RU2806883C1 - Method for obtaining blue pigment for ceramics - Google Patents

Method for obtaining blue pigment for ceramics Download PDF

Info

Publication number
RU2806883C1
RU2806883C1 RU2023105517A RU2023105517A RU2806883C1 RU 2806883 C1 RU2806883 C1 RU 2806883C1 RU 2023105517 A RU2023105517 A RU 2023105517A RU 2023105517 A RU2023105517 A RU 2023105517A RU 2806883 C1 RU2806883 C1 RU 2806883C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
manganese
grinding
vanadium
blue pigment
heat treatment
Prior art date
Application number
RU2023105517A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Василий Степанович Бессмертный
Наталья Михайловна Здоренко
Алексей Владимирович Макаров
Николай Михайлович Бурлаков
Софья Владимировна Варфоломеева
Original Assignee
Автономная некоммерческая организация высшего образования "Белгородский университет кооперации, экономики и права"
Filing date
Publication date
Application filed by Автономная некоммерческая организация высшего образования "Белгородский университет кооперации, экономики и права" filed Critical Автономная некоммерческая организация высшего образования "Белгородский университет кооперации, экономики и права"
Application granted granted Critical
Publication of RU2806883C1 publication Critical patent/RU2806883C1/en

Links

Abstract

FIELD: ceramic industry.
SUBSTANCE: method for producing a blue pigment for ceramics, including grinding the raw materials, mixing them, followed by heat treatment and grinding to the required dispersion, and porcelain scrap containing manganese oxide and vanadium production waste containing oxides of vanadium and manganese, mixing is carried out at a ratio of 1:2, then the resulting mixture is granulated to produce granules 2-4 mm in size, followed by heat treatment in a plasma reactor with a granular charge flow rate of 5 g/s, after cooling the resulting melt, dry grinding is carried out until passing through sieve 0056 to obtain a blue pigment containing the main coloring phase of spinel and manganese vanadate Mn2V2O7.
EFFECT: use of industrial waste, accelerating the process of obtaining pigment, which reduces energy costs for the production of finished products and cheapens the final product.
1 cl, 3 tbl

Description

Изобретение относится к производству пигментов, используемых в керамической промышленности.The invention relates to the production of pigments used in the ceramic industry.

Известен ряд способов получения керамических пигментов, недостатками которых являются длительность технологического процесса и применение дорогостоящих материалов.There are a number of known methods for producing ceramic pigments, the disadvantages of which are the duration of the technological process and the use of expensive materials.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ получения керамического пигмента, Масленникова Г.Н., Пищ И.В. Керамические пигменты. 2-е изд. перераб. и доп. – М.: ООО РИФ «Стройматериалы. 2009, (С. 181). – 224 с., включающий усреднение компонентов (оксид марганца, железный купорос, цинковый купорос, калиевая селитра), их обжиг при 900-1400ºС, последующий мокрый помол в течение 6-48 часов, контроль дисперсности по величине остатка на сите № 0056, центрифугирование, промывка в горячей воде при температуре 70-80 ºС в течение 2-5 ч и отжим воды.The closest to the proposed one in terms of technical essence and achieved result is the method for producing ceramic pigment, Maslennikova G.N., Pishch I.V. Ceramic pigments. 2nd ed. reworked and additional – M.: LLC RIF “Building Materials. 2009, (p. 181). – 224 pp., including averaging of components (manganese oxide, ferrous sulfate, zinc sulfate, potassium nitrate), their firing at 900-1400ºС, subsequent wet grinding for 6-48 hours, control of dispersion by the size of the residue on sieve No. 0056, centrifugation , washing in hot water at a temperature of 70-80 ºС for 2-5 hours and spinning the water.

Недостатками данного способа является длительность технологического процесса получения пигмента и применения дорогостоящих компонентов для его получения.The disadvantages of this method are the duration of the technological process for obtaining the pigment and the use of expensive components for its production.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в применении техногенных отходов промышленности, ускорении процесса получения пигмента, что снижает энергозатраты на производство готовой продукции и позволяет удешевить конечный продукт.The technical result of the proposed invention consists in the use of industrial waste, accelerating the process of obtaining pigment, which reduces energy costs for the production of finished products and makes the final product cheaper.

Технический результат достигается тем, что способ получения пигмента синего цвета для керамики, включающий помол сырьевых компонентов, их смешение с последующей термической обработкой и помолом до требуемой дисперсности, причем в качестве сырьевых компонентов используют бой фарфора, содержащий оксид марганца, и отходы ванадиевого производства, содержащие оксиды ванадия и марганца, смешение осуществляют при соотношении 1:2, затем полученную смесь гранулируют с получением гранул размером 2-4 мм, с последующей термической обработкой в плазменном реакторе с расходом гранулированной шихты 5г/с, после остывания полученного расплава осуществляют сухой помол до прохождения через сито 0056 с получением синего пигмента, содержащего основную красящую фазу шпинели и ванадата марганца Mn2V2O7.The technical result is achieved by the fact that the method of producing a blue pigment for ceramics, including grinding the raw materials, mixing them, followed by heat treatment and grinding to the required dispersion, and porcelain scrap containing manganese oxide and vanadium production waste containing oxides of vanadium and manganese, mixing is carried out at a ratio of 1:2, then the resulting mixture is granulated to produce granules 2-4 mm in size, followed by heat treatment in a plasma reactor with a granular charge flow rate of 5 g/s, after cooling the resulting melt, dry grinding is carried out until through sieve 0056 to obtain a blue pigment containing the main coloring phase of spinel and manganese vanadate Mn 2 V 2 O 7 .

Сопоставительный анализ известного и предлагаемого способов представлен в таблице 1.A comparative analysis of the known and proposed methods is presented in Table 1.

Таблица 1Table 1

Известный способ – Керамические пигменты, Масленникова Г.Н., Пищ И.В. 2-е изд. перераб. и доп. – М.: ООО РИФ «Стройматериалы. 2009, (С. 180). – 224 с.]A well-known method is Ceramic pigments, Maslennikova G.N., Pishch I.V. 2nd ed. reworked and additional – M.: LLC RIF “Building Materials. 2009, (p. 180). – 224 p.] Предлагаемый способSuggested method Помол и усреднение компонентов
(оксид марганца, железный купорос, цинковый купорос, калиевая селитра)

Обжиг при 900-1400ºС
24 часа

Мокрый помол 6-48 часов
Контроль дисперсности
(сито № 0056)

Центрифугирование

Промывка в горячей воде (70-80ºС)

Отжим воды
Grinding and averaging of components
(manganese oxide, ferrous sulfate, zinc sulfate, potassium nitrate)

Firing at 900-1400ºС
24 hours

Wet grinding 6-48 hours
Dispersion control
(sieve No. 0056)

Centrifugation

Washing in hot water (70-80ºС)

Water extraction
Помол и усреднение боя фарфора и отходов ванадиевого производства при соотношении 1:2 весовых частей

Гранулирование шихты

Термическая обработка в плазменном реакторе
с расходом гранулированной шихты
5г/с

Сухой помол в течение 0,5 ч

Контроль дисперсности
(сито № 00560)
Grinding and averaging of broken porcelain and vanadium production waste at a ratio of 1:2 parts by weight

Granulation of the charge

Heat treatment in a plasma reactor
with granular charge consumption
5g/s

Dry grinding for 0.5 hours

Dispersion control
(sieve No. 00560)
30 часов30 hours 1 час1 hour

Предложенный способ отличатся от прототипа тем, что в качестве сырьевых компонентов используют бой фарфора, содержащий оксид марганца, и отходы ванадиевого производства, содержащие оксиды ванадия и марганца, смешение осуществляют при соотношении 1:2, затем полученную смесь гранулируют с получением гранул размером 2-4 мм, с последующей термической обработкой в плазменном реакторе с расходом гранулированной шихты 5г/с, после остывания полученного расплава осуществляют сухой помол до прохождения через сито 0056 с получением синего пигмента, содержащего основную красящую фазу шпинели и ванадата марганца Mn2V2O7.The proposed method differs from the prototype in that porcelain scrap containing manganese oxide and vanadium production waste containing vanadium and manganese oxides are used as raw materials, mixing is carried out at a ratio of 1:2, then the resulting mixture is granulated to produce granules of size 2-4 mm, followed by heat treatment in a plasma reactor with a granular charge flow rate of 5g/s, after cooling the resulting melt, dry grinding is carried out before passing through sieve 0056 to obtain a blue pigment containing the main coloring phase of spinel and manganese vanadate Mn 2 V 2 O 7 .

В предлагаемом способе в процессе термической обработки происходит частичное плавление и кристаллизация красящих центров, к которым относят шпинели и ванадаты марганца состава Mn2V2O7.In the proposed method, during heat treatment, partial melting and crystallization of coloring centers occurs, which include spinels and manganese vanadates of the composition Mn 2 V 2 O 7 .

В составе ванадиевого отхода имеются оксиды марганца и оксиды ванадия, которые обладают явно выращенными хромофорными свойствами. Ванадиевый отход имеет в своем составе оксиды ванадия и марганца. Оксид ванадия обладает следующими хромофорными свойствами. Соединения, содержащие ионы V2+обладают сильными восстановительными свойствами и могут окисляться до V3+. Окраска при этом меняется от фиолетовой до зеленой. Температура плавления V2O3 составляет 6700ºС. Цвет может изменяться от зеленого до оранжевого, синего-фиолетового. Окраска ванадий содержащих пигментов и минералов зависит от количества ионов V3+ и V2+и их соотношения [Оптические спектры шпинелей / Богинский О.Н., Грум-Гржимайло С.В., Попова А.А. и др. // Спектроскопия кристаллов. – М.: Наука, 1970. – 123 с.]. Оксид марганца, содержащийся в ванадиевом отходе, обладает следующими хромофорными свойствами. В спектрах минералов, содержащих ионы марганца со степенью окисления +2 имеется три полосы поглощения в видимой области с максимумами в фиолетовой и зеленой областях [Лоу У. Парамагнитный резонанс в твердых телах. – М.: Химия, 1966. – 25 с.]. Наиболее яркой окраской обладают тетраэдрические комплексы, комплексообразователь в которых представлен ионами Mn2+. Комплексные соединения Mn3+ окрашены в пурпурный цвет с широкой полосой поглощения при длине волны 20 000 см-[Бальхаузен К. Введение в теорию поля лигандов. – М.: Мир, 1964. – 592 с.]. Зеленый цвет марганецсодержащих соединений связан с образованием из ионов Mn3+и Mn4+ ионов Mn2+. При этом происходит наложение двух цветов – желтого и розового, которые смешиваясь, образуют зеленый цвет [Платонов А.Н. Природа окраски минералов. – Киев: Наукова думка, 1976. – 263 с.].Vanadium waste contains manganese oxides and vanadium oxides, which have clearly developed chromophoric properties. Vanadium waste contains oxides of vanadium and manganese. Vanadium oxide has the following chromophoric properties. Compounds containing V 2+ ions have strong reducing properties and can be oxidized to V 3+ . The color changes from purple to green. The melting point of V 2 O 3 is 6700ºС. Color can vary from green to orange, blue-violet. The color of vanadium-containing pigments and minerals depends on the amount of V 3+ and V 2+ ions and their ratio [Optical spectra of spinels / Boginsky O.N., Grum-Grzhimailo S.V., Popova A.A. and others // Spectroscopy of crystals. – M.: Nauka, 1970. – 123 p.]. Manganese oxide contained in vanadium waste has the following chromophore properties. In the spectra of minerals containing manganese ions with an oxidation state of +2, there are three absorption bands in the visible region with maxima in the violet and green regions [Low W. Paramagnetic resonance in solids. – M.: Chemistry, 1966. – 25 p.]. The brightest colors are found in tetrahedral complexes, in which the complexing agent is represented by Mn 2+ ions. Complex compounds of Mn 3+ are colored purple with a wide absorption band at a wavelength of 20,000 cm - [Ballhausen K. Introduction to ligand field theory. – M.: Mir, 1964. – 592 p.]. The green color of manganese-containing compounds is associated with the formation of Mn 2+ ions from Mn 3+ and Mn 4+ ions. In this case, two colors are superimposed - yellow and pink, which, when mixed, form green [Platonov A.N. The nature of the color of minerals. – Kyiv: Naukova Dumka, 1976. – 263 p.].

В составе тонкодисперсного боя фарфора имеется оксид марганца, который обладает ярко выраженными хромофорными свойствами В результате плавления смеси боя фарфора и отхода ванадиевого производства происходит разложение сульфата кальция и перехода оксида кальция в силикатный расплав за счет плавления всей смеси. Расплав из боя фарфора обладает высокой кристаллизационной способностью. В процессе самопроизвольного быстрого охлаждения в силикатном расплаве образуются красящие центры кристаллизации за счет образования хромофорных кристаллических фаз равномерно по всему объему расплава.The composition of finely dispersed porcelain scrap contains manganese oxide, which has pronounced chromophore properties. As a result of melting the mixture of porcelain scrap and vanadium production waste, calcium sulfate decomposes and calcium oxide transforms into a silicate melt due to the melting of the entire mixture. Melt from broken porcelain has a high crystallization ability. During the process of spontaneous rapid cooling in the silicate melt, coloring crystallization centers are formed due to the formation of chromophore crystalline phases evenly throughout the entire volume of the melt.

После остывания затвердевшие гранулы измельчают до прохождения на сите №0056.After cooling, the hardened granules are crushed until they pass through sieve No. 0056.

Оптимальное соотношение тонкодисперсного порошка фарфора и отхода ванадиевого производства, экспериментально полученное, представлено в таблице 2.The optimal ratio of fine porcelain powder and vanadium production waste, obtained experimentally, is presented in Table 2.

Таблица 2table 2

Оптимальное соотношение компонентовOptimal ratio of components

№ п/пNo. Соотношение компонентовComponent ratio Количество кристаллической фазы с красящими хромофорными свойствами, мас. %Amount of crystalline phase with coloring chromophore properties, wt. % Бой фарфораPorcelain fight Отход ванадиевого производстваVanadium production waste 22 11 5858 11 11 6969 1*1* 2*2* 88*88* 11 33 7272 * – оптимальный вариант* – optimal option

ПримерExample

В качестве исходных компонентов брали отходы ванадиевого производства следующего химического состава (таблица 3).Vanadium production waste with the following chemical composition was taken as the starting components (Table 3).

Таблица 3Table 3

Химический состав отхода ванадиевого производстваChemical composition of vanadium production waste

Содержание оксидов, %Oxides content, % CaOCaO SO3 SO 3 Mn2O3 Mn2O3 _ MgOMgO SiO2 SiO2 V2O5 V2O5 _ Al2O3 Al2O3 _ ПППPPP ПрочееOther 36,9336.93 33,0333.03 17,3917.39 5,035.03 3,223.22 2,812.81 0,410.41 1,131.13 0,060.06

Брали бой фарфора, предварительно измельчали в лабораторной щековой дробилке и производили помол в шаровой мельнице в течение 0,5 ч.We took broken porcelain, pre-crushed it in a laboratory jaw crusher and ground it in a ball mill for 0.5 hours.

Тонкодисперсные порошки боя фарфора и отхода ванадиевого производства при соотношении 1:2 весовых частей усредняли в лабораторном смесителе и смесь гранулировали в лабораторном грануляторе с образованием гранул шихты 2-4 мм.Fine powders of scrap porcelain and vanadium production waste at a ratio of 1:2 parts by weight were averaged in a laboratory mixer and the mixture was granulated in a laboratory granulator to form charge granules of 2-4 mm.

Гранулированную шихту помещали в порошковый питатель. Из порошкового питателя гранулы подавались в плазменный реактор УПУ-8м с плазменным горелочным устройством ГН-5Р с производительностью 5 г/с. При увеличении производительности происходит залипание газовоздушных каналов. Среднемассовая температура плазменной струи составляла 8500К. Плазмообразующим газом служил аргон, расход которого составил 30 л/мин. Под действием высоких температур плазменной струи гранулы шихты плавились с образованием расплава. Под действием отходящего потока плазмообразующего газа-аргона расплавленные капли транспортировались в газовоздушном потоке из плазменного реактора в сборник. В процессе транспортировки расплав кристаллизовался и накапливался в сборнике. The granulated mixture was placed in a powder feeder. From the powder feeder, the granules were fed into the UPU-8m plasma reactor with a GN-5R plasma burner with a productivity of 5 g/s. As productivity increases, the gas-air channels become stuck. The average mass temperature of the plasma jet was 8500K. The plasma-forming gas was argon, the flow rate of which was 30 l/min. Under the influence of high temperatures of the plasma jet, the charge granules melted to form a melt. Under the influence of the outgoing flow of plasma-forming gas - argon, molten drops were transported in a gas-air flow from the plasma reactor to the collection tank. During transportation, the melt crystallized and accumulated in the collection tank.

Контроль количества кристаллической фазы в конечном продукте контролировали рентгенофазовым анализом с использованием установки – дифрактометре ART XTRA Thenno Fishen Scientific в диапазоне углов 2Ɵ=4-64ºС.The amount of crystalline phase in the final product was controlled by X-ray phase analysis using an ART XTRA Thenno Fishen Scientific diffractometer in the angle range 2Ɵ=4-64ºС.

Порошковые дифрактограммы расшифровывали с использованием картотеки ASTM.Powder diffraction patterns were interpreted using ASTM cards.

Параметры съемки порошковых дифрактограмм: медный анод и Kα – излучение при 40 кВт.Parameters for shooting powder diffraction patterns: copper anode and K α - radiation at 40 kW.

Количество кристаллической фазы составило 88%.The amount of crystalline phase was 88%.

Claims (1)

Способ получения пигмента синего цвета для керамики, включающий помол сырьевых компонентов, их смешение с последующей термической обработкой и помолом до требуемой дисперсности, отличающийся тем, что в качестве сырьевых компонентов используют бой фарфора, содержащий оксид марганца, и отходы ванадиевого производства, содержащие оксиды ванадия и марганца, смешение осуществляют при соотношении 1:2, затем полученную смесь гранулируют с получением гранул размером 2-4 мм, с последующей термической обработкой в плазменном реакторе с расходом гранулированной шихты 5г/с, после остывания полученного расплава осуществляют сухой помол до прохождения через сито 0056 с получением синего пигмента, содержащего основную красящую фазу шпинели и ванадата марганца Mn2V2O7.A method for producing blue pigment for ceramics, including grinding raw materials, mixing them, followed by heat treatment and grinding to the required dispersion, characterized in that porcelain scrap containing manganese oxide and vanadium production waste containing vanadium oxides are used as raw materials. manganese, mixing is carried out at a ratio of 1:2, then the resulting mixture is granulated to produce granules of 2-4 mm in size, followed by heat treatment in a plasma reactor with a granular charge flow rate of 5 g/s, after cooling the resulting melt, dry grinding is carried out until passing through sieve 0056 to obtain a blue pigment containing the main coloring phase of spinel and manganese vanadate Mn 2 V 2 O 7 .
RU2023105517A 2023-03-10 Method for obtaining blue pigment for ceramics RU2806883C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2806883C1 true RU2806883C1 (en) 2023-11-08

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU939500A1 (en) * 1980-07-18 1982-06-30 Предприятие П/Я В-8469 Process for producing blue inorganic pigments
CA1229528A (en) * 1983-09-24 1987-11-24 Axel Rau Dispersible berlin blue pigment
RU2090583C1 (en) * 1995-10-12 1997-09-20 Институт химии твердого тела и переработки минерального сырья Method for production of blue aluminium-cobalt pigment
RU2332366C1 (en) * 2006-11-07 2008-08-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет Method of obtaining of cordierite ceramic pigment
RU2484025C1 (en) * 2011-12-23 2013-06-10 Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" Method of producing blue aluminium-cobalt pigment

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU939500A1 (en) * 1980-07-18 1982-06-30 Предприятие П/Я В-8469 Process for producing blue inorganic pigments
CA1229528A (en) * 1983-09-24 1987-11-24 Axel Rau Dispersible berlin blue pigment
RU2090583C1 (en) * 1995-10-12 1997-09-20 Институт химии твердого тела и переработки минерального сырья Method for production of blue aluminium-cobalt pigment
RU2332366C1 (en) * 2006-11-07 2008-08-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет Method of obtaining of cordierite ceramic pigment
RU2484025C1 (en) * 2011-12-23 2013-06-10 Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" Method of producing blue aluminium-cobalt pigment

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Масленникова Г.Н., Пищ И.В., Керамические пигменты, 2-е издание переработанное и дополненное, М. ООО РИФ Стройматериалы, 2009 г, с.181. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103086747B (en) Preparation method of flare aventurine glaze
Ozel et al. Production of coloured zircon pigments from zircon
US4900533A (en) Alkaline earth metal carbonates
US5061473A (en) Titanium dioxide, a process and its production
RU2806883C1 (en) Method for obtaining blue pigment for ceramics
CN106242292A (en) A kind of red down payment point stricture of vagina ceramic glaze and preparation method thereof
JPH05254844A (en) Spinel black pigment based on copper-chromium-manganese mixed oxide, and its preparation and use
US3381064A (en) Method of making pseudowollastonite clinker with the rotary kiln
CN113784923B (en) Spinel powder
RU2799929C1 (en) Method for obtaining pigment for wall ceramics
US3561989A (en) Black fe-cr oxide pigment composition
US5496403A (en) Process for preparing inorganic pigments of particular particle size
Yekta et al. Synthesis of a zircon-cadmium sulfo selenide pigment by a sol-gel technique
CN1137941C (en) Preparing process of iron oxide red pigment for high-temperature ceramic with iron-containing industrial sludge
Snyders et al. The effect of milling and percentage dissociation of plasma dissociated zircon on the colour of Pr-yellow and V-blue zircon pigments
US4617061A (en) Mixed phases having the composition Bi2-x Crx O3
FI93942B (en) Process for making titanium dioxide powder not used as pigment
DE2240465A1 (en) PROCESS FOR THE MANUFACTURING OF COLORED CEMENT
US2250789A (en) Chromic oxide pigments
US4165991A (en) Method for the production of synthetic wollastonite material
RU2040473C1 (en) Method for production of loose powder of nonpigmentary titanium dioxide
DE2922280C2 (en) Process for the production of ß-silicon carbide in powder form
CN114369376A (en) High-brightness cobalt melanin and preparation method thereof
RU2064468C1 (en) Method of producing crystobalite
RU2077519C1 (en) Method for production of periclase powders