Сырьевые материалы

Для изготовления керамических пигментов в качестве основных сырьевых материалов применяют соли и оксиды переходных металлов, редкоземельных элементов, а также алюминия, цинка, циркония, олова, магния, кальция, кремния и др. Основное требование к исходным материалам — высокая степень чистоты. В последние годы в качестве сырьевых материалов стали использоваться каолины, перлиты, полевые шпаты и другие горные породы.

Наиболее часто при изготовлении пигментов используют соединения хрома. Так, основным компонентом при синтезе пигментов зеленого цветов служит оксид хрома Сr₂О₃. Это порошок оливкового или травянисто-зеленого цвета, который не растворяется в кислотах и щелочах, обладает высокой свето- и термостойкостью.

Оксид хрома получают из калиевого хромпика путем восстановления его бурой„ углем или хлоридом аммония в результате прокаливания при температуре около 1300^o.

Реакции восстановления хромпика углем и серой можно представить следующими уравнениями:

К₂Сr₂О₇ + 2С =Сr₂О₃ + К₂СО₃ + СО;

K₂Cr₂0₇ + S = Cr₂О₃ + K₂SО₄.

Наиболее эффективным восстановителем является сера. К другим соединениям хрома, которые могут быть использованы в производстве керамических пигментов, относятся нитрат хрома – соль черного цвета, легко растворимая в воде, и сульфат хрома – соль зеленого цвета, тоже растворимая в воде. Из природных соединений хрома следует отметить хромистый железняк – минерал буровато-черного цвета, содержащий примеси оксидов кальция, магния, алюминия, кремния.

В качестве исходных сырьевых материалов для производства железосодержащих пигментов используют оксид железа Fe₂О₃, который получают в результате прокаливания солей железа.

Термостойкие пигменты получают при использовании в качестве хромофора соединения кобальта. Наиболее часто вводят хромофор — оксид кобальта CoO, который способен в присутствии кислорода окисляться в Со₂О₃.

Из других соединений кобальта представляют интерес его соли, легко растворимые в воде: нитрат кобальта – красно-бурого цвета, борид кобальта – красного или красно-фиолетового.

В отличие от СоО оксид никеля NiO устойчив к высоким температурам, растворяется в аммиаке и концентрированных минеральных кислотах. Оксид никеля Ni₂О₃ при нагревании теряет часть кислорода и переходит в Ni₂О₄.

В изготовлении керамических пигментов принимают участие соединения марганца, такие, как природный минерал под названием пиролюзит МnО, при тонком измельчении его цвет изменяется: из серо-стального он переходит в черный цвет.

Соединения меди Сu₂О и СuО, которые находят применение при производстве красок,— порошки ярко-красного и черного цветов, нерастворимые в воде.

Основным компонентом для получения многих пигментов служит глинозем А1₂О₃ - порошок белого цвета. Благодаря его присутствию в пигментее возрастает их устойчивость к действию температур и расплавов глазурей. Источником А1₂О₃ могут служить не только глинозем, но также каолин, полевые шпаты, анортит, глина и другие алюмосиликаты.

Оксид цинка ZnO так же, как А1₂О₃, относится к амфотерным оксидам. Оксид цинка ZnO используют непосредственно для изготовления белого пигмента — цинковых белил, которые получают из металлического цинка или цинковых руд при обжиге.

В качестве минерализаторов при производстве керамических пигментов используют буру и борную кислоту. Бура (Na₂B₄О₇•10Н₂О) - кристаллическое вещество, легко растворимое в воде. При 400^oС она полностью теряет воду, при 741^oС плавится и растворяет оксиды металлов.

Борная кислота Н₃ВО₃ — слаборастворимое в воде соединение. При нагревании разлагается на воду и борный ангидрид, который плавится при температуре 675^oС.

Технология получения керамических пигментов

Технологический процесс изготовления пигментов состоит из нескольких стадий.

1. Приготовление шихты.

Сырье со склада поступает в цех, где растаривается и подготавливается к шихтованию. Дозирование компонентов производят весовым методом. Каждый компонент шихты, согласно рецептуре, отдельно взвешивают на платформенных весах и высыпают в кюбель.

Шихту для пигментов можно подготавливать двумя способами: сухим и мокрым. Согласно сухому способу, сырьевые материалы в соответствии с рецептурой загружают в шаровую мельницу и измельчают при соотношении материала и мелющих тел, равном 1:3, продолжительность помола 2 ч.

При мокром способе приготовления шихты исходные компоненты взвешивают и загружают в шаровую мельницу, футерованную уралитовой клепкой. В качестве мелющих тел используют уралитовые шары. Помол шихты осуществляют до строго контролируемой дисперсности частиц. Полученную суспензию сливают из мельницы в дежу, которая транспортируется в сушилку.

2. Сушка шихты.

Ее производят при температуре 90...130^oС в камерных сушилках, оборудованных этажерными вагонетками. Противни с шихтой ставят на этажерки вагонеток и помещают в камерные сушилки. Продолжительность сушки 24...48 ч, в зависимости от температуры теплоносителя, влажности суспензии и дисперсности шихты. Остаточная влажность шихты до¬пускается не более 0,5 %. В процессе сушки шихта самопроизвольно цементируется с образованием плотных кусков. Сухую шихту выгружают из емкости и транспортируют на участок сухого помола к коллоидным мельницам. После помола шихту через шнековое устройство выгружают из накопительного бункера в картонные барабаны и транспортируют на участок обработки.

Некоторые пигменты подвергают обработке растворимыми солями хлорида кальция и бихромата калия, для чего используют их насыщенные растворы. Шихту смачивают приготовленным горячим раствором при постоянном перемешивании до равномерного увлажнения всей массы. Обработанную шихту протирают через сито и транспортируют на участок засыпки в капсели.

3. Обжиг пигментов.

Он производится в печах с выкатным подом или горнах при температуре 900...1400^oС. После обжига печь охлаждается естественным путем в течение 24...48 ч. Затем из нее извлекаются капсели с пигментом. После выгрузки пигмент направляется на участок мокрого помола, загрузочное отверстие шаровой мельницы вставляется воронка, через которую высыпается пигмент и затем добавляется вода. Соотношение в мельнице пигмент : шары : вода составляет 1:1:0,8. Продолжительность помола в зависимости от твердости спека пигментов колеблется в пределах 6...48 ч.

Дисперсность измельченного продукта контролируют по остатку на сите 0056. После этого суспензия транспортируется к центрифугам для удаления из нее не прореагировавших в процессе обжига растворимых в воде соедине¬ний. Суспензию пигмента закачивают в центрифугу и промывают горячей водой (70...80^oС) в течение 2...5 ч до отрицательной реакции на наличие растворимых солей. Из промытого пигмента отжимают воду, выгружают через нижнее выгрузочное отверстие, центрифугируют и подготовленный продукт направляют к сушилкам.

Сушку пигментов производят в противнях, которые устанавливаются на полках вагонеток. Вагонетки помещают в камерные сушилки. Продолжитель¬ность сушки составляет 30...48 ч. Остаточная влажность пигмента после сушки должна быть не более 0,1 %. После сушки пигмент выгружают в кюбели и транспортируют на участок сухого помола.

Пигменты в кюбелях поднимают на загрузочную площадку коллоидных мельниц с помощью электротельфера и выгружают в бункеры. Из бункеров пигменты через питающее устройство поступают на помол в коллоидные мельницы, при этом для каждой цветовой группы пигментов используется отдельная мельница.