Патент на изобретение №2170240

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СИНЕГО УЛЬТРАМАРИНА

(57) Реферат:

Изобретение относится к технологии неорганических пигментов, в частности к способу получения ультрамарина, который имеет широкое применение в лакокрасочной промышленности в производстве строительных материалов. Сущность изобретения заключается в смешении компонентов шихты, мас.ч.: белая глина 10; карбонат натрия 6,5-7,6; сера 2,0-2,4, при этом используют восстановитель, который располагают над шихтой, а также в термообработке: шихту нагревают сначала до 200°С, затем поднимают в течение 1,5-2,0 ч температуру до 300°С с последующим нагревом до 680-720°С и выдержкой в течение 2,0-3,5 ч, охлаждением в печи до комнатной температуры и последующим отжигом при 580-620°С не менее 3 ч на воздухе. При этом глина имеет состав, мас.%: оксид алюминия 28-29, оксид кремния 58-59, остальное – примеси. Согласно изобретению повышается качество ультрамарина (его спектральные характеристики – яркость, насыщенность), а также удешевляется процесс в целом. 1 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к разработке неорганических красителей, а именно к технологии неорганических пигментов, в частности к способу получения ультрамарина, который имеет широкое применение в лакокрасочной промышленности и в производстве строительных материалов.

Большинство известных способов получения ультрамарина основано на термических окислительно-восстановительных реакциях. При использовании пигментов одним из важных качеств при выборе пигмента являются спектральные характеристики пигмента – яркость и насыщенность цвета, а при выборе способа учитывается еще и удешевление способа.

Так известен способ получения ультрамарина из шихты, включающий смешение исходных соединений и восстановителя, предварительную термообработку, отжиг и последующее окисление и охлаждение (авторское свидетельство 787441, РФ. Мкл. С 09 С 1/32, опубл. БИ 46, 1980). Однако по этому способу термообработка ведется при высоких температурах и в составе шихты используют большое количество серы, что удорожает способ. Кроме того, необходима предварительная термообработка шихты.

Известен способ получения ультрамарина, по которому проводят смешение исходных соединений и восстановителя, затем ведут термообработку при различных температурах и определенных временных выдержках (авт. свид. 1638147, РФ. Мкл. С 09 С 1/32, опубл. БИ 12, 1991). В этом способе используется относительно большое количество серы, что удорожает процесс, кроме того, восстановитель – сажа вводится в состав шихты, что может сказаться на спектральных характеристиках цвета, если выгорание сажи происходит недостаточно полно.

Наиболее близким к заявленному способу является способ, по которому смешивают исходные соединения шихты: белой глины, карбоната натрия, серы, кремнезема в виде инфузорной земли и восстановителя-пека, затем проводят термообработку при различных температурах и определенных временах выдержек (Е. Ф.Беленький, И.В.Рискин. Химия и технология пигментов, Л.О., Химия, 1974, с. 504-517). В способе используют относительно большое количество серы в 4-5 раз больше, чем в заявленном способе, что удорожает процесс. Восстановитель вводят в состав шихты, кроме того, в шихту вводят дополнительно кремнезем, после проведения процесса ультрамарина необходима отмывка полученного продукта от не окисленных примесей. Все это сказывается на качестве ультрамарина, его спектральных характеристиках и, в целом, удорожает его получение.

Задачей изобретения является создание способа, позволяющего удешевить способ и повысить качество ультрамарина (его спектральные характеристики – яркость, насыщенность).

Поставленная задача решается тем, что в способе получения синего ультрамарина соотношение компонентов шихты составляет в мас.ч.: глина 10,0; карбонат натрия 6,5-7,6; сера 2,0-2,4, восстановитель располагают над шихтой, затем шихту нагревают до 200^oC и в течение 1,5-2,0 часов поднимают температуру до 300^oC с последующим нагревом до 680-720^oC и выдержкой в течение 2,0-3,5 часов, охлаждают до комнатной температуры, а затем полученный продукт отжигают при 580-620^oC не менее 3 часов на воздухе, белая глина имеет состав (мас.%): Al₂O₃ – 28-29, SiO₂ – 58-59 и остальное – примеси.

Отличительными признаками способа являются количественный состав шихты, расположение восстановителя над шихтой, режимы термообработки и временные выдержки.

Количественный состав шихты является оптимальным и определен экспериментально. Использование белой глины позволяет улучшить спектральные характеристики пигмента. Содержание глины в шихте зависит от ее состава и определено экспериментально. Состав используемой глины также определен экспериментально. В заявленном способе восстановитель не вводят в шихту, а располагают над шихтой, что позволяет уменьшить содержание серы в шихте в 4-5 раз по сравнению с прототипом. Исключение восстановителя из состава шихты позволяет улучшить качество пигмента (его спектральные характеристики), а его расположение над шихтой служит защитой продукта от окислительной атмосферы. В качестве восстановителя можно взять любой известный восстановитель, наиболее предпочтителен – кокс, уголь как наиболее распространенные.

Температурные режимы и времена выдержек выбраны на основании химического взаимодействия компонентов шихты, при нагревании до 200^oC и подъеме температуры до 300^oC в течение 1,5-2,0 часов происходит завершение образования сульфида и полисульфидов натрия, при последующем нагреве до 680-720^oC происходит собственно образование ультрамарина. Выдержка при заданной температуре в течение 2-3,5 часов является достаточной для завершения образования ультрамарина. Более высокие температуры и длительные времена отжига для выгорания избыточной серы в продуктах взаимодействия не требуются, что имеет место в способе – прототипе, где имеется большой избыток серы и восстановитель – пек входит в состав шихты. Отжиг при 580-620^oC необходим для улучшения цвета ультрамарина, что, вероятно, связано с упорядочением его структуры, время отжига определено экспериментально. Кроме того, отжиг позволяет убрать операцию промывки готового продукта водой.

Цветовые параметры ультрамарина: светлота L, насыщенность С и тон цвета H (A.D.Sule, The L a b system of specification of color, Colourage. 1992, N 9, p. 23) рассчитаны по специальной программе из данных спектров диффузного отражения.

Таким образом заявленный способ позволяет удешевить процесс получения ультрамарина за счет снижения содержания серы в 4-5 раз по сравнению с прототипом, уменьшения количества компонентов в шихте за счет того, что соотношение компонентов в глине позволяет исключить добавку кремнезема, снизить затраты за счет снижения температур и позволяет получить ультрамарин высокого качества по спектральным характеристикам за счет оптимального состава, режимов и расположения восстановителя.

Промышленная применимость иллюстрируется примерами.

Пример 1. Природную глину, месторождения Новосибирской области, предварительно измельчают, промывают водой и сушат. Затем берут 10 г сухой глины, 7,5 г карбоната натрия, 2 г серы смешивают, растирают, помещают в тигель и сверху шихту засыпают углем. Тигель помещают в муфельную печь, нагревают до 200^oC, затем поднимают температуру до 300^oC в течение 1,5 часов, затем нагревают до 720^oC и выдерживают 2 часа, охлаждают до комнатной температуры, затем продукт отжигают при 590^oC в течение 3 часов. Продукт измельчают. Полученный продукт имеет яркую окраску синего цвета с цветовыми параметрами: L=52,22; С=37,11; H=244.

Пример 2. Предварительная обработка глины аналогична, как в примере 1, но глины берут 40 г, карбоната натрия 26 г, серы 8 г, смешивают, загружают в фарфоровый тигель, засыпают коксом и помещают в муфельную печь, нагревают от 200 до 300^oC в течение 2 часов, затем нагревают до 690^oC и выдерживают в течение 3,5 часов и охлаждают до комнатной температуры. Конечный продукт отжигают при 610^oC в течение 5 часов, охлаждают. Полученный продукт измельчают. Продукт имеет яркий синий цвет. Цветовые характеристики: L=48,32; С= 32,80; H=236.

Формула изобретения

1. Способ получения синего ультрамарина из белой глины, карбоната натрия, серы и восстановителя, включающий смешение компонентов, термическую обработку, отличающийся тем, что соотношение компонентов шихты составляет, мас.ч.:
Глина – 10,0
Карбонат натрия – 6,5 – 7,6
Сера – 2,0 – 2,4
а восстановитель располагают над шихтой, затем шихту нагревают до 200°С и в течение 1,5 – 2,0 ч поднимают температуру до 300°С с последующим нагревом до 680 – 720°С и выдержкой в течение 2,0 – 3,5 ч, охлаждают до комнатной температуры, а затем полученный продукт отжигают при 580 – 620°С не менее 3 ч на воздухе.

2. Способ получения по п.1, отличающийся тем, что белая глина имеет состав, мас.%:
Оксид алюминия – 28 – 29
Оксид кремния – 58 – 59
Остальное – Примеси