способ получения атмосферостойкого пигмента из сфенового концентрата

Формула изобретения

1. Способ получения атмосферостойкого пигмента из сфенового концентрата, включающий его сухое измельчение и последующую термическую обработку, отличающийся тем, что после сухого измельчения в концентрат добавляют суспензию модификатора, состоящего из фосфата алюминия и геля кремнекислоты, в количестве 15-30% к массе концентрата, полученную пасту диспергируют в течение 2-5 ч, а затем подвергают термической обработке при 50-500^oС.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что суспензию модификатора получают путем введения нефелина в раствор фосфорной кислоты с концентрацией 10-15% по P₂O₅ до достижения рН 1,5-3,5.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии получения неорганических материалов, в частности пигментов, используемых в лакокрасочной промышленности.

Известно большое количество способов химической переработки сфенового концентрата с получением пигментного диоксида титана или содержащих его композиций. Все эти способы характеризуются различной степенью сложности, связанной с использованием агрессивных минеральных кислот, специального кислотостойкого оборудования, задействованного в многочисленных операциях, с получением значительного количества слабокислых стоков, загрязняющих окружающую среду. Все это повышает стоимость технологического передела и, соответственно, увеличивает цену готового продукта. Получаемый по одной из технологий титано- кальциевый пигмент имеет ограниченное использование (только для окраски внутри помещений), т.е. покрытия на его основе не атмосферостойкие [Мотов Д. Л., Максимова Г.К. Сфен и его химическая переработка на титановые пигменты. М.: Наука, 1983,. 88 с.].

По другой технологии получают атмосферостойкий рутил, но из-за низкого содержания TiO₂ в сфеновом концентрате и степени извлечения TiO₂ ~70% выход готового продукта составляет 200 кг из 1 т сфенового концентрата [А.с. N 1331828, БИ 31, 1987. Способ переработки сфенового концентрата. А.с. N 1611909, БИ 45, 1990. Способ переработки сфенового концентрата.].

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ получения атмосферостойкого пигмента из сфена (сфенового концентрата), содержащего 30% TiO₂. Процесс включает измельчение исходного или прокаленного при 800^oC концентрата в сухом режиме. Свойства таких пигментов приведены в табл. 1 (см. в конце описания).

Такие пигменты использовались для получения только цветных густо-тертых красок, испытания которых показали, что более устойчивыми к атмосферным воздействиям являются покрытия на основе прокаленных образцов пигмента [Т.А. Ермилова, П. М. Богатырев, С.Б.Шайкевич и др. Получение цветных атмосферостойких пигментов из сфенового концентрата - побочного продукта апатитового производства. Ж. Лакокрасочные материалы и их применение. N 5, 1973, с. 11-12].

К недостаткам описанного способа следует отнести следующее:

- получаются не белые, а цветные пигменты, причем оттенки тусклые, что ограничивает их применение в лакокрасочных материалах (ЛКМ);

- краски на основе полученных пигментов расслаивались с образованием плотного осадка;

- пигменты пригодны для приготовления только масляных красок.

Настоящее изобретение направлено на повышение белизны пигмента, расширение ассортимента ЛКМ на основе этого пигмента с повышением их качества.

Повышение белизны пигмента достигается за счет взаимодействия поверхности частиц концентрата, активированной механическим путем (измельчение) с кислым фосфатом алюминия с образованием белой фосфатно-титановой оболочки и ее дальнейшим закреплением на поверхности последующей термической обработкой.

Устранение расслаивания краски с применением новых пигментов достигается за счет присутствия в модификаторе активного неорганического полимера-геля кремнекислоты, обеспечивающего сшивание частиц связующего. Пигменты могут использоваться в рецептурах водно-дисперсионных и масляных (эмалевых) красок за счет их высокой агрегативной устойчивости.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе получения атмосферостойкого пигмента из сфенового концентрата, включающем его сухое измельчение и последующую термическую обработку, после сухого измельчения добавляют суспензию модификатора, состоящего из фосфата алюминия и геля кремнекислоты в количестве 15-30% к массе концентрата, полученную пасту диспергируют в течение 2-5 ч, а затем подвергают термической обработке при 50-500^oС. Суспензию модификатора получают путем введения нефелина в раствор фосфорной кислоты с концентрацией 10- 15% по P₂O₅ до достижения pH 1,5-3,5.

Добавка к измельченному концентрату суспензии модификатора <15 мас.% снижает белизну пигмента и устойчивость краски к расслоению, а >30 мас.% практически не оказывает влияния на указанные показатели, но приводит к растрескиванию лакокрасочной пленки. Диспергирование пасты <2 ч не обеспечивает полноты взаимодействия кислого фосфата алюминия с титаном, что снижает белизну пигмента, а при диспергировании >5 ч белизна и другие свойства пигмента и краски не изменяются. При термической обработке пасты при t<50C очень медленно достигается требуемый показатель по содержанию влаги в пигменте, краски загустевают, а при t >500^oC свойства пигмента и краски не улучшаются. Параметры получения суспензии модификатора определяются устойчивостью геля кремнекислоты к желатинизации, которая исключает использование модификатора по назначению.

Способ осуществляется следующим образом. В устройство, предназначенное для сухого измельчения, загружают исходный сфеновый концентрат (магнитная фракция - эгирин, титаномагнетит отсутствует) и проводят размол до достижения крупности частиц менее 40 мкм, после чего его выгружают в диспергатор, где смешивают с суспензией модификатора, состоящего из кислого фосфата алюминия и геля кремнекислоты (pH 1,5-3,5). Расход модификатора составляет 15-30% к массе концентрата. Готовят суспензию модификатора путем медленной (~ 3 ч) добавки в раствор фосфорной кислоты нефелина до достижения pH 1,5-3,5. Продолжительность диспергирования - 2-5 ч. Полученную пасту подвергают термообработке при 50-500^oC, а затем дезагрегируют спекшиеся частицы.

Свойства полученных пигментов приведены в табл. 2.

Сущность предложенного способа поясняется следующими примерами.

Пример 1. Берут 1 кг сфенового концентрата, подвергают его сухому измельчению до крупности частиц менее 40 мкм (отсев на сите 0045 равен 0). К измельченному концентрату добавляют 150 г (15 мас.%) суспензии модификатора, которую получают путем добавки нефелина в раствор фосфорной кислоты с концентрацией 15% по P₂O₅ до достижения pH 1,5, диспергируют смесь в течение 5 ч, полученную пасту подвергают термообработке при температуре 500^oC в течение 2 ч. Полученный продукт дезагрегируют. Пигмент представляет собой порошок белого цвета с желтоватым оттенком - белизна 90 усл.ед., укрывистость - 70 г/м², маслоемкость - 14,5 г/100 г пигмента. На основе полученного пигмента приготовлена масляная краска с использованием синтетической олифы по серийной рецептуре (без дополнительной добавки белого пигмента - ZnO или TiO₂), лакокрасочное покрытие прошло испытания в аппарате искусственной погоды. Через 500 ч пленка не отличалась от исходной по цвету и гладкости.

Пример 2. Берут 1 кг сфенового концентрата, подвергают его сухому измельчению до крупности частиц менее 40 мкм (отсев на сите 0045 равен 0). К измельченному концентрату добавляют 200 г (20 мас.%) суспензии модификатора, которую получают путем добавки нефелина в раствор фосфорной кислоты с концентрацией 12% по P₂O₅ до достижения pH 2,5, диспергируют смесь в течение 3,5 ч, полученную пасту подвергают термообработке при 350^oC в течение 2 ч. Полученный продукт дезагрегируют, пигмент представляет собой порошок белого цвета со слегка желтоватым оттенком, белизна - 92 усл.ед., укрывистость - 90 г/м², маслоемкость - 156 г/100 г пигмента. На основе этого пигмента приготовлена масляная краска с использованием в качестве связующего синтетической олифы, а также водно-дисперсионная краска (связующее - акрилстирольный латекс). Красочные покрытия прошли испытания в аппарате искусственной погоды. Через 500 ч пленки не отличаются от исходных по цвету и гладкости.

Пример 3. Берут 1 кг сфенового концентрата, подвергают его сухому измельчению до крупности частиц менее 40 мкм (отсев на сите 0045 равно 0). К измельченному концентрату добавляют 300 г (30 мас.%) суспензии модификатора, которую получают путем введения нефелина в раствор фосфорной кислоты с концентрацией 10% по P₂O₅ до достижения pH 3,5, диспергируют смесь в течение 5,0 ч. Полученную пасту подвергают термообработке при 50^oC в течение 7 ч. Полученный продукт дезагрегируют, пигмент представляет собой порошок белого цвета с сероватым оттенком, белизна - 93 усл. ед., укрывистость - 110 г/м², маслоемкость - 16,8 г/100 г пигмента. На основе этого пигмента приготовлена водно-дисперсионная краска (связующее - акрилстирольный латекс). Красочное покрытие прошло испытания в аппарате искусственной погоды. Через 500 ч пленки не отличаются от исходных по цвету и гладкости.

Приведенные примеры свидетельствуют о том, что пигмент, полученный по предлагаемому способу обладает достаточно высокой степенью белизны (90-93 усл. ед. ), что позволяет отнести его к классификации белые пигменты, благодаря модифицированию поверхности повышается устойчивость краски к расслаиванию. Пигменты можно использовать в красках с органическим и водоразбавляемым связующим. Перечисленные преимущества достигаются благодаря выбранным параметрам способа.