RU2075492C1

RU2075492C1 - Process for preparing colored titanium-containing inorganic pigments

Info

Publication number: RU2075492C1
Application number: RU93029072A
Authority: RU
Inventors: М.В. Чайкина; Е.Г. Аввакумов; Е.В. Чернякова; Л.П. Науменко
Original assignee: Институт химии твердого тела и переработки минерального сырья СО РАН
Priority date: 1993-05-31
Filing date: 1993-05-31
Publication date: 1997-03-20

Abstract

FIELD: paint and varnish, leather and paper industry. SUBSTANCE: ilmenite concentrate or mixture of ilmenite concentrate containing additives at (2-5):1 ratio is subjected to treatment in mechanical activator at power supply of 10-50 w/g for 5-15 min and the resulting product is calcined at 700-900 C for 2-5 hours. EFFECT: improved properties of colored titanium containing inorganic pigments.

Description

Изобретение относится к технологии получения цветных неорганических титановых пигментов из ильменитовых концентратов и может быть использовано в лакокрасочной, керамической, строительной, кожевенной и бумажной промышленностях. The invention relates to a technology for the production of colored inorganic titanium pigments from ilmenite concentrates and can be used in the paint and varnish, ceramic, construction, leather and paper industries.

Известен способ получения цветных титановых пигментов на основе концентратов рутил-кварцевого лекоксена, включающий их прокаливание с добавками фтористого натрия с последующим измельчением прокаленной массы до пигментной крупности [1]
Недостатком способа является загрязнение окружающей среды вследствие выделения в атмосферу соединений фтора и фосфора, химическая агрессивность реакционной шихты, что усложняет аппаратурное оформление процесса и ухудшает условия труда.A known method of obtaining colored titanium pigments based on concentrates of rutile-quartz lecoxene, including their calcination with the addition of sodium fluoride, followed by grinding the calcined mass to pigment size [1]
The disadvantage of this method is environmental pollution due to the emission of fluorine and phosphorus compounds into the atmosphere, the chemical aggressiveness of the reaction mixture, which complicates the process design and worsens working conditions.

Известен способ получения титановых пигментов из ильменитового концентрата. Способ предусматривает предварительное получение белого пигмента путем обработки ильменитового концентрата серной кислотой, гидролиза раствора сульфата титана, включающего приготовление зародышей, отмывку, отбелку и солевую обработку продукта гидролиза с последующей термической обработкой осажденного продукта и получением цветного пигмента при введении соответствующих добавок и прокаливании при температуре 800 900^oC [2]
Недостатком способа является многостадийность производственного процесса, сложность технологического цикла, большое количество побочных продуктов, сточных вод и отходящих газов, загрязняющих окружающую среду.A known method of producing titanium pigments from ilmenite concentrate. The method involves the preliminary preparation of white pigment by treating ilmenite concentrate with sulfuric acid, hydrolysis of a titanium sulfate solution, including the preparation of seeds, washing, bleaching and salt treatment of the hydrolysis product, followed by heat treatment of the precipitated product and obtaining color pigment with the introduction of appropriate additives and calcining at a temperature of 800 900 900 ^o C [2]
The disadvantage of this method is the multi-stage production process, the complexity of the technological cycle, a large number of by-products, wastewater and exhaust gases that pollute the environment.

Задачей изобретениея является упрощение технологии производства цветных титансодержащих пигментов и улучшение экологической обстановки при производстве пигментов. The objective of the invention is to simplify the production technology of colored titanium-containing pigments and improve the environmental situation in the production of pigments.

Поставленная задача достигается тем, что в способе получения титансодержащих неорганических пигментов из ильменитового концентрата, включающем обработку концентрата с последующим прокаливанием полученного пигмента, концентрат или его смесь с добавками в соотношении концентрат:добавка, равном (2 5): 1, обрабатывают в механическом активаторе при энергонапряженности 10 50 Вт/г в течение 5 15 мин, а прокаливание ведут при 700 900^oC в течение 2 5 ч.The problem is achieved in that in the method for producing titanium-containing inorganic pigments from ilmenite concentrate, including processing the concentrate followed by calcining the obtained pigment, the concentrate or its mixture with additives in the ratio concentrate: additive equal to (2 5): 1 is processed in a mechanical activator at energy intensity of 10 50 W / g for 5 to 15 minutes, and calcination is carried out at 700 900 ^o C for 2 to 5 hours

При обработке ильменитового концентрата в активаторе за счет интенсивного механического воздействия мелющих тел на вещество происходит не просто тонкое измельчение, но сильное увеличение дефектности структуры и частичная аморфизация ильменита. Это способствует разложения ильменита на оксиды рутил TiO₂, оксиды железа и образованию пигмента из этих оксидов и вводимых добавок при последующем прокаливании.When processing ilmenite concentrate in the activator due to the intense mechanical effect of grinding media on the substance, not only fine grinding occurs, but a strong increase in the structure defect and partial amorphization of ilmenite. This contributes to the decomposition of ilmenite into rutile oxides TiO ₂ , iron oxides and the formation of pigment from these oxides and added additives during subsequent calcination.

Влияние механической активации на эти процессы выявлено данными рентгенофазового анализа (РФА). По данным РФА интенсивность рефлексов ильменитового концентрата после механической активации снижается в 5 6 раз по сравнению с исходным образцом, измельченным в ступке. После прокаливания при 700 900^oC механически активированный ильменит разлагается на оксиды титана и железа, образование которых также идентифицируется данными РФА. После прокаливания механически активированный образец приобретает цвет яркой охры. В неактивированном образце после прокаливания в тех же условиях рутил не образуется и цвет образца остается темным.The effect of mechanical activation on these processes is revealed by the data of x-ray phase analysis (XRD). According to XRD data, the intensity of reflexes of ilmenite concentrate after mechanical activation decreases by a factor of 5–6 compared with the initial sample ground in a mortar. After calcination at 700,900 ^° C, mechanically activated ilmenite decomposes into titanium and iron oxides, the formation of which is also identified by XRD data. After calcination, a mechanically activated sample acquires the color of bright ocher. In an inactive sample, after calcination under the same conditions, rutile does not form and the color of the sample remains dark.

Совместная механическая активация ильменитового концентрата с добавками или предварительная активация ильменитового концентрата с последующим введением добавок и дальнейшим прокаливанием в интервале температур 700 - 900^oC позволяет получить широкую гамму желтых, охристых и коричневых пигментов. При введении в качестве добавки оксида цинка образуется титанат цинка, который при включении в его решетку ионов железа, присутствующих в ильменитовом концентрате приобретает желто-охристую окраску. Образующееся соединение (Zn, Fe)₂TiO₄ идентифицируется данными рентгенофазового анализа. В зависимости от соотношения ионов цинка и железа в этом соединении оттенок пигмента изменяется от желтого до коричневого.The combined mechanical activation of ilmenite concentrate with additives or the preliminary activation of ilmenite concentrate with the subsequent introduction of additives and further calcination in the temperature range of 700 - 900 ^o C allows to obtain a wide range of yellow, ocher and brown pigments. When zinc oxide is introduced as an additive, zinc titanate is formed, which, when iron ions present in ilmenite concentrate are included in its lattice, acquires a yellow-ocher color. The resulting compound (Zn, Fe) ₂ TiO _{4 is} identified by x-ray phase analysis. Depending on the ratio of zinc and iron ions in this compound, the shade of the pigment changes from yellow to brown.

Образцы неактивированного ильменитового концентрата после добавки оксида цинка и прокаливания в тех же условиях имеют грязно-серую окраску. Samples of non-activated ilmenite concentrate after the addition of zinc oxide and calcination under the same conditions have a dirty gray color.

Оптимальный режим обработки вещества в активаторе определялся экспериментально. При энергонапряженности менее 10 Вт/г отсутствует эффект активации ильменитового концентрата. В случае энергонапряженности при обработке более 50 Вт/г начинается отжиг наводимых в ильмените дефектов и эффект активации снижается. The optimal treatment regime of the substance in the activator was determined experimentally. With an energy intensity of less than 10 W / g, the activation effect of ilmenite concentrate is absent. In the case of energy stress during processing of more than 50 W / g, annealing of defects induced in ilmenite begins and the activation effect is reduced.

Пример конкретного выполнения Ильменитовый концентрат или он же с добавками (например, оксида цинка) загружают в барабан планетарного активатора и подвергают механической активации при энергонапряженности 10 50 Вт/г в течение 5 15 мин. Выгружают концентрат или его активированную смесь с добавками из барабана и прокаливают при температуре 700 900^oC. Пигмент измельчают в том же активаторе при энергонапряженности менее 10 Вт/г в течение 0,5 мин. Качество пигмента соответствует техническим условиям для этого класса пигментов (ТУ 6-10-1320-77).An example of a specific implementation Ilmenite concentrate or it with additives (for example, zinc oxide) is loaded into the planetary activator drum and subjected to mechanical activation at an energy intensity of 10 50 W / g for 5 to 15 minutes. The concentrate or its activated mixture with additives is discharged from the drum and calcined at a temperature of 700,900 ^o C. The pigment is crushed in the same activator at an energy intensity of less than 10 W / g for 0.5 min. The quality of the pigment corresponds to the technical conditions for this class of pigments (TU 6-10-1320-77).

Пример 1. 50 г ильменитового концентрата, содержащего 47,9% TiO₂, 39,5% FeO, 6,8% Fe₂O₃, 2,2% SiO₂, 0,6% MnO₂, 0,2% V₂O₅, 0,1% P₂O₅ и 2,7% остальное, загружают в барабан планетарной мельницы и активируют при энергонапряженности 10 Вт/г в течение 15 мин. Активированный ильменитовый концентрат выгружают из барабана и прокаливают при температуре 850^oC в течение 2 ч. Полученный пигмент имеет ярко-охристую окраску.Example 1. 50 g of ilmenite concentrate containing 47.9% TiO ₂ , 39.5% FeO, 6.8% Fe ₂ O ₃ , 2.2% SiO ₂ , 0.6% MnO ₂ , 0.2% V ₂ O ₅ , 0.1% P ₂ O ₅ and 2.7% of the rest are loaded into the drum of a planetary mill and activated at an energy intensity of 10 W / g for 15 minutes The activated ilmenite concentrate is discharged from the drum and calcined at a temperature of 850 ^o C for 2 hours. The resulting pigment has a bright ocher color.

Пример 2. 10 г ильменитового концентрата того же состава загружают в барабан планетарной мельницы и активируют при энергонапряженности 50 Вт/г в течение 2 мин. Example 2. 10 g of ilmenite concentrate of the same composition is loaded into the drum of a planetary mill and activated at an energy intensity of 50 W / g for 2 minutes

Затем в тот же барабан загружают 2 г ZnO и активируют еще 3 мин. Полученную смесь выгружают из барабана и прокаливают при температуре 700^oC в течение 5 ч. Полученный пигмент имеет светло-коричневую окраску.Then, 2 g of ZnO are charged into the same drum and activated for another 3 minutes. The resulting mixture was unloaded from the drum and calcined at a temperature of 700 ^o C for 5 hours. The resulting pigment has a light brown color.

Пример 3. Смесь из 8 г ильменитового концентрата того же состава и 0,4 г ZnO загружают в барабан планетарной мельницы и обрабатывают при энергонапряженности 50 Вт/г в течение 5 мин. Смесь выгружают из барабана и прокаливают при 900^oC в течение 2 ч. Цвет пигмента ярко-желтый.Example 3. A mixture of 8 g of ilmenite concentrate of the same composition and 0.4 g of ZnO is loaded into the drum of a planetary mill and processed at an energy intensity of 50 W / g for 5 minutes The mixture is discharged from the drum and calcined at 900 ^° C. for 2 hours. The color of the pigment is bright yellow.

Преимуществами получения цветных титансодержащих неорганических пигментов по предлагаемому способу является простота метода, включающая обработку вещества и его прокаливание, экологическая чистота способа, т.к. механическая активация производится в закрытых барабанах активатора и отсутствуют сточные воды, побочные продукты, отходы и вредные выбросы в атмосферу, вследствие того, что в качестве добавок используются оксиды. The advantages of obtaining colored titanium-containing inorganic pigments by the proposed method is the simplicity of the method, including the processing of the substance and its calcination, the ecological purity of the method, because mechanical activation is carried out in closed drums of the activator and there is no wastewater, by-products, waste and harmful emissions into the atmosphere, due to the fact that oxides are used as additives.

Claims

A method of obtaining colored titanium-containing inorganic pigments from ilmenite concentrate, including processing the concentrate followed by calcining the obtained pigment, characterized in that the concentrate or its mixture with additives in the ratio concentrate: additive 2 5: 1 is processed in a mechanical activator at an energy intensity of 10 50 W / g in for 5 to 15 minutes, and calcination is carried out at 700 900 ^o C for 2 to 5 hours