RU2580542C1 - Способ получения керамических пигментов шпинельного типа - Google Patents
Способ получения керамических пигментов шпинельного типа Download PDFInfo
- Publication number
- RU2580542C1 RU2580542C1 RU2015108488/03A RU2015108488A RU2580542C1 RU 2580542 C1 RU2580542 C1 RU 2580542C1 RU 2015108488/03 A RU2015108488/03 A RU 2015108488/03A RU 2015108488 A RU2015108488 A RU 2015108488A RU 2580542 C1 RU2580542 C1 RU 2580542C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pigments
- aluminum
- dye
- mixture
- zinc oxide
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C1/00—Ingredients generally applicable to manufacture of glasses, glazes, or vitreous enamels
- C03C1/04—Opacifiers, e.g. fluorides or phosphates; Pigments
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
- C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
- C09C1/0009—Pigments for ceramics
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
- C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
- C09C1/04—Compounds of zinc
- C09C1/043—Zinc oxide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
- C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
- C09C1/40—Compounds of aluminium
- C09C1/407—Aluminium oxides or hydroxides
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Pigments, Carbon Blacks, Or Wood Stains (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
Изобретение относится к технологии производства керамических пигментов шпинельного типа. Технический результат изобретения заключается в расширении цветовой палитры пигментов и уменьшении из размеров до микронного. Способ получения керамических пигментов шпинельного типа осуществляют путем тщательного перемешивания шихты, содержащей, мас. %: гидроксид алюминия Al(OH)3 40.0-60.0, порошкообразный алюминий Al 5.0-7.0, оксид цинка ZnO 0-20.0, краситель 5.0-45.0. Шихту подогревают до температуры 500°C. Термосинтез осуществляют в режиме локально инициированного послойного горения. В качестве красителя используют взятые отдельно или в сочетании оксиды переходных металлов хрома, кобальта, никеля, железа. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл., 3 пр.
Description
Изобретение относится к технологии производства керамических пигментов шпинельного типа и может быть использовано для декорирования фарфорофаянсовых и стеклянных изделий, в производстве художественных красок, для окрашивания автомобильных и других эмалей, алюмофосфатных связок, пластмасс и строительных материалов.
Известен способ получения керамических пигментов методом совместного осаждения ионов многозарядных металлов в виде гидроксидов с последующим отделением их от раствора, промыванием полученных осадков, их сушкой, прокаливанием и измельчением (Пищ И.В., Радион Е.В. Использование метода осаждения при синтезе керамических пигментов // Стекло и керамика, 2006, №6. - С. 17-19). Недостатком данного способа является длительный процесс получения пигментов с использованием трудоемких «мокрых» операций синтеза, наличие промывных вод, загрязняющих окружающую среду.
Существует способ получения термостойких неорганических пигментов (RU 2114886, 1998). Он заключается в использовании в качестве исходных компонентов смесей гидратированных соединений или гидратированных отходов производства и техногенного сырья с общим содержанием воды до 50% и включает стадию измельчения и смешения исходных компонентов путем механической активации в активаторе при энергонапряженности аппарата 5-100 Вт/г с последующим обжигом полученной смеси в печи при 800-1200°C в течение 2-5 часов, после чего продукт подвергают размолу до стандартной дисперсности. Недостатком данного способа является длительный обжиг при высоких температурах, что требует больших энергетических затрат.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ получения керамического пигмента цвета ультрамарина [RU 2305075, 2007]. Он заключается в приготовлении смеси из оксида алюминия, оксида кобальта, оксида цинка и алюминия, помещении ее в сетку из нержавеющей стали, подогреве шихты до 500°C и термосинтезе пигмента в режиме послойного горения в условиях естественной фильтрации. Недостатком данного способа является то, что пигменты, полученные по этому способу, имеют только сине-голубую окраску. Кроме того, после измельчения продукта в шаровой мельнице в течение 30 минут пигменты имеют размер зерен 4-9 мкм. Для получения пигментов меньшей дисперсности требуется более длительный помол продукта.
Целью настоящего изобретения является получение керамических пигментов с микронным размером частиц в процессе самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) и расширение цветовой палитры.
Поставленная цель достигается тем, что готовят шихту, содержащую гидроксид алюминия, порошкообразный алюминий, оксид цинка, краситель, в качестве которого используют отдельно или в сочетании оксиды переходных металлов (хрома Cr2O3, кобальта Co2O3, Co3O4, никеля Ni2O3, NiO, железа Fe2O3 и др.) при следующем соотношении компонентов, мас. %:
гидроксид алюминия Al(OH)3 | 40.0-60.0 |
порошкообразный алюминий Al | 5.0-7.0 |
оксид цинка ZnO | 0-20.0 |
оксид переходного металла | 5.0-45.0 |
Для получения голубого, бирюзового и зеленовато-бежевого пигментов в шихту в качестве окислителя дополнительно вводят нитрат магния. При его разложении выделяется кислород, создающий окислительные условия синтеза и препятствующий выделению вкраплений металла, образующихся в процессе алюмотермических реакций.
Синтез пигментов осуществляют следующим образом.
Порошкообразные компоненты шихты тщательно перемешивают согласно экспериментально подобранной рецептуре, полученную смесь засыпают в стакан из нержавеющей стали. Для обеспечения стационарного послойного горения шихту подогревают до 300-500°C и выдерживают в течение 0.5-1.0 часа. Поджиг шихты осуществляют от электроспирали или от поджигающей таблетки Ni+Al (50 ат. % Al), помещенных с торца образца. После использования поджигающая таблетка легко удаляется, не загрязняя продукта. Так как шихта имеет насыпную плотность, то синтез протекает в режиме послойного горения в условиях естественной фильтрации.
Использование в составе шихты в качестве алюмокислородного компонента гидроксида алюминия Al(OH)3 способствует получению пигментов с размером частиц ~1 мкм. Известно, что при прокаливании Al(OH)3 (гиббсит и байерит) при температуре 400÷500°C происходит образование активного оксида алюминия и резкое возрастание удельной поверхности с 2÷5 до 300÷500 м2/г (Радченко Е.Д., Нефедов Б.К., Алиев P.P. Промышленные катализаторы гидрогенизационных процессов нефтепереработки. - М.: Химия, 1987. - 224 с.). При 250°C, 290°C и при 500°C протекают соответственно следующие реакции:
Al(OH)3 (байерит)→η-Al2O3;
Al(OH)3 (гиббсит)→γ-AlOOH (бемит);
γ-AlOOH (бемит)→γ-Al2O3.
Масс-спектроскопические исследования газов (масс-спектрометр Prolab VG), выделившихся в процессе синтеза пигментов, показали, что наряду с H2O и OH- выделяется атомарный водород Н при нагреве шихты до 500°C.
Выделение водорода может происходить в результате реакции взаимодействия паров воды, образующихся при разложении гидроксидов, с поверхностью алюминия, обнажившейся при нарушении целостности оксидной пленки в процессе нагрева.
2Аl+3H2O=Al2O3+3Н2↑.
Выдержка в течение 0.5-1.0 часа необходима для удаления водорода из смеси реагентов и исключения восстановления металла (кобальта, никеля) в процессе СВ-синтеза.
Количество тепла, выделившееся в результате окисления алюминия за счет алюмотермических реакций и реакции прямого окисления алюминия, разогревает смесь до температур свыше 1000°C, при которых начинается процесс синтеза шпинелей:
4Al+3О2=2Al2O3+3350 кДж;
МеО+2А1+O2=Al2O3+Ме;
2Me2O3+8Al+3O2=4Ме+4Al2O3, где Me - металл;
MeO+Al2O3=MeAl2O4,
где Me - металл (Co2+, Cr2+, Cr3+, Fe2+, Fe3+, Ni2+, Zn2+ и др.).
Получение пигментов шпинельного типа в мелкодисперсном состоянии в процессе CB-синтеза основано на твердопламенном горении в узкой зоне реакции взаимодействия реагентов, в состав которых входит гидроксид алюминия Al(OH)3. В результате подогрева шихты кристаллическая структура гидроксида быстро разрушается с выделением газообразных продуктов реакции и образованием мелкодисперсного и активного оксида алюминия (термическое диспергирование). При СВС процессе высокая скорость распространения фронта волны горения препятствуют спеканию частиц Al2O3, а в результате действия высоких температур формируется мелкодисперсная структура шпинели (рис. 1). Синтезируемые пигменты не требуют измельчения, имеют размер частиц ~1-2 мкм, требуется только процесс дезагрегации.
Использование гидроксида алюминия Al(OH)3 меньше 40.0 мас. % нежелательно, так как происходит спекание пигмента, а свыше 60.0 мас. % нецелесообразно вследствие перехода системы в неустойчивый режим горения или прекращения горения. При использовании порошкообразного алюминия Al меньше 5.0 мас. % смесь не воспламеняется, а больше 7.0 мас. % - спекается или оплавляется. При малых содержаниях оксида цинка пигменты имеют более темные тона, при больших - светлые.
При малом содержании красителя пигменты получаются бледных тонов. Увеличение его сверх оптимального количества (45.0 мас. %) нецелесообразно, так как интенсивность окраски не меняется, происходит снижение качества пигментов за счет восстановления металла или ухудшения его цветовых характеристик.
В процессе самораспространяющегося высокотемпературного синтеза пигментов пшинельного типа максимальные температуры, измеренные с помощью вольфрам-рениевых термопар, помещенных в центр образцов, достигают 1300÷1500°C. Синтез пигментов после подогрева осуществляют за 5÷10 минут, что зависит от исходного состава и размера образцов.
Пример 1 осуществления способа
Исходные порошкообразные компоненты: 55.0 г гидроксида алюминия Al(OH)3, 31.5 г оксида кобальта Co3O4, 1.6 г оксида цинка ZnO, 6.2 г нитрата магния Mg(NO3)2·6H2O, 5.7 г алюминия Аl тщательно перемешивают и насыпают в сетку из нержавеющей стали, свернутой в виде цилиндра, помещают в установку для синтеза. Шихту подогревают до 500°C, выдерживают 0.5 часа и воспламеняют при помощи никель-алюминиевой таблетки, расположенной сверху шихты и воспламеняющейся от электрозапала. Полученный пигмент имеет ярко синий цвет.
Пример 2 осуществления способа
Исходные порошкообразные компоненты: 41.8 г гидроксида алюминия Al(OH)3, 29.1 г оксида никеля Ni2O3, 9.1 г оксида цинка ZnO, 13.7 г оксида хрома (III) Cr2O3, 6.3 г алюминия Al тщательно перемешивают и насыпают в сетку из нержавеющей стали, свернутой в виде цилиндра, помещают в установку для синтеза. Шихту подогревают до 500°С, выдерживают 0.5 часа и воспламеняют при помощи никель-алюминиевой таблетки, расположенной сверху шихты и воспламеняющейся от электрозапала. Полученный пигмент имеет зеленый цвет.
Пример 3 осуществления способа
Исходные порошкообразные компоненты: 41.6 г гидроксида алюминия Al(OH)3, 9.5 г оксида цинка ZnO, 14.8 г оксида железа Fe2O3, 14.4 г оксида кобальта Co2O3, 13.4 г оксида хрома Cr2O3, 6.3 г алюминия Al тщательно перемешивают, насыпают в цилиндр из стальной сетки, помещают в установку для синтеза. Пигмент подогревают до 500°С, поджиг осуществляют от электроспирали, помещенной с торца образца. Цвет пигмента защитно-зеленый.
Другие примеры осуществления способа аналогичны примерам 1-3 и представлены в таблице 1, где указан цвет пигмента в зависимости от используемого красителя.
Шихта горит ярким свечением, наблюдается плоский фронт горения. Наблюдать процесс можно в защитных очках через смотровое окно.
Таким образом, предложенный способ позволяет получать керамические пигменты широкой цветовой палитры в мелкодисперсном состоянии (размер частиц ~1 мкм) за счет термического диспергирования при использовании в составе шихты гидроксида алюминия Al(OH)3 и синтеза пигмента, осуществляемого в скоростном режиме послойного горения.
Claims (2)
1. Способ получения керамических пигментов шпинельного типа, включающий перемешивание шихты, содержащей алюмокислородный компонент, порошкообразный алюминий, оксид цинка и краситель, в качестве которого используют оксид переходного металла, ее подогрев до температуры 500°С, термосинтез в режиме локально инициированного послойного горения, отличающийся тем, что в качестве алюмокислородного компонента используют гидроксид алюминия, а в качестве оксида переходного металла - отдельно или в сочетании оксиды хрома, кобальта, никеля, железа при следующем соотношении компонентов, мас. %:
гидроксид алюминия Аl(ОН)3 40.0-60.0
порошкообразный алюминий Аl 5.0-7.0
оксид цинка ZnO 0-20.0
краситель (оксиды переходных металлов) 5.0-45.0
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для получения голубого, бирюзового и зеленовато-бежевого пигментов в шихту в качестве окислителя дополнительно вводят нитрат магния.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015108488/03A RU2580542C1 (ru) | 2015-03-11 | 2015-03-11 | Способ получения керамических пигментов шпинельного типа |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015108488/03A RU2580542C1 (ru) | 2015-03-11 | 2015-03-11 | Способ получения керамических пигментов шпинельного типа |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2580542C1 true RU2580542C1 (ru) | 2016-04-10 |
Family
ID=55794135
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015108488/03A RU2580542C1 (ru) | 2015-03-11 | 2015-03-11 | Способ получения керамических пигментов шпинельного типа |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2580542C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU939500A1 (ru) * | 1980-07-18 | 1982-06-30 | Предприятие П/Я В-8469 | Способ получени неорганических пигментов синего цвета |
SU1144985A1 (ru) * | 1983-12-20 | 1985-03-15 | Украинский Научно-Исследовательский Институт Фарфоро-Фаянсовой Промышленности | Керамический пигмент темно-коричневый |
RU2090583C1 (ru) * | 1995-10-12 | 1997-09-20 | Институт химии твердого тела и переработки минерального сырья | Способ получения синего алюмокобальтового пигмента |
WO2007056404A2 (en) * | 2005-11-08 | 2007-05-18 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Aluminium hydrate pigments and polymer composites formed thereof |
RU2305075C2 (ru) * | 2005-02-28 | 2007-08-27 | Томский научный центр СО РАН | Способ получения керамического пигмента цвета ультрамарина |
-
2015
- 2015-03-11 RU RU2015108488/03A patent/RU2580542C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU939500A1 (ru) * | 1980-07-18 | 1982-06-30 | Предприятие П/Я В-8469 | Способ получени неорганических пигментов синего цвета |
SU1144985A1 (ru) * | 1983-12-20 | 1985-03-15 | Украинский Научно-Исследовательский Институт Фарфоро-Фаянсовой Промышленности | Керамический пигмент темно-коричневый |
RU2090583C1 (ru) * | 1995-10-12 | 1997-09-20 | Институт химии твердого тела и переработки минерального сырья | Способ получения синего алюмокобальтового пигмента |
RU2305075C2 (ru) * | 2005-02-28 | 2007-08-27 | Томский научный центр СО РАН | Способ получения керамического пигмента цвета ультрамарина |
WO2007056404A2 (en) * | 2005-11-08 | 2007-05-18 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Aluminium hydrate pigments and polymer composites formed thereof |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Muñoz et al. | Environmental study of Cr2O3–Al2O3 green ceramic pigment synthesis | |
Wang et al. | Ultrafine CoAl2O4 ceramic pigment prepared by Pechini-sacrificial agent method | |
Costa et al. | Gelatin synthesis of CuFe2O4 and CuFeCrO4 ceramic pigments | |
CN104692820B (zh) | 一种高温致密的不烧复合砖及其成型工艺 | |
Zanelli et al. | Micronizing ceramic pigments for inkjet printing: Part II. Effect on phase composition and color | |
Gilabert et al. | Characteristics reproducibility of (Fe, Co)(Cr, Al) 2O4 pigments obtained by solution combustion synthesis | |
Ali et al. | Sol-gel auto-combustion fabrication and optical properties of cobalt orthosilicate: Utilization as coloring agent in polymer and ceramic | |
Melo et al. | Lanthanum cobaltite black pigments with perovskite structure | |
Zargar et al. | Influence of nano boehmite on solid state reaction of alumina and magnesia | |
RU2580542C1 (ru) | Способ получения керамических пигментов шпинельного типа | |
Yang et al. | Low temperature synthesis of green submicro Cr‐ZrSiO4 ceramic pigments by solid‐state method | |
Mokhtari et al. | A novel method for the clean synthesis of nano-sized cobalt based blue pigments | |
Ianoş et al. | Solution combustion synthesis: a straightforward route for the preparation of chromium-doped lanthanum aluminate, LaAl1-xCrxO3, pink red pigments | |
RU2354501C1 (ru) | Способ получения порошковых материалов на основе алюминида никеля или алюминида титана | |
Zaychuk et al. | The study of ceramic pigments of spinel type with the use of slag of aluminothermal production of ferrotitanium | |
Lazău et al. | Ceramic pigments with chromium content from leather wastes | |
RU2580343C1 (ru) | Способ получения керамических пигментов на основе алюмомагнезиальной шпинели | |
KR20210144777A (ko) | 스피넬 분말 | |
Chavarriaga et al. | One-step synthesis of CoAl2O4 inorganic pigment by solution combustion: The impact of fuel and ammonium nitrate | |
Escardino et al. | Kinetic Study of Black Fe2O3‐Cr2O3 Pigment Synthesis: I, Influence of Synthesis Time and Temperature | |
RU2305075C2 (ru) | Способ получения керамического пигмента цвета ультрамарина | |
Gilabert et al. | Solution combustion synthesis of (Ni, Fe) Cr2O4 pigments: Effect of post-synthesis thermal treatments | |
Gilabert et al. | Effects of composition and furnace temperature on (Ni, Co)(Cr, Al) 2O4 pigments synthesized by solution combustion route | |
Radishevskaya et al. | Features of self-propagating high-temperature synthesis of spinel pigments | |
Radishevskaya et al. | Inorganic Pigments Based on Complex Oxides for Protective-Decorative Aluminophosphate-Bonded Coatings |