубого до синего. При снижении температуры пигмента цвет возвращается от синего к голубому, а далее - к сиренево-розовому цвету (обратимость пигмента). На второй ступени нагревания при небольшом интервале изменения температуры (10-15^oC) изменение окрашивания пигмента практически не определяется визуально. Такая ошибка при определении температуры токоподводов в технологии электролиза меди недопустима.

Термочувствительный пигмент находит применение в изготовлении термокрасок, используемых для обнаружения коротких замыканий при проведении электролиза меди. Из практики работы электрорафинирования меди установлено, что короткие замыкания на токоподводах электролизных ванн, приводящие к нарушению технологии, возникают при температуре 50-65^oC, что свидетельствует о появлении дендритов на катодах. В связи с чем, пигмент, полученный вышеописанным способом, неприемлем для указанных условий ведения процесса, из-за низкого порога чувствительности (42-45^oC). Кроме того, в прототипе извлечение кобальта из раствора в пигмент составляет 31,5%.

Исходя из того, что промышленные партии цеолита имеют разброс по химическому составу, например, по содержанию оксида натрия, то и пигменты, полученные вышеописанным способом, из такого цеолита, имеют нестабильные значения температуры изменения цвета, различную скорость сорбции кобальта цеолитом из раствора.

Поставленной перед нами технической задачей является получение стабильного термоиндикаторного пигмента, позволяющего своевременно обнаруживать короткие замыкания электродов при электрорафинировании меди, а также максимальное извлечение кобальта в цеолит.

Предлагаемый способ получения термоиндикаторного пигмента позволяет решить поставленную задачу.

Сущность предлагаемого способа.

Способ включает обработку алюмосиликатного материала - натриевого цеолита раствором, содержащим соли кобальта и калия, перемешивание раствора. Причем содержание ионов металлов в растворе к массе цеолита составляет в мас. %: кобальт 3,2-4,0, калий - 9-40, железо не более 0,006, при этом происходит практически полное извлечение кобальта из раствора в цеолит (99%). Далее осадок фильтруют, промывают и сушат.

При повышении содержания кобальта в растворе более 4% к массе цеолита снижается извлечение кобальта в цеолит. При концентрации кобальта в растворе ниже 3,2% пигмент имеет блеклый цвет и затруднено определение порога чувствительности. При содержании калия менее 9% к массе цеолита происходит снижение порога чувствительности температуры (менее 50^oC); при более 40% - порог чувствительности составляет более 65^oC. Содержание ионов железа в растворе более 0,006% от массы цеолита приводит к нарушению цветности пигмента, при этом получается порошок желтоватого оттенка.

Примеры осуществления способа.

Опыт. В стакан заливают 1 л дистиллированной воды и растворяют 20 г K₂SO₄ (что соответствует 9 г калия) и 8,4 г CoSO₄ (что соответствует 3,2 г кобальта). Концентрация железа в растворе составляет 0,002 г/л. Раствор нагревают до 50-60^oC и далее засыпают в него цеолит натрия в количестве 100 г. Пульпа перемешивается до тех пор пока происходит сорбция кобальта цеолитом из раствора до концентрации кобальта в растворе 0,03 г/л. Операция сорбции длится 3 часа. Осадок отстаивают, декантируют и фильтруют, затем промывают дистиллированной водой и сушат. При комнатной температуре порошок имеет чистый сиренево-розовый цвет. Содержание кобальта в пигменте составляет 3,17 мас.%, калия - 4,7%. Проба термочувствительной краски была получена при смешивании пигмента и лака (1:1). Медный образец покрывали полученным составом, далее металл подвергали температурному нагреву, и было установлено, что при температуре 50^oC происходит изменение цвета состава от сиренево-розового к голубому. При дальнейшем нагревании образца интенсивность окраски усиливается, приближаясь к синему цвету. При постепенном охлаждении его цвет опять возвращается к сиренево-розовому (при 50^oC), т.е. налицо обратимость пигмента.

Аналогично было проведено еще 15 опытов с разными параметрами. Результаты опытов сведены в таблицу.

Как видно из приведенной таблицы, получается стабильный термочувствительный пигмент из цеолита различных партий и имеющих разную активность (опыты N 6-8). Оптимальные соотношения содержаний катионов кобальта и калия в растворе от массы цеолита, %: кобальт - 3,2-4,0, калий - 9-40 (опыты N 4,9,13), соответствуют рабочему интервалу порога температуры 50-65^oC. Опыты N 4,9,13 показывают лучшие результаты по извлечению кобальта из раствора в цеолит при оптимальной продолжительности ведения процесса (шах 4 часа). Повышенное содержание железа в растворе, попадающего с техническими солями, более 0,006% от массы цеолита препятствует определению температурного порога изменения цвета и обратимости пигментов (опыты N 5,6).

Достигнутый результат подтверждает, что заявленная нами совокупность признаков обеспечивает получение пигмента с требуемыми характеристиками, т. е. поставленная задача решена и технический результат достигнут.

Формула изобретения

Способ получения термочувствительного обратимого пигмента, включающий обработку алюмосиликатного материала - натриевого цеолита раствором, содержащим соли кобальта и калия, перемешивание, фильтрацию, промывку и сушку осадка, отличающийся тем, что обработку ведут раствором, содержание ионов металлов в котором к массе цеолита составляет, мас.%: кобальт 3,2-4,0, калий 9-40, железо не более 0,006.

РИСУНКИ

Рисунок 1