способ получения железооксидных пигментов различного цвета на частицах слюды чешуйчатой формы

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЖЕЛЕЗООКСИДНЫХ ПИГМЕНТОВ РАЗЛИЧНОГО ЦВЕТА НА ЧАСТИЦАХ СЛЮДЫ ЧЕШУЙЧАТОЙ ФОРМЫ, включающий окисление пентакарбонила железа, находящегося в подвижном кипящем слое, кислородсодержащим газом, отличающийся тем, что процесс окисления проводят при 20 100^oС.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанный процесс окисления осуществляют в присутствии химически инертного газа.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что железооксидные пигменты после окисления дополнительно термообрабатывают в воздушной среде при 200 - 800^oС.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к производству пигментов, а именно к получению железооксидных пигментов различного цвета, преимущественно с перламутровым блеском, на частицах слюды чешуйчатой формы.

Известен способ получения порошков железооксидных пигментов различного цвета, согласно которому сжигают пентакарбонил железа (ПКЖ) в кислороде или воздухе при 250-800^оС, причем в зависимости от температуры горения, времени контакта, соотношения реагентов и введения дополнительных реагентов, например воды, получают порошки пигментов, состоящих из тонкодисперсных оксидов железа различных цветов с размерами частиц выше 0,1 мкм. Снижение температуры горения ниже указанной экономически не выгодно, так как приводит к резкому снижению конверсии ПКЖ. Данный способ характеризуется узкой гаммой получаемых цветов [1]

Известен также способ получения магнитных порошков оксидов железа, согласно которому для снижения температуры и сохранения высокой конверсии ПКЖ, процесс окисления ПКЖ проводят кислородсодержащим газом в присутствии нагретых до 100-400^оС частиц порошка железа; процесс проводят в кипящем слое, создаваемым кислородсодержащим газом (воздухом) при непрерывном механическом перемешивании частиц порошка, в который впрыскивается ПКЖ, причем в зависимости от температуры получают либо магнетит Fe₃O₄ (при температуре ниже 160^оС), либо -Fe₂O₃ (при температуре выше 200^оС) [2] Порошок магнетита имеет черный цвет, а -Fe₂O₃-темнокоричневый.

Однако снижение температуры процесса до 100^оС не позволяет получать равномерное покрытие оксидами железа либо Fe₃O₄ либо -Fe₂O₃, образующимися при каталитическом окислении ПКЖ, на поверхности зародышей из оксидов железа. Кроме того, по данному способу могут быть получены пигменты только двух цветов черного и темно-коричневого.

Наиболее близким к изобретению является способ получения железооксидных пигментов различного цвета на частицах слюды чешуйчатой формы, согласно которому ПКЖ окисляют кислородсодержащим газом в подвижном кипящем слое частиц слюды при 150-450^оС при концентрации ПКЖ в реакционной газовой смеси, не превышающей 5% объема [3]

При осуществлении указанного способа на поверхности слюдяных частиц образуются пленки Fe₂O₃, в результате чего получаются пигменты только преимущественно красного и коричневого оттенков цвета с недостаточно равномерным цветовым покрытием.

Задача изобретения разработка способа получения железооксидных пигментов различного цвета на частицах слюда чешуйчатой формы с равномерным пигментным покрытием частичек слюды оксидом железа широкой цветовой гаммы, преимущественно с перламутровым блеском.

Данная задача решается способом получения железооксидных пигментов различного цвета на частицах слюды чешуйчатой формы, заключающимся в том, что ПКЖ, находящийся в подвижном кипящем слое, окисляют кислородсодержащим газом, при 20-100^оС.

Процесс окисления по данному способу проводят также в присутствии химически инертного газа, например носителя ПКЖ.

Кроме того, полученные пигменты в результате окисления дополнительно термообрабатывают в воздушной среде при температуре 250-800^оС.

Проведение процесса окисления при 20-100^оС обеспечивает равномерность покрытия частичек слюды железооксидной пленкой и их широкую цветовую гамму, преимущественно с перламутровым блеском. При этом получают покрытия из -Fe₂O₃, а получаемые пигменты в зависимости от толщины пленки или количества осажденного -Fe₂O₃ имеют коричневый цвет, от светлого до темного, а также серебряный, бронзовый, или фиолетовый перламутровый цвета.

Использование в качестве газа-носителя ПКЖ химически инертного газа улучшает равномерность покрытия частичек слюды оксидом железа и также расширяет цветовую гамму получаемых пигментов.

Дополнительная термообработка пигментов в воздушной среде при 250-800^оС еще более расширяет их цветовую гамму. Так, после указанной термообработки происходит рекристаллизация пленки гамма оксида железа в альфа оксид железа, при этом получают перламутровые пигменты следующих цветов: красного цвета, от светлого до темного тонов, цвета красной бронзы и красно-фиолетового цвета.

Проведение указанного способа в иных температурных режимах ухудшает качество и соответственно возможности использования пигментов.

Использование слюды различных модификаций например, в форме мусковита или флагопита, с размером частиц 5-500 мкм не влияет на окраску получаемых пигментов, а характер блеска при этом изменяется от шелковистого (при размере частиц до 20 мкм) до искристого (при размере частиц выше 60 мкм).

Способ получения железооксидных пигментов различного цвета на частицах слюды чешуйчатой формы по изобретению может быть осуществлен в стеклянном, вертикально расположенном цилиндрическом реакторе с лопастной мешалкой. Нагрев слюды до необходимой температуры в интервале 20-100^оС осуществляют с помощью электронагревателя. В нижнюю часть реактора сначала подают кислородсодержащий газ, в том числе и воздух, очищенный от пыли на аэрозольных фильтрах, который формирует кипящий слой, механически перемешиваемый с помощью мешалки, а затем смесь ПКЖ с газом-носителем. Содержание кислорода в реакционной газовой смеси берут в избытке по отношению к ПКЖ из расчета образования Fe₂O₃. В качестве газов-носителей ПКЖ используют азот, гелий, аргон, диоксид углерода или другие химически инертные газы. Конверсия ПКЖ практически всегда составляет 100% газообразными продуктами окисления ПКЖ являются оксиды углерода СО, СО₂. Расход газообразных реагентов может контролироваться с помощью ротаметров.

Полученные железооксидные пигменты могут быть дополнительно термообработаны в электропечи нагретой до 200-800^оС, куда их помещают в металлическом поддоне. Цвет и равномерность покрытия частичек слюды оксидами железа определяют визуально или с помощью сканирующего электронного микроскопа: например, Филипс SEM-505, а фазовый состав с помощью рентгеноструктурного анализа. Количество осажденного оксида железа определяют с помощью химического анализа.

Цвет получаемого пигмента зависит только от длительности проведения процесса окисления, а также от его дополнительной термообработки.

П р и м е р. В реактор загружают порошок слюды мусковита с размерами частиц менее 60 мкм в количестве 100 г. Воздух, формирующий в реакторе кипящий слой слюды, подают с расходом 350 л/ч, скорость вращения механической мешалки 100 об/мин. В нижнюю часть реактора подают смесь газообразного ПКЖ с концентрацией 2,6% от объема с газом носителем азотом. Расход ПКЖ 70 г/ч.

Через 0,7 ч процесс прекращают и получают 125 г равномерно окрашенного искрящегося пигмента темно-коричневого цвета.

При термообработке полученного пигмента на воздухе при 600^оС в течение 2 ч и после остывания получают те же 125 г равномерно окрашенного искрящегося темно-красного пигмента.

Характеристика пигментов, полученных по предлагаемому способу на слюде с различными размерами частиц и при различной температуре процессов окисления и термообработки, представлена в табл. 1.

В табл. 2 описана цветовая гамма пигментов, полученных в соответствии со способом по изобретению в зависимости от условий получения.

Условия получения:

Окисление ПКЖ:

дисперсность слюды 63 мкм; температура 50 и 80^оС, газ-разбавитель азот, расход воздуха 300 л/ч, расход ПКЖ 70 г/ч, время 0,1-3,5 ч;

Термообработка на воздухе: температура 500^оС; время 1 ч.

Пигменты имеют высокую текучесть и не слеживаются при длительном хранении.