способ получения черного железоокисного пигмента

Формула изобретения

Способ получения черного железоокисного пигмента из красного шлама - отхода глиноземного производства, включающий его прокаливание, отличающийся тем, что красный шлам перед прокаливанием разделяют по классам крупности с отбором фракции до 0,02 мм и дополнительно от 0,02 до 0,045 мм, причем прокаливание этих фракций осуществляют в контролируемой атмосфере с недостатком кислорода при температуре 500-1000°С.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к производству неорганических пигментов, а именно железоокисных пигментов черного цвета, и может быть использовано в лакокрасочной промышленности, производстве строительных и других пигментированных материалов.

Известен способ получения железоокисных пигментов со структурой -Fe₂O₃, содержащих 0,1-12,0% SiO₂ и 0,02-5,0% Al ₂O₃, путем обжига смеси Fe ₃O₄, SiO₂, Al₂O₃ при 200-700°С при подаче воздуха и кислорода. Способ предназначен для получения пигментов коричневого цвета. Недостатком данного способа является нестабильность химического состава, что не исключает появление различных оттенков.

Известен также способ получения красного железоокисного пигмента из красного шлама, отхода глиноземного производства, путем его прокаливания в смеси с фосфомелом.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является «Способ получения железоокисных пигментов». [Патент №2047631. Заявлен 17.08.1992. Опубликован 10.11.1995. Авторы - Калиниченко И.И., Соколов В.И., Никоненко Е.А., Колесникова М.П., Пуртов А.И.]. В данном способе предварительно производится разделение по классам крупности с отбором фракции частиц не крупнее 0,02 мм, и прокаливание этой фракции при 290-850°С. Пигменты получаются чистого красного цвета за счет -Fe₂O₃.

Недостатком данного способа является невозможность получения черного пигмента вследствие малого количества в отобранной фракции сульфидной серы, которая необходима для восстановления Fe(III) до Fe(II).

Задачей изобретения является получение пигмента черного цвета за счет дополнительного отбора фракции от 0,02 до 0,045 мм, содержащей более высокое количество сульфидной серы при сохранении однородности дисперсного состава и укрывистости 8-10 г/м². [Калиниченко И.И., Колесникова М.П., Никоненко Е.А., Соколов В.И., Пуртов А.И. Гранулометрический состав красных шламов. Депон. ВИНИТИ, 27.09.96, №2892 - В96, Москва, 1996. - 5 с.].

Эта задача решается тем, что красный шлам перед прокаливанием разделяют по классам крупности с отбором фракции до 0,02 мм и дополнительно от 0,02 до 0,045 мм, причем прокаливание этих фракций осуществляют в контролируемой атмосфере (восстановительная атмосфера, инертные газы, вакуум) при температуре 500-1000°С.

Повышение содержания сульфидной серы за счет дополнительного отбора фракции от 0,02 до 0,045 мм и понижение содержания кислорода в газовой фазе приводит к образованию в пигменте смешанных оксидов железа, что обуславливает черный цвет получаемого пигмента, а наличие крупности не более 0,045 мм обеспечивает достаточную однородность состава и укрывистость полученного пигмента.

Нижний предел температурного интервала прокаливания обусловлен тем, что при 500°С начинается восстановление Fe ₂O₃ до FeO и Fe₃ O₄. Верхний предел составляет 1000°С, так как при более высокой температуре начинается спекание пигмента.

Заявленным способом осуществлялось получение черного железоокисного пигмента из красного шлама, взятого из отвалов Богословского алюминиевого завода, следующего химического состава в пересчете на оксиды, мас.%: Fe₂O₃ - 35,4; Al₂O₃ - 14,6; СаО - 11,5; S - 1,36; TiO₂ - 3,9; SiO₂ - 7,5; Na₂O - 3,4; CO₂ - 3,5 (без ППП).

Пробу красного шлама массой 35 кг с влажностью 39% разделяли по классам крупности. Отбирали фракцию не крупнее 0,045 мм, которая имела следующий химический состав в пересчете на оксиды, мас.%: Fe ₂O₃ - 43,0; Al₂ O₃ - 13,5; CaO - 7,0; S - 1,2; TiO ₂ - 3,8; SiO₂ - 6,5 (без ППП). Выход фракции 89,9%.

После разделения по классам крупности отобранную фракцию отфильтровывали, промывали до pH промывных вод, равного 8,5, и высушивали, после чего пробу делили на части и прокаливали по различным режимам. В таблице приведены технологические параметры и характеристики целевого продукта, полученного заявленным способом. Химический состав продукта определяется составом фракции - 0,045 мм. Отличием от прототипа является цвет пигмента, больший процент выхода полезной фракции, температурный интервал, использование сульфидной серы в качестве восстановителя.

Определение цвета и укрывистости полученного пигмента проводилось на основании стандартных методик. [Добровольский И., Большаков А. и др. Методы технического анализа пигментного производства. Челябинск, Южно-Уральское книжное издательство, 1973. С.212-213].

Использование заявляемого способа обеспечивает следующие технические результаты:

- получение железоокисного пигмента чистого черного цвета с укрывистостью 8-10 г/м²;

- использование отхода производства глинозема - красного шлама (до 90%) без дополнительного сырья и добавок;

- полное отсутствие вредных выбросов в окружающую среду;

- использование для восстановления Fe(III) в Fe(II) сульфидной серы, имеющейся в составе исходного шлама.

Таблица 1
Характеристика полученных пигментов	Класс крупности, мм. Масса пробы, кг	Температура прокаливания, °С	Среда	Цвет	Остаток после мокрого просеивания на сите 0063, %	Укрывистость, г/м 2	Диспергируемость, мкм
По заявляемому способу	Мельче 0,045 мм Масса 31 кг	290	Восстановительная атмосфера	Коричневый	0,05	9	28
			Аргон	Коричневый	0,05	9	28
			Вакуум P˜1,10 -3 атм	Коричневый	0,05	9	28
		500	Восстановительная атмосфера	Серо-черный	0,04	9	27
			Аргон	Серо-черный	0,04	8	27
			Вакуум P˜1,10 -3 атм	Серо-черный	0,04	8	27
		850	Восстановительная атмосфера	Чистый черный	0,03	10	30
			Аргон	Чистый черный	0,03	10	30
			Вакуум P˜1,10 -3 атм	Чистый черный	0,03	10	30
		1000	Восстановительная атмосфера	Чистый черный	0,05	10	30
			Аргон	Чистый черный	0,05	10	30
			Вакуум P˜1,10 -3 атм	Чистый черный	0,05	10	30
По способу - прототипу	Мельче 0,02 мм. Масса 24 кг	290	Воздух	Темно-красный	0,05	9	32
		500	Воздух	Чистый красный	0,03	7	27
		850	Воздух	Чистый красный	0,05	11	30