Русский English
ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

Вступ

Пігментами називають забарвлені дисперсні речовини, нерозчинні в дисперсійних середовищах і здатні утворювати з пленкообразующими захисні, декоративні або декоративно-захисні покриття. Пігменти можуть бути неорганічними (солі або кислоти полівалентних металів) або органічними речовинами. Як пігментів застосовують також металеві порошки.

Неорганічні пігменти є компонентами багатьох матеріалів, використовуваних в самих різних галузях техніки, і виконують в них надзвичайно різноманітні функції. Органічні пігменти призначаються майже виключно для додання різних матеріалів певного кольорового тону.

На початку і особливо в середині ХХ століття розвиток структурних методів дослідження і вдосконалення технічних прийомів отримання одних і тих же пігментів поставили в порядок денний питання про зв'язок пігментних характеристик зі структурою дисперсних кристалічних тіл. І тут довелося визнати, що завданням пігментних виробництв є отримання не хімічних сполук, а технічних продуктів, часто змінного складу, з певною, оптимальної для кожного з різних призначень, мікро - і макроструктурою.Хімічний склад пігменту виявився, образно кажучи, лише будівельним матеріалом для створення тієї чи іншої структури пігментних частинок, оскільки саме структурні особливості визначають майже всі пігментні властивості. Фізико-хімічні дослідження в області пігментів отримали чільне першість перед чисто хімічними.

Одночасно з цим істотно розширилася і сфера технічного застосування пігментів. Майже жодне виробництво неметалевих конструкційних і декоративних матеріалів не може обійтися без їх використання.

1. Актуальність теми

Виробництво керамічних пігментів пов'язано зі значними матеріальними і енергетичними затратами. При їх синтезі переважно використовують технічно чиста сировина високої вартості, а випал пігментних шихти проводять при високих температурах, що негативно впливає на собівартість продукту.

Одним із шляхів зниження матеріальних і енергетичних витрат на виробництво керамічних пігментів, а також підвищення їх конкурентоспроможності є отримання таких барвників на основі різних промислових техноогенних відходів.

Однак, на сьогоднішній день в науково-технічній і патентній літературі відсутні дані по синтезу керамічних пігментів з використанням різних техногенних речовин, зокрема, гальванічного виробництва, шкіряного виробництва та інші, які за хімічним складом близькі до окремих видів сировинних матеріалів, традиційно використовують в пігментного технології.

У зв'язку з вище зазначеним, розробка нових складів керамічних пігментів зі зниженим матеріальними і енергетичними затратами за рахунок використання відпрацьованого кобальтового каталізатора, є актуальною науково-технічною задачею. Її рішення дозволить розробити науково обґрунтовані рекомендації щодо ефективного використання відпрацьованого кобальтового каталізатора в технології отримання керамічних пігментів. Впровадження результатів досліджень у виробництво може мати також важливе народногосподарське значення.

2. Мета і задачі дослідження

Метою дисертаційної роботи є розробка наукових основ технології отримання нових складів керамічних пігментів широкої колірної гами з використанням відпрацьованого кобальтового каталізатора.

Основні задачі дослідження:

  1. Проаналізувати дані науково-технічної і патентної літератури і провести обґрунтований вибір базової оксидной системи для синтезу нових складів керамічних пігментів з використанням відпрацьованого кобальтового каталізатора.
  2. Виконати комплексні фізико-хімічні дослідження промислового відпрацьованого кобальтового каталізатора.
  3. Встановити закономірності зміни забарвлення композицій в базовій системі з використанням для їх синтезу технічно чистої сировини і відпрацьованого кобальтового каталізатора при введенні різної кількості оксидів металів змінної валентності.
  4. Здійснити спрямований синтез практичних складів керамічних пігментів широкої колірної гами.
  5. Дослідити залежність оптико-колірних характеристик синтезованих керамічних пігментів і стеклопокритій від природи і кількісного співвідношення додатково введених оксидів металів змінної валентності в їх склади.
  6. Вивчити особливості протікання фізико-хімічних процесів, фазовий склад і структуру синтезованих керамічних пігментів, отриманих на основі відпрацьованого кобальтового каталізатора, а також встановити взаємозв'язок їх з колірними показниками.
  7. Показати можливі шляхи використання розроблених пігментів.

Об'єкт дослідження: технологічні процеси отримання керамічних пігментів на основі відпрацьованого кобальтового каталізаора.

Предмет дослідження: умови отримання і закономірності зміни властивостей керамічних пігментів на основі кобальтового каталізаора від їх хімічного складу.

В рамках магістерської роботи планується отримання актуальних наукових результатів по наступним напрямкам:

3. Пігменти на основі мінералу гранат

Керамічні пігменти можуть бути отримані на основі чистих оксидів або солей, а також на основі хімічних сполук з введенням в їх склад хромофоров, причому в останньому випадку пігменти отримують з більш стабільними властивостями і менш чутливими до коливань температурно-газового режиму при їх закріпленні. Одним з таких з'єднань є гранат.

Яскраво забарвлені природні гранати є великий клас силікатів, склади яких описуються загальною формулою R2+3R3+2(SiO4)3. Здесь R2+ — Ca2+, Mg2+, Fe2+, Mn2+, R3+, Al3+, Fe3+, Cr3+.

          Основні типи гранатів наведені в таблиці 1 [3].

Таблиця 1 - Склад і деякі властивості гранатів

Тип Склад Колiр
Пироп 3MgO•Al2O3•3SiO2 Темно-червоний
Альмандiн 3FeO•Al2O3•3SiO2 Червоний
Спессартiн 3MnO•Al2O3•3SiO2 Жовто-червоний
Андродiт 3CaO•Fe2O3•3SiO2 Буро-червоний
Гроссуляр 3CaO•Al2O3•3SiO2 Жовтий
Уваровiт 3CaO•Cr2O3•3SiO2 Зелений

Основою кристалічної структури гранатів служить кубічна елементарна осередок, яка містить вісім формальних одиниць складу, відповідного наведеною формулою. Кристалічна решітка гранатів - представлена ??каркасом з пов'язаних між собою Si-тетраедрів і Al-октаедрів, в порожнинах яких розташовуються іони R2+.

4. Експериментальна частина

У роботі розглянуті питання синтезу керамічних пігментів синього кольору на основі граната (3MgO • Al 2O 3 • 3SiO 2) з використанням в якості хромофора оксид кобальту (Cr +3 ).

У якості вихідних компонентів при синтезі граната використовується мінеральна сировина, яке містить оксиди MgO, Al2O3, SiO2.Спочатку в якості хромофора використовували чистий оксид хрому (Cr+3). Для полегшення синтезу в шихту як мінералізатора вводили добавку борної кислоти в кількості 2% понад 100%.

Сировинні матеріали піддавали тонкому подрібненню до повного проходження через сито 0063, зважували на аналітичних вагах відповідно до їх масовими частками в шихті. Змішування і спільний помел матеріалів виробляли в порцеляновій ступці.

Пігментну шихту обпалювали в лабораторній муфельній печі з карбідокремнієвих нагревачей.Среда при випалюванні - окислювальна, при кінцевій температурі випалу пігменти витримували 0,5 години. Обпалені пігменти представляють iз себе спеклi агрегати землистої структури синього кольору. Після сухого помелу керамічні пігменти розмелювали до проходу через сито 0056. Готові керамічні пігменти розфасували в поліетиленові пакетики для наочності кольору та якості пігментів.

На малюнках представлені пігменти де видно відмінності забарвлення при різних концентраціях оксиду кобальту.

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

При синтезі керамічних пігментів в системі гранат частково змінюються забарвлює оксидом оксиди магнію, алюмінію і діоксиду кремнію. В ході даної роботи для визначення області, в якій слід проводити дослідження синтезу пігментів оптимальних складів, були синтезовані пігменти із заміщенням певної кількості моль на кількість хромофорного оксиду.

Висновки

Проведені дослідження дозволили зробити висновки про те, що отримання керамічних пігментів на основі відходів металургійного виробництва є одним із шляхів їх утилізації. Важливим моментом також є і те, що при використанні техногенних продуктів відбувається здешевлення виробництва пігментів.

Магістерська робота ще не закінчена, ведуться подальші дослідження.

Перелік посилань

  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.