RU2097346C1

RU2097346C1 - Feedstock for producing ceramic dark-blue pigment

Info

Publication number: RU2097346C1
Application number: RU96114695A
Authority: RU
Inventors: В.Н. Тимошин; В.В. Селин; Ю.М. Милехин; Н.А. Кривошеев; С.И. Яковлев
Original assignee: Федеральный центр двойных технологий "Союз"
Priority date: 1996-07-18
Filing date: 1996-07-18
Publication date: 1997-11-27

Abstract

FIELD: chemical industry. SUBSTANCE: proposed feedstock has following composition, wt. %: aluminium powder 9-15, magnesium nitrate Mg(NO₃)₂•6H₂O 27-37, magnesium oxide 5-15, aluminium oxide Al₂O₃ 27-31, cobalt oxide Co₃O₄ 4-24, boric acid H₃BO₃ 2-4. Process is carried out by using heat generated by occurring exothermic reactions. Dark-blue pigments thus-produced have following properties: hiding power 37-108 g/sq.cm, oil absorption 17.5-37.0 g/100 g pigment, resistance when used in glaze up to 1400 C. EFFECT: good-quality and cheap dark-blue pigments.

Description

Изобретение относится к составам получения керамических пигментов для строительства керамики, декорирования изделий из фарфора, фаянса, стекла. The invention relates to compositions for producing ceramic pigments for the construction of ceramics, decorating products from porcelain, earthenware, glass.

Из известных пигментов наиболее близок к заявляемому керамический пигмент состава

, [1]
что в пересчете на массовые доли исходных компонентов составляет, мас.Of the known pigments closest to the claimed ceramic pigment composition

, [1]
that in terms of the mass fraction of the starting components is, wt.

Оксид кобальта 22,1 40,4
Оксид магния 12,3 22,0
Оксид алюминия 42,8 62,9
Недостатком этого пигмента является высокая энергоемкость его получения
обжиг при температуре 1200 1300^oC.Cobalt oxide 22.1 40.4
Magnesium Oxide 12.3 22.0
Alumina 42.8 62.9
The disadvantage of this pigment is the high energy intensity of its production
firing at a temperature of 1200 1300 ^o C.

Известно также использование комбинации окислителя и восстановителя с целью снижения энергозатрат при синтезе керамических пигментов за счет использования тепла экзотермических реакций [2] При этом для получения пигментов синего цвета используется шихта следующего состава, мас. It is also known to use a combination of an oxidizing agent and a reducing agent in order to reduce energy consumption in the synthesis of ceramic pigments by using the heat of exothermic reactions [2] In this case, to obtain blue pigments, a mixture of the following composition is used, wt.

Mg 6,5 7,0
Al₂O₃ 43,5 44,1
MgSO₄•7H₂O 39,8 40,6
H₃BO₃ 3,0 3,8
Co₂O₄ 0,4 2,1
Al 4,3 5,0
Шихту прессуют под давлением и нагревают при температуре 650 750^oC. с последующей термообработкой в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Эта рецептура существенно снижает энергозатраты по сравнению с традиционной технологией синтеза керамических пигментов [1] но тоже требует затрат тепла на предварительный прогрев шихты до температуры 650 750^oC.Mg 6.5 7.0
Al ₂ O ₃ 43.5 44.1
MgSO ₄ • 7H ₂ O 39.8 40.6
H ₃ BO ₃ 3.0 3.8
Co ₂ O ₄ 0.4 2.1
Al 4.3 5.0
The mixture is pressed under pressure and heated at a temperature of 650,750 ^o C. followed by heat treatment in the mode of self-propagating high-temperature synthesis. This formulation significantly reduces energy consumption compared with the traditional technology for the synthesis of ceramic pigments [1] but also requires heat to pre-heat the mixture to a temperature of 650 750 ^o C.

Цель изобретения создание новой композиции, обеспечивающей упрощение технологии получения, и снижение энергоемкости синтеза пигментов. The purpose of the invention is the creation of a new composition that simplifies the technology of production, and reduces the energy intensity of the synthesis of pigments.

Поставленная цель достигается тем, что шихта для синтеза пигментов составляется таким образом, чтобы образование кристаллической структуры шпинели протекало за счет тепла экзотермических реакций в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза без предварительного прогрева смеси. This goal is achieved in that the mixture for the synthesis of pigments is designed so that the formation of the crystal structure of the spinel proceeds due to the heat of exothermic reactions in the mode of self-propagating high-temperature synthesis without first heating the mixture.

Для достижения указанной цели в известную шихту для получения керамических пигментов, включающую оксид кобальта (II, III), оксид алюминия, борную кислоту, порошкообразный алюминий, дополнительно вводят оксид магния и окислитель нитрат магния. При этом содержание всех указанных компонентов должно быть в следующих соотношениях, мас. To achieve this goal, in a known mixture for producing ceramic pigments, including cobalt (II, III) oxide, alumina, boric acid, powdered aluminum, magnesium oxide and an oxidizing agent magnesium nitrate are additionally introduced. The content of all these components should be in the following proportions, wt.

Al 9 15
Mg(NO₃)₂•6H₂O 27 37
MgO 5 15
Al₂O₃ 27 31
Co₂O₄ 4 24
H₃BO₃ 2 4
Количественное соотношение компонентов подобрано экспериментально и является оптимальным.Al 9 15
Mg (NO ₃ ) ₂ • 6H ₂ O 27 37
MgO 5 15
Al ₂ O ₃ 27 31
Co ₂ O ₄ 4 24
H ₃ BO ₃ 2 4
The quantitative ratio of the components is selected experimentally and is optimal.

Так, при введении порошкообразного алюминия менее 9 мас. состав не воспламеняется, а более 15 мас. горение протекает столь интенсивно, что сопровождается сплавлением состава и потерей качества. So, with the introduction of powdered aluminum less than 9 wt. the composition is not flammable, but more than 15 wt. combustion proceeds so intensively that it is accompanied by fusion of the composition and loss of quality.

При введении оксидов магния и алюминия свыше 15 и 31 мас. соответственно горение состава неустойчиво, а менее 5 и 27 мас. состав оплавляется. With the introduction of magnesium and aluminum oxides in excess of 15 and 31 wt. accordingly, the combustion of the composition is unstable, and less than 5 and 27 wt. the composition is melted.

Аналогично влияет изменение массовой доли окислителя нитрата магния. При содержании менее 27 мас. нитрата магния горение неустойчиво, а более 37 мас. состав сплавляется. Similarly affects the change in the mass fraction of the oxidizing agent of magnesium nitrate. When the content is less than 27 wt. magnesium nitrate combustion is unstable, and more than 37 wt. the composition is fused.

При содержании красителя оксида кобальта менее 4 мас. получаются пигменты с низкой интенсивностью цвета, а увеличение массовой доли Co₃O₄ более 24 мас. уже не повышает насыщенности цвета, но увеличивает стоимость пигмента.When the dye content of cobalt oxide is less than 4 wt. pigments with a low color intensity are obtained, and an increase in the mass fraction of Co ₃ O _{4 is} more than 24 wt. no longer increases color saturation, but increases the cost of pigment.

Керамический пигмент предлагаемого состава получают по наиболее простой из известных технологий. Исходные компоненты измельчают и перемешивают в необходимом соотношении. Полученную смесь высыпают на теплоизолированный поддон и воспламеняют от электрозапала с помощью навески алюмомагниевого сплава или термитной шашки. Процесс ведут под вытяжкой. Волна пламени охватывает весь образец и в течение 1 10 мин в зависимости от размеров последнего происходит синтез нового вещества высокостойкого пигмента синего цвета со структурой шпинели. Использование тепла экзотермических реакций при горении шихты позволяет вести синтез шпинели без внешнего подогрева и получать однородный по составу целевой продукт. Ceramic pigment of the proposed composition is obtained according to the simplest known technology. The starting components are ground and mixed in the required ratio. The resulting mixture is poured onto a heat-insulated tray and ignited by an electric valve using a portion of an aluminum-magnesium alloy or termite block. The process is conducted under the hood. A flame wave covers the entire sample, and within 1 10 min, depending on the size of the flame, a new substance is synthesized with a highly resistant blue pigment with a spinel structure. Using the heat of exothermic reactions during the combustion of the charge allows spinel synthesis without external heating and to obtain a target product with a uniform composition.

Таким образом, заявляемое техническое решение обладает рядом преимуществ по сравнению с известными и снижает себестоимость пигментов за счет уменьшения энергозатрат при термосинтезе и упрощения технологии за счет исключения операции прессования и предварительного прогрева шихты. Thus, the claimed technical solution has several advantages compared to the known ones and reduces the cost of pigments by reducing energy consumption during thermosynthesis and simplifying the technology by eliminating the pressing operation and preliminary heating of the charge.

Пример. Готовят шихту, содержащую, мас. Example. Prepare a mixture containing, by weight.

Al 9
Mg(NO₃)₂•6H₂O 27
MgO 5
Al₂O₃ 31
Co₂O₄ 24
H₃BO₃ 4
Компоненты в указанных пропорциях измельчают до тонины, обеспечивающей прохождение через сито 900 отв/см², и тщательно перемешивают. Подготовленную шихту высыпают на теплоизолированный поддон и воспламеняют от электрозапала с помощью навески алюмомагниевого сплава или термитной шашки. Шихта воспламеняется и горит по всему объему с ярким свечением.Al 9
Mg (NO ₃ ) ₂ • 6H ₂ O 27
MgO 5
Al ₂ O ₃ 31
Co ₂ O ₄ 24
H ₃ BO ₃ 4
The components in the indicated proportions are crushed to a fineness, allowing 900 holes / cm ² to pass through a sieve, and mixed thoroughly. The prepared charge is poured onto a heat-insulated tray and ignited from an electric fuse using a portion of an aluminum-magnesium alloy or a termite block. The mixture ignites and burns throughout the volume with a bright glow.

Рентгенофазовый и химический состав подтверждает образование твердого раствора шпинелей CoAl₂O₄ и MgAl₂O₄. Полученный пигмент размалывают до остатка на сите 1 0056 не более 0,5 мас% Синтезированные пигменты в количестве 0,5 5 мас% вводят в глазурную массу, которая наносится на изделия. Полученные пигменты сохраняют цвет в глазури при температуре до 1400^oC.The x-ray phase and chemical composition confirms the formation of a solid solution of CoAl ₂ O ₄ and MgAl ₂ O ₄ spinels. The resulting pigment is ground to a residue on a sieve of 1 0056 no more than 0.5 wt.% Synthesized pigments in an amount of 0.5 to 5 wt.% Are introduced into the glaze mass, which is applied to the product. The resulting pigments retain their color in the glaze at temperatures up to 1400 ^o C.

Примеры приготовления керамического пигмента составов 2 и 3 выполняются аналогично (таблица). Examples of the preparation of ceramic pigment compositions 2 and 3 are performed similarly (table).

Claims

The mixture for producing a ceramic blue pigment with a spinel structure, including Al ₂ O ₃ , Co ₃ O ₄ , H ₃ BO ₃ and powdered Al, characterized in that it additionally contains MgO and Mg (NO ₃ ) ₂ • 6H ₂ O at the following ratio of components, wt.

Al ₂ O ₃ 27 31
Co ₃ O ₄ 4 24
H ₃ BO ₃ 2 4
Powdered Al 9 15
MgO 5 15
Mg (NO ₃ ) ₂ • 6H ₂ O 27 37е