Способ получения железоокисного пигмента из спекулярита

Способ получения железоокисного пигмента из спекулярита

Реферат

Изобретение относится к получению неорганических пигментов, а именно железоокисных, и может быть использовано в лакокрасочной промышленности, производстве строительных материалов, пластмасс, резинотехнических изделий и т.д.

Известен способ получения пигментов с металлическим блеском (см. патент RU №2049798, класс С09С 1/00, опубликован 10.12.1995 г.), согласно которому проводят окисление карбонилов металлов, например октакарбонила кобальта, гексакарбонила хрома, гексакарбонила молибдена кислородосодержащими газами в движущемся кипящем слое частичек чешуйчатой формы, например слюды, алюминия, графита при 40-100°С, в частности, в присутствии инертного газа. Известен способ получения железооксидных пигментов различного цвета на частицах слюды чешуйчатой формы (см. патент RU №2049799, класс С09С 1/24, опубликован 10.12.1995 г.), согласно которому производят окисление пентакарбонила железа кислородосодержащим газом в подвижном кипящем слое частиц слюды чешуйчатой формы при 20-100°С, процесс окисления проводят также в присутствии химически инертного газа и дополнительно обрабатывают в воздушной среде при температуре 250-800°С.

Недостатком этих способов являются сложность технологического процесса, зависимость цвета от толщины пленки, количества осажденного оксида железа, в связи с этим строгая зависимость от температурных режимов. Кроме того, эти способы обеспечивают получение не пигмента, а пленки на частичках слюды, которая под действием механических сил может истираться и ухудшать внешний вид изделий.

Известен способ получения коричневого железооксидного пигмента (см. патент RU №2118972, класс С09С 1/00, 1/24, опубликован 20.09.1998 г.) из осадков электрохимической очистки сточных вод гальванического производства с добавлением восстановителя 10-0,5 мас.% - мелкодисперсного металла: алюминия или железа или легкоокисляющегося органического вещества - отработанного масла, бумажных отходов, кубовых остатков производства высших спиртов.

Недостатком этого способа является зависимость получения пигмента от гальванического производства, точный подбор количественного соотношения исходных компонентов для получения пигмента.

Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков к предлагаемому является способ получения пигмента (см. заявку DE 3624920, класс В03В 9/00, опубликована 28.01.1988 г.), из спекулярита с начальным содержанием α-Fе₂О₃ 80%-95% и размером частиц от 0-15 см путем его измельчения и обогащения методом флотации. Данный способ позволяет получить химически чистый пигмент из природного спекулярита с содержанием α-Fе₂О₃ 99,8 мас.% и размером частиц от 63-90 мкм. Недостатком этого способа является получение пигмента только одного цвета.

Известен материал - железная слюдка. Это порошок серого цвета с металлическим угловым блеском, имеющий чешуйчатую структуру за счет пластинок α-Fе₂О₃ толщиной до 5 мкм и длиной до 60 мкм, которые образуют в пленке герметическое перекрывание, армируют пленку, отражают лучи и задерживают проникновение воды и газов. По международному стандарту ISO 10601: 2007 (Е) железная слюдка, используемая в качестве антикоррозионного пигмента, имеет следующие параметры: массовая доля соединений железа в пересчете на Fе₂O₃ не менее 85 мас.%, остаток на сите после мокрого просеивания с размером отверстий 63 мкм в зависимости от класса может быть:

1 класс - не более 5 мас.%,

2 класс - более 5 мас.%, но меньше или равно 15 мас.%,

3 класс - более 15 мас.%, но меньше или равно 35 мас.%.

По содержанию тонких чешуйчатых пластинок градация следующая: А - более 65 мас.%, В - от 50 мас.% до 65 мас.%.

Используется железная слюдка в лакокрасочной промышленности в качестве защитного пигмента для обеспечения антикоррозионных свойств покрытию. Ее добавляют в грунтовку и/или эмаль.

Целью изобретения является получение железоокисного пигмента разных цветов (выраженный металлический блеск, не выраженный металлический блеск (матовый блеск), коричневый, красный) из одного природного материала - спекулярита.

Целью изобретения является расширение области применения антикоррозионного пигмента, получаемого из спекулярита.

Конечные продукты:

- пигмент с выраженным угловым металлическим блеском имеет содержание α-Fе₂О₃ более 60 мас.% и размер частиц 100 мкм - 1000 мкм, предназначен для защитно-декоративных и декоративных покрытий.

- пигмент с невыраженным угловым металлическим блеском (матовый блеск) имеет содержание α-Fе₂О₃ более 60 мас.% и размер частиц 20 мкм - менее 100 мкм, предназначен для декоративных и защитно-декоративных покрытий.

- пигмент коричневого цвета имеет содержание Fе₂O₃ более 70 мас.% и размер частиц 0.3 мкм - менее 20 мкм, предназначен для защитных и декоративных покрытий.

- пигмент красного цвета имеет содержания α-Fе₂О₃ более 94,0 мас.% и размер частиц менее 0,3 мкм, предназначен для пигментирования разного рода материалов, например лакокрасочных, строительных.

- пигмент с матовым блеском, состоящий из железной слюдки с содержанием Fе₂O₃ более 85 мас.%, которая включает тонкие чешуйчатые пластинки в количестве более 50 мас.% и характеризующийся остатком после мокрого просеивания на сите с размером отверстий 63 мкм не более 35 мас.%, предназначен для декоративных и для защитно-декоративных покрытий.

Настоящее изобретение касается способа получения железоокисного пигмента из спекулярита, включающего его измельчение и обогащение при этом сначала измельчение ведут до размера частиц более 1 мм - 5 мм, затем проводят обогащения методом магнитной сепарации до содержания α-Fе₂О₃ более 60,0 мас.%, после чего обогащенный спекулярит снова измельчают.

Настоящее изобретение, кроме того, касается вышеупомянутого способа получения железоокисного пигмента из спекулярита, где в качестве спекулярита используют спекулярит алтайского месторождения «Рудный Лог».

Настоящее изобретение также касается вышеупомянутого способа получения железоокисного пигмента из спекулярита, где обогащение проводят до содержания α-Fе₂О₃ более 60,0 мас.%, а измельчение после обогащения до размера частиц 100 мкм - 1000 мкм.

Настоящее изобретение также касается вышеупомянутого способа получения железоокисного пигмента из спекулярита, где обогащение проводят до содержания α-Fе₂О₃ более 60,0 мас.%, а измельчение после обогащения до размера частиц 20 мкм - менее 100 мкм.

Настоящее изобретение также касается вышеупомянутого способа получения железоокисного пигмента из спекулярита, где обогащение проводят до содержания α-Fе₂О₃ более 70,0 мас.%, а измельчение после обогащения до размера частиц 0,3 мкм - менее 20 мкм.

Настоящее изобретение также касается вышеупомянутого способа получения железоокисного пигмента из спекулярита, где обогащение проводят до содержания α-Fе₂О₃ более 94,0 мас.%, а измельчение после обогащения до размера частиц менее 0,3 мкм.

Настоящее изобретение, кроме того, касается пигмента с матовым блеском для защитно-декоративных и декоративных покрытий, полученного из обогащенного спекулярита и состоящего из железной слюдки с содержанием Fе₂O₃ более 85 мас.%, которая включает тонкие чешуйчатые пластинки в количестве более 50 мас.% и характеризующийся остатком после мокрого просеивания на сите с размером отверстий 63 мкм не более 35 мас.%.

Настоящее изобретение также касается вышеупомянутого пигмента с матовым блеском, где в качестве спекулярита может быть использован спекулярит алтайского месторождения «Рудный Лог».

Диапазон крупности материала и его связь с цветом получен экспериментальным путем.

Проверка патентоспособности показала, что заявляемое решение соответствует изобретательскому уровню, т.к. не следует для специалистов явным образом из уровня техники.

Проведенный заявителями анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявители не обнаружили источник, характеризующийся признаками, тождественными существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителями техническому решению отличительных признаков в заявленном способе, изложенных в формуле изобретения. Не выявлено применение известного материала по новому назначению, изложенному в независимом пункте формулы изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «новизна».

Сущность изобретения поясняется следующими примерами:

Пример 1. Способ получения железоокисного пигмента из спекулярита с угловым металлическим блеском осуществляли следующим образом. Брали природный материал - спекулярит из карьера алтайского месторождения «Рудный Лог» крупностью менее 600 мм и проводили его измельчение в мельнице самоизмельчения консольного типа. Из мельницы самоизмельчения спекулярит направляли в классификатор, в качестве классификатора использовали гидроциклон, в котором происходило разделение спекулярита по крупности. Весь спекулярит крупнее более 1 мм - 5 мм возвращали на доизмельчение в мельницу самоизмельчения, спекулярит с размером частиц более 1 мм - 5 мм из классификатора направляли на магнитную сепарацию для осуществления процесса обогащение до содержания α-Fе₂О₃ более 60,0 мас.%. После этого спекулярит направляли на измельчение после обогащения в планетарную мельницу для получения спекулярита крупностью 100 мкм - 1000 мкм.

Экспериментально установлено, что наилучшая степень обогащения достигается при измельчении спекулярита до размера частиц - 2 мм.

В таблице 1 приведен химический состав мономинеральных фракций спекулярита месторождения «Рудный Лог».

Пример 2. Способ получения железоокисного пигмента из спекулярита с незначительно выраженным угловым металлическим блеском (матовый блеск) осуществляли следующим образом. Все операции по примеру 1, но измельчение после обогащения в планетарной мельнице проводили до получения спекулярита крупностью 20 мкм - менее 100 мкм.

Пример 3. Способ получения железоокисного пигмента из спекулярита коричневого цвета осуществляли следующим образом. Все операции по примеру 1, но процесс обогащения проводили в магнитном сепараторе до содержания α-Fе₂О₃ более 70,0 мас.%, а измельчение после обогащения в планетарной мельнице осуществляли до получения спекулярита крупностью 0,3 мкм - менее 20 мкм.

Пример 4. Способ получения железоокисного пигмента из спекулярита красного цвета осуществляли следующим образом. Все операции по примеру 1, но процесс обогащения проводили в магнитном сепараторе до содержания α-Fе₂О₃ более 94,0 мас.%, а измельчение после обогащения в планетарной мельнице осуществляли до получения спекулярита крупностью менее 0,3 мкм.

Пример 5. Пигмент с матовым блеском получали путем использования антикоррозионного пигмента, состоящего из железной слюдки алтайского месторождения «Рудный Лог» с содержанием Fе₂O₃ более 85,0 мас.%, содержанием тонких чешуйчатых пластинок более 50 мас.% и остатком на сите после мокрого просеивания с размером отверстий 63 мкм не более 35 мас.%. Защитно-декоративные свойства этого пигмента проявляются в том, что покрытие за счет применения этого пигмента приобретает не только декоративность (матовый блеск, шероховатость), но и повышенную стойкость к истиранию, царапанию.

Проведенные исследования показали, что из спекулярита, в частности из спекулярита алтайского месторождения «Рудный Лог», можно получить пигмент декоративный, защитно-декоративный с выраженным угловым металлическим блеском; декоративный и защитно-декоративный с матовым блеском; защитный, декоративный коричневого и красного цветов; использовать антикоррозионный пигмент - железную слюдку с содержанием Fе₂O₃ более 85,0 мас.%, содержанием тонких чешуйчатых пластинок более 50 мас.% и остатком на сите после мокрого просеивания с размером отверстий 63 мкм не более 35 мас.% в качестве декоративного пигмента с матовым блеском и/или защитно-декоративного пигмента.

Экспериментально получено, что наиболее оптимальное содержание α-Fе₂О₃ в пигменте должно составлять 85,0-95,0 мас.%.

Пигмент, полученный из спекулярита, имеет преимущества по следующим показателям:

- Экологически чистый. Содержание вредных и экологически опасных примесей (Hg, As, U, Cd и др.) в рудах месторождения «Рудный Лог» не обнаружено.

- В нем нет водорастворимых примесей, вызывающих солевые выцветы на поверхности изделий.

- Светостойкий.

Пигмент с выраженным угловым металлическим блеском и пигмент с матовым блеском используют для производства строительных материалов, при создании новых строительных материалов для придания им декоративных и защитно-декоративных свойств, используют для получения декоративных и защитно-декоративных покрытий в лакокрасочной промышленности. Пигмент с матовым блеском и с выраженным угловым металлическим блеском хорошо диспергируется, например, в лаке. Полученные суспензии однородны, устойчивы и не склонны к разделению. Краски, полученные с добавлением пигмента с выраженным угловым металлическим блеском и матовым блеском, были использованы для создания декоративного покрытия на чугунной решетке.

Пигмент с выраженным угловым металлическим блеском и матовым блеском использовали при создании красок и покрытий для поверхностей из различных материалов, с целью придания им определенной степени декоративности и разной степени шероховатости.

В таблице 2 приведены качественные характеристики коричневого пигмента. Этот пигмент можно использовать в качестве коричневого пигмента в производстве строительных материалах для окрашивания: кровельной черепицы, напольной плитки, стенных штукатурок на цементной основе, железобетонных изделий, как защитный - антикоррозионный железоокисный пигмент в лакокрасочной промышленности.

Красный пигмент использовали для пигментирования лакокрасочных материалов. Красный пигмент, полученный по настоящему изобретению, был испытан на соответствие ТУ 2322-166-05011907-98 «Пигмент железоокисный красный». Испытания показали, что красный пигмент из спекулярита алтайского месторождения «Рудный Лог» соответствует нормам ТУ 2322-166-05011907-98.

Использовали пигмент из спекулярита алтайского месторождения «Рудный Лог» с матовым блеском и крупностью 60-65 мкм в ГФ-021 в защитных целях. Проведенные испытания показали, что покрытия ГФ-021 с использованием пигмента из спекулярита выявили некоторое преимущество по сравнения с покрытиями ГФ-021 со стандартной рецептурой в твердости и прочности покрытий к истиранию. Твердость пленки покрытия ГФ-021 со спекуляритом, определенная по маятниковому прибору М-3, составила 0.400 условных единиц, тогда как у покрытия ГФ-021 со стандартной рецептурой - 0.347 условных единиц. Прочность пленки к истиранию кварцевым песком (кг/мкм) у покрытия ГФ-021 со спекуляритом - 0,769, а у покрытия со стандартной рецептурой - 0,608.

Стойкость пленки к статическому воздействию 3%-ного раствора хлористого натрия соответствует нормативным требованиям ГОСТ 25129-82. Сверхнормативные испытания по этой позиции показали, что покрытие ГФ-021 с пигментом из спекулярита устойчиво к воздействию раствора NaCl до 48 часов, тогда как у покрытия ГФ-021 со стандартной рецептурой сразу наблюдается поматование покрытия.

Использовали антикоррозионный пигмент - железную слюдку, полученную из спекулярита алтайского месторождения «Рудный Лог» с содержанием Fе₂O₃ более 85 мас.%, содержанием тонких чешуйчатых пластинок более 50 мас.% и остатком на сите после мокрого просеивания с размером отверстий 63 мкм не более 35 мас.% в качестве декоративного пигмента с матовым блеском. Была создана декоративная краска с использованием этого пигмента на основе лака. Этой краской была покрыта декоративная решетка из чугуна. Покрытие имело небольшую степень шероховатости, матовый блеск.

Все перечисленные пигменты вводятся как единственные пигменты и позволяют обеспечить продукции цвет, соответствующий размеру частиц пигмента. Количество пигмента, вводимое, например, в состав декоративной краски может быть от 10 до 20 мас.%.

Выбор пигмента по величине крупности частиц и таким образом цвету зависит от назначения пигмента и области его использования.

Основным компонентом, сопровождающим спекулярит, является SiO₂. Экспериментально было получено, что присутствие SiO₂ в количестве 30-40 мас.% в пигменте с выраженным угловым металлическим блеском и пигменте с матовым блеском, используемых для декоративных покрытий в лакокрасочной промышленности, в качестве пигмента при производстве строительных материалов, не ухудшает качество самого пигмента и качество покрытий с их использованием, а наоборот, создает дополнительный светоотражательный эффект.

Кроме того, следует отметить, что в процессе получения пигмента остается SiO₂ хорошего качества, который успешно можно использовать в различных отраслях промышленности и строительстве.

Производство железоокисного пигмента из спекулярита удовлетворяет следующим экологическим требованиям: безвредность, нелетучесть, отсутствие отходов, поскольку в процессе измельчения любая фракция в диапазоне менее 0,3 мкм - 1000 мкм может найти применение в качестве пигмента в той или иной области промышленности и строительстве так же как основной компонент, сопровождающий спекулярит - SiO₂.

Из спекулярита алтайского месторождения «Рудный Лог» можно получать микронизированный пигмент, который будет успешно применяться в разных отраслях промышленности и строительстве.

Таким образом, заявляемое техническое решение позволяет:

1) обеспечить получение железоокисных натуральных пигментов разных цветов из одного материала - спекулярита и, в частности, из спекулярита алтайского месторождения «Рудный Лог»: красного, коричневого, с матовым блеском и с выраженным угловым металлическим блеском,

2) расширить область применения дешевых антикоррозионных железоокисных пигментов, получаемых из спекулярита, в частности из спекулярита алтайского месторождения «Рудный Лог», за счет использования известного антикоррозионного пигмента - железной слюдки с содержанием Fе₂O₃ более 85 мас.%, содержанием тонких чешуйчатых пластинок более 50 мас.% и остатком на сите после мокрого просеивания с размером отверстий 63 мкм не более 35 мас.% в качестве декоративного и декоративно-защитного пигмента.

Пигмент по данному изобретению пригоден для использования в лакокрасочной промышленности, строительстве и других отраслях промышленности.

Таблица 1Химический состав мономинеральных фракций спекулярита месторождения Рудный Лог (в вес.%)
Состав	Спекулярит
Fe2О3	95.0-99.2
SiO2	2.62-0.41
Аl2O3	0.12-0.03
FeO	1.52-и.о.
ТiO2	0.08-0.01
CaO	0.07-0.01
MnO	н.о.
MgO	н.о.
Na2O	н.о.
K2O	н.о.
P2O5	н.о.
BaO	н.о.
SrO	н.о.
S(вал)	н.о.
F	н.о.
Cl	н.о.
H2O	н.о.
п.п.п.	0.36-0.19
Сумма	99.77-99.85

Таблица 2Качественные показатели коричневого пигмента
№ п/п	Наименование показателя	Фактически определено
1	Цвет	Коричневый
2	Массовая доля соединений железа в пересчете на Fе2O3	72,0 и более в зависимости от степени обогащения
3	Массовая доля веществ, растворимых в воде, %	0,1
4	Массовая доля летучих веществ, %	0,6
5	рН водной суспензии	7,5
6	Потери массы при прокаливании, %	0,6
7	Маслоемкость, г/100 г пигмента	18
8	Укрывистость, г/м2	15
9	Диспергируемость, мкм	25

1. Способ получения железоокисного пигмента из спекулярита, включающий его измельчение и обогащение, отличающийся тем, что сначала измельчение ведут до размера частиц более 1 - 5 мм, затем проводят обогащение методом магнитной сепарации до содержания α-Fе₂О₃ более 60,0 мас.%, после чего обогащенный спекулярит снова измельчают.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве спекулярита используют спекулярит алтайского месторождения «Рудный Лог».

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что обогащение проводят до содержания α-Fе₂О₃ более 60,0 мас.%, а измельчение после обогащения - до размера частиц 100 - 1000 мкм.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что обогащение проводят до содержания α-Fе₂О₃ более 60,0 мас.%, а измельчение после обогащения - до размера частиц 20 мкм - менее 100 мкм.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что обогащение проводят до содержания α-Fе₂О₃ более 70,0 мас.%, а измельчение после обогащения - до размера частиц 0,3 мкм - менее 20 мкм.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что обогащение проводят до содержания α-Fе₂О₃ более 94,0 мас.%, а измельчение после обогащения - до размера частиц менее 0,3 мкм.

7. Пигмент с матовым блеском для защитно-декоративных и декоративных покрытий, полученный из обогащенного спекулярита и состоящий из железной слюдки с содержанием Fе₂О₃ более 85 мас.%, которая включает тонкие чешуйчатые пластинки в количестве более 50 мас%, и характеризующийся остатком после мокрого просеивания на сите с размером отверстий 63 мкм не более 35 мас%.

8. Пигмент по п.7, отличающийся тем, что он получен из спекулярита алтайского месторождения «Рудный Лог».