Українська   English
ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

Пигментами называют окрашенные дисперсные вещества, нерастворимые в дисперсионных средах и способные образовывать с пленкообразующими защитные, декоративные или декоративно-защитные покрытия. Пигменты могут быть неорганическими (соли или кислоты поливалентных металлов) или органическими веществами. В качестве пигментов применяют также металлические порошки.[1]

Неорганические пигменты являются компонентами многих материалов, используемых в самых различных отраслях техники, и выполняют в них чрезвычайно разнообразные функции. Органические пигменты предназначаются почти исключительно для придания различным материалам определенного цветного тона.[2-3]

В начале и особенно в середине ХХ века развитие структурных методов исследования и совершенствования технических приемов получения одних и тех же пигментов поставили в повестку дня вопрос о связи пигментных характеристик со структурой дисперсных кристаллических тел. И тут пришлось признать, что задачей пигментных производств является получение не химических соединений, а технических продуктов, часто переменного состава, с определенной, оптимальной для каждого из различных назначений, микро - и макроструктурой. Химический состав пигмента оказался, образно говоря, лишь строительным материалом для создания той или иной структуры пигментных частиц, поскольку именно структурные особенности определяют почти все пигментные свойства. Физико-химические исследования в области пигментов получили главенствующее первенство перед чисто химическими.[4]

Одновременно с этим существенно расширилась и сфера технического применения пигментов. Почти ни одно производство неметаллических конструкционных и декоративных материалов не может обойтись без их использования.[4]

1. Актуальность темы

Производство керамических пигментов связано со значительными материальными и энергетическими затратами. При их синтезе преимущественно используют технически чистое сырье высокой стоимости, а обжиг пигментных шихты проводят при высоких температурах, что негативно влияет на себестоимость продукта.

Одним из путей снижения материальных и энергетических затрат на производство керамических пигментов, а также повышение их конкурентоспособности является получение таких красителей на основе различных промышленных техноогенных отходов.

Однако, на сегодняшний день в научно-технической и патентной литературе отсутствуют данные по синтезу керамических пигментов с использованием различных техногенных веществ, в частности, гальванического производства, кожевенного производства и другие, которые по химическому составу близки к отдельным видам сырьевых материалов, традиционно используют в пигментной технологии.

В связи с выше указанным, разработка новых составов керамических пигментов со сниженным материальными и энергетическими затратами за счет использования отработанного кобальтового катализатора, является актуальной научно-технической задачей. Ее решение позволит разработать научно обоснованные рекомендации по эффективному использованию отработаного кобальтового катализатора в технологии получения керамических пигментов. Внедрение результатов исследований в производство может иметь также важное народнохозяйственное значение.

2. Цель и задачи исследования

Целью диссертационной работы является разработка научных основ технологии получения новых составов керамических пигментов широкой цветовой гаммы с использованием отработанного кобальтового катализатора.

Основные задачи исследования:

  1. Проанализировать данные научно-технической и патентной литературы и провести обоснованный выбор базовой оксидной системы для синтеза новых составов керамических пигментов с использованием отработанного кобальтового катализатора.
  2. Выполнить комплексные физико-химические исследования промышленного отработанного кобальтового катализатора.
  3. Установить закономерности изменения окраски композиций в базовой системе с использованием для их синтеза технически чистого сырья и отработанного кобальтового катализатора при введении различного количества оксидов металлов переменной валентности.
  4. Осуществить направленный синтез практических составов керамических пигментов широкой цветовой гаммы.
  5. Исследовать зависимость оптико-цветовых характеристик синтезированных керамических пигментов и стеклопокрытий от природы и количественного соотношения дополнительно введенных оксидов металлов переменной валентности в их составы.
  6. Изучить особенности протекания физико-химических процессов, фазовый состав и структуру синтезированных керамических пигментов, полученных на основе отработанного кобальтового катализатора, а также установить взаимосвязь их с цветовыми показателями.
  7. Показать возможные пути использования разработанных пигментов.

Объект исследования: технологические процессы получения керамических пигментов на основе отработанного кобальтового катализаора.

Предмет исследования: условия получения и закономерности изменения свойств керамических пигментов на основе кобальтового катализаора от их химического состава.

3. Пигменты на основе минерала гранат

Керамические пигменты могут быть получены на основе чистых оксидов или солей, а также на основе химических соединений с введением в их состав хромофоров, причем в последнем случае пигменты получают с более стабильными свойствами и менее чувствительными к колебаниям температурно-газового режима при их закреплении. Одним из таких соединений является гранат.[5]

Ярко окрашенные природные гранаты представляют собой обширный класс силикатов, составы которых описываются общей формулой R2+3R3+2(SiO4)3. Здесь R2+ — Ca2+, Mg2+, Fe2+, Mn2+, R3+, Al3+, Fe3+, Cr3+.

          Основные типы гранатов приведены в таблице 1 [3].

Таблица 1 — Состав и некоторые свойства гранатов

Тип Состав Цвет
Пироп 3MgO•Al2O3•3SiO2 Темно-красный
Альмандин 3FeO•Al2O3•3SiO2 Красный
Спессартин 3MnO•Al2O3•3SiO2 Желто-красный
Андродит 3CaO•Fe2O3•3SiO2 Буро-красный
Гроссуляр 3CaO•Al2O3•3SiO2 Желтый
Уваровит 3CaO•Cr2O3•3SiO2 Зеленый

Основой кристаллической структуры гранатов служит кубическая элементарная ячейка, которая содержит восемь формальных единиц состава, соответствующего приведенной формуле. Кристаллическая решетка гранатов — объемноцентрированная, представленная каркасом из связанных между собой Si-тетраэдров и Al-октаэдров, в пустотах которых располагаются ионы R2+.
[6]

4. Экспериментальная часть

В работе рассмотрены вопросы синтеза керамических пигментов синего цвета на основе граната (3MgO•Al2O3•3SiO2 ) с использованием в качестве хромофора оксид кобальта (Cr+3).

В качестве исходных компонентов при синтезе граната используется минеральное сырьё, которое содержит оксиды MgO, Al2O3, SiO2. Первоначально в качестве хромофора использовали чистый оксид хрома (Cr+3). Для облегчения синтеза в шихту в качестве минерализатора вводили добавку борной кислоты в количестве 2% сверх 100%.

Сырьевые материалы подвергали тонкому измельчению до полного прохождения через сито 0063, взвешивали на аналитических весах в соответствии с их массовыми долями в шихте. Смешивание и совместный помол материалов производили в фарфоровой ступке.

Пигментную шихту обжигали в лабораторной муфельной печи с карбидокремниевыми нагревателями.Среда при обжиге - окислительная, при конечной температуре обжига пигменты выдерживали 0,5 часа. Обожженные пигменты представляют собой спекшиеся агрегаты землистой структуры синего цвета. После сухого помола керамические пигменты размалывали до прохода через сито 0056. Готовые керамические пигменты расфасовали в полиэтиленовые пакетики для наглядности цвета и качества пигментов.

На рисунках представлены пигменты где видны различия окраски при различных концентрациях оксида кобальта.

При замене 0,1 моль MgO на 0,1 моль Co2O3 При замене 0,2 моль MgO на 0,2 моль Co2O3 При замене 0,3 моль MgO на 0,3 моль Co2O3
При замене 0,4 моль MgO на 0,4 моль Co2O3 При замене 0,5 моль MgO на 0,5 моль Co2O3 При замене 0,6 моль MgO на 0,6 моль Co2O3

При синтезе керамических пигментов в системе гранат частично замещаются окрашивающим оксидом оксиды магния, алюминия и диоксида кремния. В ходе данной работы для определения области, в которой следует проводить исследования синтеза пигментов оптимальных составов, были синтезированы пигменты с замещением определенного количества моль на количество хромофорного оксида.

[7]

Анимация - Производство керамических пигментов

Рисунок 1 - Производство керамических пигментов

Выводы

Проведенные исследования позволили сделать выводы о том, что получение керамических пигментов на основе отходов металургического производства является одним из путей их утилизации. Важным моментом также является и то, что при использовании техногенных продуктов происходит удешевление производства пигментов.

Магистерская работа еще не окончена, ведутся дальнейшие исследования.

Перечень ссылок

  1. Керамические пигменты / И.В Пищ, Г.Н Масленникова. — Минск: Высшая школа, 1987. — 132 с.
  2. Химия и технология пигментов. / И.В. Беленький и др.— Ленинград: Государственное Научно — Техническое издательство химической литературы, 1960. — 756 с.
  3. Беленький И.В. и др. Химия и технология пигментов. - Ленинград: Государственное Научно - Техническое издательство химической литературы, 1960. - 756с.
  4. Туманов, С.Г. Синтез керамических красок/ Физико – химические основы керамики. – М.: Промстройиздат, 1956. – 237с.
  5. Красочные пигменты / Г.Вагнер; Под ред. Е.Ф. Беленького, Е.С. Тихонова, Н.А. Толмачева. — Л.: Высшая школа, 1935.
  6. Пигменты (Введение в физическую химию пигментов)/ Под ред. Д.Паттерсона. – Ленинград: Химия, 1971. – 176с.
  7. Будников, П.П. Химическая технология керамики и огнеупоров. – М.: Издательство литературы по строительству, 1972. – 552с.