Керамічний пігмент шпінельного типу

Реферат: Винахід належить до технології отримання керамічних пігментів, які застосовують при одержанні глазурних та склоемалевих покриттів синьої колірної гами, а також декоруванні виробів з фарфору, фаянсу та інших тонкокерамічних мас. Керамічний пігмент містить компоненти при наступному співвідношенні, мас. %: Аl2О3 - 44,40-46,30; ТіО2 - 13,70-14,30; СоО - 13,90-20,00; В2О3 - 1,95-2,90; MgO - 13,70-18,00; СаО - 3,50-3,70; SiO2 - 1,80-1,85, причому як сировинний компонент для Аl2О3, ТіО2, СаО і SiO2 він містить шлак алюмінотермічного виробництва феротитану. Винахід направлений на одержання керамічного пігменту з низькими матеріальними та енергетичними витратами, який не містить шкідливих компонентів і забезпечує формування якісних склопокриттів, що мають стійке та інтенсивне блакитне забарвлення. UA 102962 C2 (12) UA 102962 C2 UA 102962 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до технології отримання керамічних пігментів, які застосовуються при одержанні глазурних та склоемалевих покриттів синьої колірної гами, а також декоруванні виробів з фарфору, фаянсу та інших тонкокерамічних мас. Відомий керамічний пігмент, який включає, мас. %: Со2O3 15-30; ZnO 5-20; Аl2О3 40-60; Сr2О3 4 7-12; В2О3 2-4 [А.с. 1381088 СССР, МКИ С03С 1/04. Керамический пигмент [Текст] / К.К. Квятковская, Н.М. Русс и др., (СССР). - № 4085008/29-33; заявл. 26.05.86; опубл. 15.03.88, Бюл. № 10]. Недоліком зазначеного пігменту є: - висока температура випалу (1250 °C) і довготривала витримка при максимальній температурі (4 години); - великий вміст вартісного компоненту - оксиду кобальту (до 30 мас. %); - використання як компонентів пігментної шихти лише дорогої технічно чистої сировини, що значно збільшує її собівартість. Відома також шихта для керамічного пігменту, яка включає, мас. %: Со3О4 46-50; Аl2О3 396 45; Аl 9-11 [Пат. 2029745 Россия, МКИ С03С 1/04. Шихта для керамического пигмента [Текст] / Г.Г. Гладун, А.З. Искакова и др., (Россия). № 5042444/33; заявл. 19.05.92; опубл. 27.02.1995]. Недоліками такого пігменту є: - складність технології одержання, яка обумовлена необхідністю формування пігментної шихти підтиском 10 МПа; - великий вміст вартісного компоненту - оксиду кобальту (до 50 мас. %); - використання як компонентів пігментної шихти лише дорогої технічно чистої сировини, що значно збільшує її собівартість. Крім того відома шихта для отримання керамічного пігменту синього кольору, яка містить, мас. %: Аl2О3 27-31; Со3О4 4-24; Н3ВО3 2-4; Аl 9-15; MgO 5-15; Mg(NO3)2·6H2O 27-37 [Пат. 6 2097346 Россия, МКИ С03С 1/04. Шихта для получения керамического пигмента синего цвета [Текст] / В.Н. Тимошин, В.В. Селин и др., (Россия). -№ 961 14695/03; заявл. 18.07.96; опубл. 27.11.1997]. Недоліками такого пігменту є: - використання як компонентів пігментної шихти лише дорогої технічно чистої сировини, що значно збільшує її собівартість; - великий вміст сполуки Mg(NO3)2·6H2O (27-37 мас. %), при розкладанні якої утворюється токсичний газоподібний продукт у вигляді NO2. Також відомий підглазурний барвник синього кольору для фаянсу, що включає, мас. %: Со2О3 17,48-26,21; Аl2О3 59,00-69,43; МоО3 9,00-10,59; Fe2O3 0,15-0,17; Cr2O3 2,24-5,56; Na2O 5 0,08-0,09 [А. с. 1564128 СССР, МКИ С03С 1/04. Подглазурный краситель синего цвета для фаянса [Текст] / О.Т. Ираклиевская, А.Н. Демидовская и др., (СССР). - № 4416444/23-33; заявл. 09.03.88; опубл. 15.05.90, Бюл. № 18]. Недоліком цього пігменту є висока температура випалу (1320 °C). Найбільш близькою до запропонованого винаходу є шихта для виготовлення керамічного пігменту синього кольору, що містить, мас. %: Аl2О3 39,0-46,5; ТіО2 39,0-46,5; СоО 5,0-20,0; В2О3 - 2,0, причому ТіО2 і Аl2О3 вводять в шихту у вигляді прожареного продукту нейтралізації 7 каталітичного комплексу Циглєра-Натта [Пат. 2184101 Россия, МКИ С04В 41/86, С09D 1/00. Шихта для изготовления керамического пигмента синего цвета [Текст] / М.Б. Седельникова, В.М. Погребенков и др., (Россия). № 2000115715/03; заявл. 15.06.2000; опубл. 27.06.2002] (прототип). Недоліками прототипу є: - необхідність попереднього прожарювання основного компоненту пігментної шихти (відпрацьованого каталізатору) з метою видалення газоподібної складової, що збільшує енергетичні витрати на виробництво готового продукту; - введення в шихту пігменту оксиду кобальту у вигляді солі Co(NO3)2·6H2O, при розкладанні якої утворюється велика кількість токсичного газоподібного продукту у вигляді NO 2. Задачею винаходу є розробка складів блакитного керамічного пігменту з низькими матеріальними та енергетичними витратами, який не містить шкідливих компонентів і забезпечує формування якісних скло покриттів різного призначення за рахунок використання як комплексного сировинного матеріалу шлаку алюмінотермічного виробництва феротитану, шляхом активної взаємодії його кристалічних фаз з іншими компонентами пігментної шихти і утворенням в процесі випалу переважно твердого розчину зі структурою шпінелі між алюмінатами кобальту і магнію (СоАl2О4 і MgАl2О4), який і є носієм стійкого та інтенсивного блакитного забарвлення. 1 UA 102962 C2 5 10 15 20 Поставлена задача вирішується тим, що відомий керамічний пігмент, який включає Аl2О3, ТіО2, СоО і В2О3, відповідно до винаходу додатково містить MgO, СаО і SiO 2, при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: Аl2О3 44,40-46,30 ТіО2 13,70-14,30 СоО 13,90-20,00 В2О3 1,95-2,90 MgO 13,70-18,00 СаО 3,50-3,70 SiO2 1,80-1,85, причому як сировинний компонент для Аl2О3, ТіО2, СаО і SiO2 використовують шлак алюмінотермічного виробництва феротитану. Суть винаходу полягає в наступному. Готують шихту, як сировинні компоненти якої виступає попередньо подрібнений шлак алюмінотермічного виробництва феротитану (АВФ), оксиди магнію і кобальту, а також борна кислота, сумісним мокрим помелом в кульовому млині до розміру часток, що характеризуються залишком на контрольному ситі № 0056 не більше 0,2 %. Отриману сировинну суміш після сушіння завантажують у вогнетривкі тиглі (шамотні, корундові) та випалюють з витримкою при максимальній температурі 1150-1200 °C протягом 1 години. Шлак АВФ є вторинним продуктом виробництва феротитану алюмінотермічним способом, який утворюється внаслідок високотемпературного відновлення ільменитового концентрату, а також інших залізо- і титанвмісних компонентів шихти алюмінієвим порошком в присутності флюсуючого компонента (переважно вапна). Основними компонентами шлаку АВФ є оксиди алюмінію, титану і кальцію (сумарно біля 95 мас. %), які традиційно вводяться до складу керамічних пігментів синьої колірної гами з технічно чистими матеріалами. Такий шлак як основні кристалічні фази містить гексаалюмінат кальцію (СаО·6Аl2О3 і корунд (-Аl2О3). Оксид титана в ньому переважно представлений двовалентною формою (ТіО) (табл. 1). Таблиця 1 Дані хімічного аналізу проби дослідного шлаку алюмінотермічного виробництва феротитану (АВФ) SiO2 2,89 25 30 35 40 Аl2О3 71,50 Найменування та вміст (мас. %) компонентів ТіО СаО FeO MgO 17,64 5,74 1,53 0,70 Сума 100 При синтезі запропонованого керамічного пігменту відбувається активна взаємодія СаО·6Аl2О3, а в присутності мінералізуючої добавки (В2О3) і -Аl2О3 з оксидами магнію і кобальту, наслідком чого є формування твердого розчину зі структурою шпінелі між алюмінатами кобальту і магнію, який, в свою чергу, виступає в ролі стійкого хромофору і сприяє забарвленню скло покриттів у синій колір при їх подальшому високотемпературному випалі. Діоксид титану, який є продуктом окиснення ТіО в процесі випалу пігментних шихт в середовищі повітря, утворює метатитанати магнію і кальцію (MgТiO3 і СаТiO3), які не чинять негативний вплив на оптико-колірні показники синтезованого пігменту. Після синтезу пігменту здійснюють його тонкий помел до розміру часток не більше 5 мкм і подальше введення до складу глазурей чи емалей в кількості до 6-8 мас. ч. (понад 100 мас. % їх сухої складової). Одержані після випалу склопокриття, які містять запропонований пігмент, відрізняються високою якістю, інтенсивним та стабільним синім кольором (=462-472 нм) в широкому температурному інтервалі (800-1100 °C). Приклади конкретного виконання винаходу наведені в табл. 2 і 3. Аналіз приведених даних свідчить про те, що запропонований склад керамічного пігменту, який синтезований з використанням як однієї з основних сировинних складових шихти відходу металургійного виробництва (шлаку алюмінотермічного виробництва феротитану) без застосування шкідливих компонентів, у межах заданого кількісного співвідношення компонентів забезпечує формування інтенсивного і стійкого синього забарвлення склопокриттів, випалених у достатньо широкому температурному інтервалі (800-1100 °C), а також зменшення матеріальних та енергетичних витрат. 2 UA 102962 C2 Запропонований винахід може бути успішно використаний для отримання кольорових склопокриттів різного призначення, а також декорування виробів з фарфору, фаянсу та інших тонкокерамічних мас. Таблиця 2 Хімічний склад запропонованого пігменту Номер пігменту 1 2 3 Прототип Аl2О3 46,30 45,30 44,40 39,00 Найменування і вміст (мас. %) компонентів ТіО2 СоО В2О3 MgO СаО 14,30 13,90 1,95 18,00 3,70 14,00 17,00 2,45 15,80 3,60 13,70 20,00 2,90 13,70 3,50 39,00 20,00 2,00 SiO2 1,85 1,85 1,80 5 Таблиця 3 Характеристики керамічних пігментів Номер пігменту 1 2 3 Прототип Показники керамічних пігментів Колір (візуальна оцінка) Блакитний Блакитний насичений блакитний Синій λ*, нм 575 577 578 471 * довжина хвилі ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 10 Керамічний пігмент шпінельного типу, що містить Аl2О3, ТіО2, СоО і В2О3, який відрізняється тим, що він додатково містить MgO, CaO і SiO2, при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: Аl2О3 44,40-46,30 ТіО2 13,70-14,30 СоО 13,90-20,00 В2О3 1,95-2,90 MgO 13,70-18,00 СаО 3,50-3,70 SiO2 1,80-1,85, причому як сировинний компонент для Аl2О3, ТіО2, СаО і SiO2 містить шлак алюмінотермічного виробництва феротитану. Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3