Шихта для получения керамического пигмента желто-коричневого цвета

Шихта для получения керамического пигмента желто-коричневого цвета

Реферат

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