Источник: Охорона навколишнього середовища та раціональне використання природних ресурсів / Збірка доповідей ХХ Всеукраїнській науковій конференції аспірантів і студентів.Т.1 — Донецьк: ДонНТУ, 2010, с. 48-49.
Керамические красители следует рассматривать как ветвь минеральных красителей, результаты исследования и синтеза которых могут представлять интерес не только для декорирования фарфоро - фаянсовых изделий, но и для всей лакокрасочной промышленности. Керамические краски применяются не только в производстве керамики, но и в стеклоделии, эмалировочной промышленности и при окраске пластмасс.
Керамические пигменты могут быть синтезированы на основе многих соединений, с использованием в качестве хромофоров оксидов переходных и редкоземельных элементов. Для обеспечения стабильности свойств в настоящее время керамические красители производят из синтетических неорганических материалов. Для различных видов керамики, например художественной, могут применяться очень дорогостоящие пигменты, которые нецелесообразно применять в массовом производстве. Себестоимость керамической краски определяется в первую очередь стоимостью сырьевых материалов, особенно красящих оксидов. Следовательно, необходимы исследования в области технологии керамических пигментов, цель которых - максимальное упрощение и удешевление технологии производства. В настоящее время синтез керамических пигментов производится на основе кристаллических соединений, обладающих стойкостью к воздействию агрессивных сред и высоких температур, растворяющему действию глазурей и флюсов.
В работе рассмотрены вопросы синтеза керамических пигментов зеленого цвета на основе граната (3CaO*Al2O3*3SiO2) с использованием в качестве хромофора оксида хрома (Cr+3).
Оксид хрома по степени влияния на организм человека согласно ГОСТу 12.1.007 принадлежит к веществам 3-го класса опасности . Согласно ГОСТу 12.1.005 предельно допустимая концентрация в воздухе рабочей зоны – 1 мг/м3 .
Cr2O3 вызывает хроническую интоксикацию органов дыхания, желудочно-кишечного тракта и кожи. Оксид хрома имеет мутагенные, концерогенные и алергенные свойства.
Так как чистый оксид хрома является дорогостоящим материалом, изучалась возможность использования его для получения керамических пигментов из отходов гальванического производства. Количество этих отходов значительное, а их утилизация вызывает определенные трудности, так как они весьма опасны для окружающей среды.
В настоящее время гальванические производства имеют практически все предприятия машиностроительной, электротехнической и других отраслей промышленности Украины (всего около 2000). Переработка гальванических шламов для предприятий обременительна, поэтому они после нейтрализации (перевода в менее растворимые соеденения) направляются на захоронение. Однако, это не решает проблемы сохранения окружающей среды, поскольку и после нейтрализации шламы являются в той или иной степени токсичными.
В шламохранилищах предприятий Украины складировано несколько миллионов тонн этих отходов. Накопление гальваношламов в отвалах занимает полезные площади и приводит к загрязнению водоемов, связанному с просачиванием в водоносные горизонты земной поверхности. Попадание ионов тяжелых металлов (никеля, хрома, кадмия, цинка, меди, олова и других) в почву и воду вызывает антропогенные геохимические аномалии в атмосфере, гидросфере, приводит к ослаблению жизнедеятельности почвенных бактерий, определяющих плодородие почвы, оказывает вредное воздействие на живые организмы растительного и животного мира.
При выполнении данной работы был осуществлён синтез керамических пигментов на основе граната ( 3CaO*Al2O3*3SiO2). Для этого использовали следующие сырьевые материалы: SiO2 вводился в виде песка, Al2O3 – в виде технического глинозема, CaCO3 – в виде мела и красящий оксид Cr2O3. В шихту для получения пигмента в качестве минерализатора вводили добавку борной кислоты в количестве 2% сверх 100%, поскольку оксид бора не только снижает температуру синтеза пигмента, но и оказывает положительное влияние на хромофорные свойства пигментов, повышает чистоту цвета и интенсивность окраски. Первоначально, для установления количества хромофора и температуры обжига, Cr2O3 вводился в виде оксида.
Сырьевые материалы подвергались тонкому измельчению до полного прохождения через сито 0063. Фракции, прошедшие через сито 0063 взвешивались на аналитических весах в соответствии с их массовыми долями в шихте. Смешивание и совместный помол материалов производились в фарфоровой ступке. Обжиг пигментной шихты осуществлялся в лабораторной муфельной печи с карбидкремниевыми нагревателями, при температуре 1050...1150°С. пигменты обжигали в фарфоровых лодочках. Среда при обжиге - окислительная, при конечной температуре обжига пигменты выдерживались 0,5 часа. Обожжённые пигменты представляют собой спёкшиеся агрегаты с землистой структурой зеленоватого цвета, интенсивность окраски которых зависит от концентрации Cr2O3.
Оптимальная температура синтеза пигментов на основе граната с добавлением в качестве хромофора чистого Cr2O3 лежит в пределах 1050…1100°С.
Затем по той же методике были изготовлены пигменты, но уже с использованием гальванического шлама, который предварительно высушивался при температуре 100 – 120°С до остаточной влажности 0,5 – 1 %.
Были получены пигменты болотно-зеленого цвета, причем с увеличением количества гальванического шлама интенсивность окраски возрастает.
Из полученных пигментов (как на основе чистого Cr2O3, так и с применением гальванических шламов) готовили керамические краски, которые наносили на глазурованные керамические образцы и обжигались в муфельной электрической печи в интервале температур 850 – 900 °С. В результате были получены покрытия желто-зеленого цвета с нарастающей интенсивностью по мере увеличения концентрации хромофора.
Проведенные исследования позволили сделать выводы о том, что получение пигментов на основе шламов гальванических производств является одним из путей утилизации этих отходов. Важным моментом также является и то, что при использовании техногенных продуктов происходит удешевление производства пигментов.