способ получения кордиеритовых керамических пигментов

Формула изобретения

Способ получения керамических пигментов, включающий обработку минеральной шихты растворами солей металлов 3d подгруппы с концентрацией иона-хромофора 4,0-15,6 г-ион/100 г раствора в соответствии с объемными соотношениями «порошок минерала: раствор хромофора» 1:1-1:4, отделение осадка, сушку, обжиг, отличающийся тем, что для изготовления пигмента кордиеритового состава в качестве шихты используют смесь талька, каолина и технического глинозема, обеспечивающую стехиометрический состав кордиерита, обработку шихты растворами солей металлов осуществляют кипячением в течение 30-60 мин, осадок обжигают при 1100-1200°С.

Описание изобретения к патенту

Область использования предлагаемого изобретения - керамическое производство, получение термостойких керамических пигментов.

Известны марганецсодержащие керамические пигменты кордиеритового состава, синтезированные путем последовательного эквимолекулярного замещения MgO в составе кордиерита на MnO (Черепанина Л.И., Пырков В.П., Глебычева А.И., Визир Л.А., Денисов А.Н. Марганецсодержащие пигменты кордиеритового типа. /Стекло и керамика. 1985.- №6. - С.22-23). В качестве исходных материалов использовали оксиды MgO, Al₂O₃, MnO ₂, SiO₂. Температура обжига пигментов 1300-1320°С. В окраске пигментов преобладают пастельные тона от розовато-бежевого до бежевого с коричневым оттенком. Недостатком данного способа можно считать высокую температуру синтеза и нестабильность окраски при различной концентрации MnO ₂ в шихте.

Согласно другому способу получения неорганических пигментов [Авторское свидетельство СССР №1353787, кл. С09С 1/02, 1987] природный диоксид подвергают кипячению в 25-50%-ном растворе соли окрашивающего металла при 90-120°С в течение 15-60 мин. После этого суспензию фильтруют, осадок переносят в керамическую емкость и сушат при 120-180°С до постоянной массы. Недостатком приведенного способа получения пигментов является то, что окрашивание происходит в поверхностном слое зерен минерала, поэтому полученные пигменты при обжиге, в основном, теряют окраску. По этой причине данные пигменты рекомендованы как неорганические.

Прототипом предлагаемого изобретения является способ получения минеральных керамических пигментов [RU 2255911, кл. С03С 1/04, опубл. 10.07.2005], включающий обработку шихты растворами солей металлов 3-d подгруппы с концентрацией иона-хромофора 4.0-15.6 г-ион/100 г раствора в соответствии с объемными соотношениями порошок минерала:раствор хромофора 1:1-1:4, отделение осадка, сушку, обжиг при температуре 950-1100°С. Недостатком прототипа является то, что обработке подвергается шихта, в состав которой входит минерал из группы диопсид, волластонит, тремолит и цеолит, а также раствор хромофора. Данный способ можно усовершенствовать, если подвергать обработке шихту, содержащую исходные сырьевые материалы для синтеза кристаллической структуры пигмента, а также хромофор.

Задачей предлагаемого изобретения является получение кордиеритовых керамических пигментов с применением стадии кипячения шихты (смеси талька, каолина, глинозема, обеспечивающей стехиометрический состав кордиерита) в растворе окрашивающих солей, для повышения яркости пигментов. Преимущество данного способа заключается в том, что кипячение шихты обеспечивает более равномерное распределение окрашивающей соли по объему смеси минеральных порошков перед синтезом, что облегчает процесс встраивания красящих ионов в кристаллическую структуру кордиерита во время обжига и позволяет повысить яркость пигментов. В таблице 1 представлен химический состав используемого сырья.

Смесь талька, каолина и глинозема измельчают до остатка на сите №0063 не более 2%. Растворы солей хромофоров готовят из расчета, чтобы концентрация ионов-хромофоров соответствовала предельной растворимости, что составляет от 4.0 до 15.6 г-ион/100 г раствора в зависимости от вида соли. Содержание ионов-хромофоров в растворах солей показано в таблице 2.

Порошок шихты заливают раствором соли в объемном соотношении 1:4 затем кипятят в течение 30-60 мин. После этого суспензию фильтруют, осадок сушат при 120-180°С до постоянной массы. Обжиг проводят при температурах 1100-1200°С.

В соотношении порошка шихты и раствора хромофора повышение объемной доли раствора больше 4 неэффективно, поскольку не улучшает окраску и ведет к перерасходу сырьевых материалов; понижение объемной доли раствора хромофора меньше 1 не обеспечивает должной концентрации красящего иона в смеси.

Уменьшение длительности кипячения менее 30 минут не обеспечивает достаточно полного распределения ионов-хромофоров по объему минеральной шихты, кипячение более 60 минут нецелесообразно.

Температура обжига пигментов ниже 1100°С не обеспечивает формирования кордиеритовой структуры пигментов. При температуре 1200°С кристаллическая структура кордиерита формируется полностью и дальнейшее повышение температуры нецелесообразно. Полученные пигменты опробовали в качестве подглазурных красок для декорирования майоликовых изделий.

Пример

Для приготовления раствора берут 26.58 г соли FeSO₄·7H ₂O на 100 мл воды (исходя из предельной растворимости соли). Концентрация Fe²⁺ в полученном растворе составляет 4.23 г-ион/100 г раствора. В коническую колбу загружают шихту, содержащую тальк Онотского месторождения 39.5 мас.%, каолин Просяновского месторождения 47.1 мас.%, глинозем технический 13.4 мас.% и приготовленный раствор в объемном соотношении 1:4 (твердое вещество:жидкость). Производят кипячение в течение 1 часа. Жидкость отфильтровывают, осадок высушивают и обжигают при температуре 1200°С. Полученный спек измельчают до прохождения через сито №0063 (10000 отв./см²). Пигмент наносят на обожженное изделие, которое затем глазуруют и повторно обжигают при температуре 1050°С. Полученный пигмент обладает следующими свойствами: цвет - ярко-кирпичный, доминирующая длина волны 615 нм, чистота тона 63%. Цветовые характеристики пигментов представлены в таблице 4. Примеры получения пигментов предлагаемым способом приведены в таблице 3.

Полученные пигменты имеют ярко-синюю, бежевую, песочную, зеленую, красно-коричневую окраску. Они устойчивы к действию высоких температур и расплавленной глазури и могут использоваться для получения подглазурных, надглазурных красок, окрашивания керамических масс и глазурей.

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОРДИЕРИТОВЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ ПИГМЕНТОВ

Таблица 1
Сырье	Содержание компонентов, мас.%							mпрк, %
	SiO2	Al 2O3	Fe 2O3	СаО	MgO	TiO 2	R2O
Онотский тальк	61.27	0.61	0.41	0.50	32.23	-	-	4.98
Просяновский каолин	46.73	37.43	0.72	0.71	0.65	0.47	0.18	13.12
Глинозем технический, Гoo	0.02	98.73	0.03	-	-	0.01	0.4	0.8

Таблица 2
Fe2+	Со 2+	Cr3+	Mn2+	Cu2+
4.0-4.2	4.0-10.0	4.0-9.2	4.0-8.8	4.0-15.6

Таблица 3
Шихта, мас.%	Вид красящего иона	Содержание ионов-хромофоров в растворах солей, г-ион/100 г раствора	Тобж, °С
	Со2+	9.0	1200
Тальк - 39.5	Cr3+	5.0	1200
Каолин - 47.1	Mn2+	8.0	1100
Al 2O3 - 13.4	Cu 2+	13.0	1100
	Fe 2+	4.0	1100

Таблица 4
Пигмент	Координаты цветности		Длина волны, нм,	Чистота тона, Р,%	Цвет пигментов
	X	Y
Тобж=1100°С
КП1 - Mn	0.37	0.34	600	13	кофейный
КП2 - Cu	0.43	0.35	596	36	песочный
КП3-Fe	0.55	0.35	615	63	ярко-кирпичный
Тобж=1200°С
КП4 - Cr	0.34	0.48	557	62	травянисто-зеленый
КП5 - Со	0.19	0.20	478	35	ярко-синий