способ получения кобальтсодержащих пигментов

Формула изобретения

Способ получения кобальтсодержащих пигментов, включающий осаждение компонентов из раствора путем добавки соды, фильтрацию суспензии, промывку осадка и его термообработку, отличающийся тем, что в раствор хлорида кобальта (II) с концентрацией 30 - 100 г/л по металлу добавляют соду до pH 3 - 5, затем вводят гидратированный оксид алюминия или оксид цинка и в полученную смесь вновь добавляют соду до содержания кобальта в жидкой фазе суспензии 0,05 - 0,1 г/л.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химической технологии неорганических веществ, в частности к технологии цветных термо-, свето- и атмосферостойких пигментов, используемых для специальных лакокрасочных материалов, а также в производстве различного вида керамики.

Известен способ получения неорганических пигментов синего и зеленого цвета, содержащих соединения кобальта, алюминия и цинка, путем механического смешения компонентов в виде солей или оксидов, с последующим тонким измельчением смеси и прокаливанием ее при температуре 1100-1200^oC. Продукты, полученные таким способом (кобальтсодержащие пигменты: синий - алюминаты Co и зеленый - твердый раствор Co(II) в окиси цинка), имеют высокую себестоимость из-за необходимости использования очень чистых исходных компонентов. Они неоднородны по цвету из-за невозможности получения гомогенной смеси при механическом смешении [Беленький Е.Ф., Рискин И.В. Химия и технология пигментов. Л., изд. Химия, 1974. С. 456- 461].

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ, основанный на совместном осаждении карбонатов и гидратов окисей из смешанных сульфатных растворов, содержащих соединения Co, Al или Co и Zn [Беленький Е. Ф. , Рискин И. В. Химия и технология пигментов. Л. Изд-во Химия, 1974, с. 456-461] . Он осуществляется следующим образом. В реактор заливается горячая вода (70-80^oС), в нее загружаются все необходимые компоненты, перемешиваются до полного растворения, а затем в полученный раствор медленно добавляется раствор соды (20-25% Na₂CO₃), суспензию кипятят, осадок отделяют от жидкой фазы, промывают его горячей водой. Скорость фильтрации суспензии составляет < 100 л/м²ч, расход воды из расчета Т:Ж=1:20, продолжительность промывки - 20 часов. Промытый осадок прокаливают при 1000-1200^oC.

Недостатком известного способа является плохая фильтруемость суспензии после осаждения содой и, соответственно, малоэффективная промывка осажденного осадка, требующая значительного расхода воды и времени, а также высокая температура прокаливания.

Изобретение направлено на повышение скорости фильтрации суспензии и снижение температуры прокаливания.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе получения кобальтсодержащих пигментов, включающем осаждение компонентов из раствора путем добавки соды, фильтрацию суспензии, промывку осадка и его термообработку, в раствор хлорида кобальта(II) с концентрацией 30-100 г/л по металлу добавляют соду до достижения pH 3-5, затем вводят гидроксид (оксид) алюминия или цинка и в полученную смесь вновь добавляют соду до содержания в жидкой фазе суспензий 0,05-0,10% Co.

Способ осуществляется следующим образом. В раствор хлорида кобальта, содержащего 30-100 г/л по Co, постепенно при перемешивании вводится раствор соды (200 г/л по Na₂CO₃). Количество Na₂CO₃ должно соответствовать достижению pH 3-5. Затем в суспензию добавляется гидратированный оксид алюминия или цинка из расчета достижения следующего весового соотношения компонентов CoO: Al₂O₃ = 1:2,5-3,0, CoO:ZnO= 1:15-25, суспензия перемешивается 0,5 ч, а затем вновь в нее вводится раствор соды до остаточного содержания 0,05-0,1 г/л по Co и контактирование продолжается еще 2,5 часа. После отделения жидкой фазы (скорость фильтрации 700-800 л/м²ч), осадок промывается горячей водой из расчета Т:Ж=1:10, продолжительность промывки - 4 часа. Промытый осадок подсушивается при 100^oC и прокаливается при 900-980^oC в течение двух часов. Продукт прокаливания измельчается. Системы, состоящие из CoO:Al₂O₃, имеют голубой (синий) цвет, a CoO:ZnO - зеленый (светло-зеленый) цвет.

Проведение процесса в указанных условиях обеспечивает получение суспензии, которая содержит осадок с хорошо агрегированными частицами, что позволяет легко отделить его от жидкой фазы, эффективно (с меньшим расходом воды и за более короткое время, чем в способе-прототипе) промыть его от водорастворимых примесей. Присутствие в структуре осадка хлор-иона обеспечивает формирование цветовой шпинели (CoAl₂O₄ и ZnCo₂O₄) при более низкой температуре, чем в способе-прототипе, что в свою очередь оказывает положительное влияние на яркость пигмента.

При концентрации кобальта (II) в исходном растворе менее 30 г/л по Co снижается скорость фильтрации суспензии и пигмент становится неоднородным (белые вкрапления). Использование растворов с концентрацией Co более 100 г/л практически не сказывается на фильтруемости суспензии, но их повышенная вязкость ее создает затруднение при перемешивании.

Добавка соды до достижения в суспензии pH менее 3 значительно снижает скорость фильтрации, а при pH > 5 пигмент получается неоднородным за счет присутствия в нем индивидуальной примесной фазы - Co₂O₃.

Окончание процесса при концентрации в жидкой фазе менее 0,05 г/л Со требует значительного повышения расхода соды и практически не влияет на фильтруемость и температуру прокаливания. При концентрации в жидкой фазе более 0,1 г/л Co уменьшается скорость фильтрации.

Сущность предложенного способа поясняется следующими примерами.

Пример 1. Берут 1 литр раствора хлорида кобальта(II) с концентрацией 30 г/л по металлу, постепенно при перемешивании добавляют раствор соды (Na₂CO₃ 200 г/л) до pH 5, а затем вводят гидратированный оксид алюминия Al₂O₃H₂O из расчета получения соотношения CoO: Al₂O₃= 1:3, смесь перемешивают 0,5 ч и добавляют вновь раствор соды до конечной (остаточной) концентрации в жидкой фазе 0,05 г/л Co, после чего контактирование продолжают в течение 2,5 ч. Полученную суспензию фильтруют (скорость фильтрации - 780 л/м²ч), осадок промывают с расходом воды из расчета Т:Ж=1:10 и после подсушивания (100^oC) прокаливают при 980^oC. Продукт прокаливания дезагрегируют с получением ярко-голубого пигмента, свойства которого соответствуют требованиям ТУ17РСФСР 20-4277-79.

Пример 2. Берут 1 литр раствора хлорида кобальта(II) с концентрацией 70 г/л по металлу, постепенно при перемешивании добавляют раствор соды (200 г/л Na₂СО₃) до pH 4,2, а затем вводят гидратированный оксид алюминия Al₂O₃H₂O из расчета получения соотношения CoO:Al₂O₃= 1:2,75, смесь перемешивают 0,5 ч и добавляют вновь раствор соды до конечной (остаточной) концентрации в жидкой фазе 0,07 г/л Co, после чего контактирование продолжают в течение 2,5 ч. Полученную суспензию фильтруют (скорость фильтрации - 800 л/м²ч), осадок промывают с расходом воды из расчета Т:Ж=1:10 и после подсушивания (100^oC) прокаливают при 900^oC. Продукт прокаливания дезагрегируют с получением ярко-голубого пигмента, свойства которого соответствуют требованиям ТУ17РСФСР 20-4277-79.

Пример 3. Берут 1 литр раствора хлорида кобальта(II) с концентрацией 100 г/л по металлу, постепенно при перемешивании добавляют раствор соды (100 г/л Na₂CO₃) до pH 3, а затем вводят гидратированный оксид алюминия Al₂O₃H₂O из расчета получения соотношения CoO:Al₂O₃=1:2,5, смесь перемешивают 0,5 ч и вновь добавляют раствор соды до конечной (остаточной) концентрации в жидкой фазе 0,1 г/л Co, после чего контактирование продолжают в течение 2,5 ч. Полученную суспензию фильтруют (скорость фильтрации - 700 л/м²ч), осадок промывают с расходом воды из расчета Т:Ж=1:10 и после подсушивания (100^oC) прокаливают при 950^oC. Продукт прокаливания дезагрегируют с получением ярко- голубого пигмента, свойства которого соответствуют требованиям ТУ17РСФСР 20-4277-79.

Пример 4. Берут 1 литр раствора хлорида кобальта(II) с концентрацией 70 г/л по металлу, постепенно при перемешивании добавляют раствор соды (Na₂CO₃ 200 г/л) до pH 4,2, а затем вводят оксид цинка ZnO из расчета получения соотношения CoO:ZnO= 1:25, смесь перемешивают 0,5 ч и вновь добавляют раствор соды до конечной (остаточной) концентрации в жидкой фазе 0,05 г/л Со, после чего контактирование продолжают в течение 2,5 ч. Полученную суспензию фильтруют (скорость фильтрации - 800 л/м²ч), осадок промывают с расходом воды из расчета Т:Ж=1:10 и после подсушивания (100^oC) прокаливают при 950^oC. Продукт прокаливания дезагрегируют с получением зеленого пигмента с цветовой характеристикой 512-513 нм и диукрывистостью - 52 г/м².

Влияние основных параметров предлагаемого способа на технологические характеристики (скорость фильтрации и температура прокаливания) процесса приведены в таблице.

Из анализа материалов заявки следует, что по сравнению со способом-прототипом предлагаемый способ обеспечивает увеличение скорости фильтрации суспензии в 7-8 раз, снижение продолжительности промывки в 4-5 раз, а также снижение температуры прокаливания в среднем на 150^oC.