Керамические пигменты на основе системы RO-Al2O3-SiO2 с использованием природных минералов и техногенных отходов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.11, кандидат технических наук Неволин, Виталий Михайлович

• Неволин, Виталий Михайлович
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Неволин, Виталий Михайлович

ВВЕДЕНИЕ.

1. ПОЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА КЕРАМИЧЕСКИХ ПИГМЕНТОВ

АНАЛИЗ ЛИТЕРАТУРНЫХ ДАННЫХ).

1.1. Классификация керамических пигментов.,.

Ф 1.2. Развитие теории структурообразования керамических пигментов.

1.3. Способы получения керамических пигментов.

1.4. Получение керамических пигментов на основе природных минералов.

1.4.1. Факторы, определяющие возможность получения керамических пигментов на основе структур природных силикатов.

1.4.2. Получение керамических пигментов на основе природных силикатов.

1.5. Использование техногенных отходов для получения керамических пигментов.

1.6. Теория цветообразования.

1.6.1. Общие сведения о цвете.

1.6.2. Факторы, обусловливающие окраску неорганических веществ.

1.6.3. Цветовые измерения.

1.6.4. Хромофоры.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Керамические пигменты на основе системы RO-Al2O3-SiO2 с использованием природных минералов и техногенных отходов»

Керамические пигменты широко применяются в фарфоро - фаянсовом производстве для декорирования изделий, окрашивания масс и глазурей. Основой научной классификации керамических пигментов, предложенной Тумановым С.Г., является тип кристаллической структуры. Широко исследованы кристаллические решётки типа шпинели, корунда, циркона, граната. Их синтезируют при высоких температурах из оксидов и солей различных элементов. Такая технология делает керамические пигменты одним из наиболее дорогостоящих сырьевых материалов в керамическом производстве. Актуальным является использование природных минералов и промышленных отходов, позволяющее снизить температуру синтеза пигментов, уменьшить затраты на их производство.

Недостатком применения природных кристаллических структур для синтеза керамических пигментов является их ограниченная способность усваивать красящие ионы, и, как следствие, недостаточно высокая яркость пигментов. Актуальной задачей является разработка новых способов получения керамических пигментов, позволяющих улучшить их цветовые свойства.

Целью работы было получение и исследование керамических пигментов на основе природного минерального сырья и промышленных отходов, разработка новых способов получения керамических пигментов, позволяющих расширить существующую цветовую палитру.

Основными задачами данной работы были: исследование закономерностей и особенностей синтеза керамических пигментов с участием природных минералов топаза и каолинита; исследование возможности использования кристаллической структуры топаза в качестве основы для перехода к другим структурам, таким, как анортит и кордиерит; исследование возможности применения топаза в качестве минерализатора для получения керамических пигментов; исследование возможности использования нетрадиционных способов получения керамических пигментов, таких, как гель - метод и метод автоклавирования; получение керамических пигментов на основе природных минералов, а также отработанного катализатора сернокислотного производства СВД (сульфованадата на диатомите).

Научная новизна представленной работы заключатся в том, что впервые изучены закономерности синтеза керамических пигментов на основе природного топаза; установлено, что введение хромофоров до 5 мас.% интенсифицирует муллитообразование в топазе. При получении пигментов со структурой анортита предпочтительней топаз подшихтовы-вать чистыми оксидами, чем природными минералами, а для получения кордиерита лучшие результаты получаются при подшихтовке тальком. Установлено минерализирующее воздействие небольших добавок топаза (до 3 мас.%) на синтез керамических пигментов, проявляющееся через участие фторид-ионов газовой фазы. Температура синтеза пигментов со структурами диопсида и анортита, полученных при использовании природного волластонита, снижается до 1100°С. Изучен способ получения керамических пигментов на основе природного волластонита через стадию гелеоб-разования. Установлено, что кристаллизация структуры волластонита при получении пигментов наблюдается при 1000°С. Введение хромофоров свыше 15 мас.% препятствует восстановлению волластонитовой структуры.

Практическая значимость работы несомненна, так как разработаны составы и получены керамические пигменты для подглазурных и надгла-зурных красок. Использование природного сырья и относительно невысоких температур синтеза (1100-1200°С) пигментов позволяет снизить расходы на их производство. Разработаны новые способы получения керамических пигментов, позволяющие улучшить их цветовые свойства.

Заключение диссертации по теме «Технология силикатных и тугоплавких неметаллических материалов», Неволин, Виталий Михайлович

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Керамические пигменты, синтезированные на основе топаза и каолинита, имеют муллитовую структуру, при этом пигменты, полученные с использованием каолинита, обладают лучшими цветовыми свойствами, чем пигменты, полученные на основе топаза.

2. Добавки хромофоров в количестве до 5 мас.% оказывают минерализирующее воздействие на процесс синтеза муллитовых пигментов, особенно это характерно для пигментов, полученных с использованием топаза.

3. Синтез анортитовых пигментов при использовании топаза более успешно протекает при подшихтовке чистыми оксидами, чем при использовании природного волластонита, в то время как синтез кордиерита успешнее идет при подшихтовке тальком. Структура кор-диеритовых пигментов отличается более высокой кристалличностью, в анортитовых пигментах доминирующей кристаллической фазой является анортит, но присутствуют и другие фазы.

4. Топаз, введенный в шихтовой состав пигментов со структурами диопсида и волластонита в количестве до 3 мас.%, оказывает лучшее минерализирующее воздействие на процесс синтеза, чем традиционный минерализатор - борная кислота.

5. Керамические пигменты со структурами волластонита, диопсида, анортита, прошедшие стадию гелеобразования, имеют после обжига более яркую окраску, чем пигменты, полученные по традиционной технологии.

6. Применение метода автоклавирования при синтезе керамических пигментов со структурами диопсида, волластонита, цеолита позволяет снизить температуру синтеза на 200 - 300°С и расширить их цветовую палитру.

7. Пигменты со структурами муллита, анортита, кордиерита, волластонита, диопсида, цеолита, синтезированные при использовании при родных минералов, могут применяться для получения надглазурных и подглазурных керамических красок, для окрашивания керамических масс, глазурей и покрытий для строительной керамики. 8. Пигменты на основе отработанного СВД - катализатора сернокислотного производства, содержащего в своем составе красящий оксид V2O5, имеют песочно-коричневую и травянистую окраску. Они пригодны для окрашивания низкотемпературных масс и глазурей, а также для получения надглазурных красок.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Неволин, Виталий Михайлович, 2004 год

1. Туманов, С.Г. Новые пути синтеза и классификации керамических пигментов // Стекло и керамика. 1967. - №6. - С.33-35.

2. Туманов, С.Г. Получение новых керамических пигментов гранатового типа /С.Г. Туманов, Ю.Ф. Петров // Стекло и керамика. 1967. - № 9. -С.31-33.

3. Туманов, С.Г. Получение новых хромовых пигментов шпинельного типа /С.Г. Туманов, В.П. Потраков // Стекло и керамика. 1965,- № 6. -С.2-5.

4. Масленникова, Г.Н. Пигменты муллитоподобной структуры / Г.Н. Масленникова, В.П. Пыркова, Н.П. Фомина // Стекло и керамика. 1981. -№ 1. - С.23-24.

5. Туманов, С.Г. Изучение условий образования и структуры пинковых пигментов / С.Г. Туманов, Э.А. Филиппова // Стекло и керамика. 1968. - № 4. - С.37-39.

6. Пищ, КВ. Керамические пигменты /И.В. Пищ, Г.Н. Масленникова / -Минск: Высшая школа, 1987. 131 с.

7. Масленникова, Г.Н. Марганцесодержащие виллемитовые пигменты с добавками минерализаторов / Г.Н. Масленникова, Н.П. Фомина, А.И. Глебычева // Стекло и керамика. 1975. - № 10. - С.26-28.

8. Масленникова, Г.Н. Синтез железосодержащих виллемитовых пигментов / Г.Н. Масленникова, Н.П. Фомина, А.И. Глебычева // Стекло и керамика. 1975. - № 4. - С.26-28.

9. Быстриков, А.С. Исследование синтеза хромового пигмента гранатового типа / А.С. Быстриков, Ю.Ф. Петров // Стекло и керамика. 1968. -№8.-С. 14.

10. Ю.Хладек, И.Н. Декорирование фарфоровой посуды. /И.Н. Хладек, Л.Г. Сова, З.Н. Тругларжовски // М.: Легпромбытиздат, 1990. 160 с.

11. И .Пищ, И.В. Синтез форстеритсодержащих пигментов / И.В. Пищ, Г.Н. Рагунович // Стекло и керамика. 1981. - № 3. - С.22-23.

12. Пищ, И.В. Синтез цельзиановых пигментов / И.В. Пищ, Э.П. Гладкая // Стекло и керамика. 1979. - № 4. - С.22.

13. ХЪ.Пищ, И.В. Пигменты на основе анортита / И.В. Пищ, Е.Г. Воронина //Стекло и керамика. 1982. - № 6. - С.24.

14. Пищ, И.В. Пигменты на основе полевого шпата / И.В. Пищ, Т.И. Рот-ман, З.А. Романенко // Сб. Химия и хим. технология Минск: 1987. -Вып.1. - С.130-135.

15. Пищ, И.В. Полевошпатные керамические пигменты / И.В. Пищ, Т.И. Ротман, З.А. Романенко // Стекло и керамика. 1992. - № 3. - С.26.

16. Пищ, И.В. Синтез диопсидсодержащих пигментов. // Стекло и керамика. 1981. -№ 3. - С.22-23.

17. Пищ, И.В. Синтез кобальтсодержащих пигментов пироксеновой структуры / И.В. Пищ, К.Е. Бирюкова // Стекло, ситаллы и силикаты. -Минск: 1984,- №13. С.100-102.

18. Пищ, И.В. Керамические пигменты на основе каолина / И.В. Пищ, Т.И. Ротман, З.А. Романенко // Стекло и керамика. 1986. - № 7. - С.25-26.

19. Пищ, И.В. Исследование влияния RO на свойства каолинсодержащих пигментов / И.В. Пищ, Т.И. Ротман, З.А. Романенко, З.А. Дроздова // Стекло, ситаллы и силикаты. Минск: 1985. № 14. - С. 108.

20. Пищ, И.В. Синтез пигментов на основе глин. // Стекло и керамика. -1992. -№2.-С.718-719.

21. Гетероморфные розовые пигменты. Получение и свойства розовых пигментов со структурой Sn-сфена. // Savii Cecilia, Tavala Tanese P., Eremie Liviu. // Mater, constr. -1997. № 2.

22. Керамические пигменты. в системе ZrC^-SiCb- / Gadea Lucia, Mirica Eugenia, Bele Firuta. // Mater, constr. 1995. - № 4.

23. Пат,316407 Австрии, МКИ С 03 с 1/02.

24. Пат. 210653OA Великобритании, МКИ С 03 с 1/04

25. Оцука А. Керамические пигменты //Керамиккусу. 1983. т.8. №5. С. 377384.

26. Пат.2315611 ФРГ, МКИ С 04 В 41/00.21 .Черепанов, Б.С. Особенности образования цирконий-ванадиевого красителя.// Стекло и керамика. 1965. № 6. - С.8-12.

27. Харашвши, Е.Ш. Тенденции развития керамических пигментов.// Стекло и керамика. 1985. - № 10. - С.20-22.

28. Пат. 2097346 Россия, МКИ 6 С 03 С 1/ 04.

29. Заявка 97111709/03 Россия, МПК 6 С 03 С 1/ 04.

30. Получение пигментов самораспространяющимся высокотемпературным синтезом. / Черноглазова Т.В., Ксандопуло Г.И. // Int. J. Self Propag. High - Temp. Synth. - 1997. - № 1.

31. Разработка розового пигмента для глазури. / Longo Е., Escribano P., Carda J. // Amer. Ceram. Soc. Bull. 1997. - № 9.

32. Пат. 5700319 США, МПК 6 С 04 В 14/10.

33. Получение пигментов на основе циркона и редкоземельных элементов золь-гель способом. / Shoyama Masashi, Kamiya Kanichi // Nippon seramikkusu kyokai gakujutsu ronbunshi, J. Ceram. Sok. Jap. 1998. - № 1231.

34. Чайкина, M.B. Синтез термостойких пигментов для керамических материалов с использованием механохимии. / М.В.Чайкина, О.Б. Винокурова, Е.Г. Аввакумов // 2 Конференция «Материалы Сибири». Барнаул, 1998.

35. Заявка 19647037 Германия, МПК 6 С 03 С 8/14.

36. Заявка 19647038 Германия, МПК 6 С 03 С 8/14.

37. Пат. 5562764 США, МПК 6 С 09 С 1/36.

38. А.С. 13.53787 СССР. Способ получения неорганических пигментов Верещагин В.И., Майдуров В.А. опубл. 1987. Бюл. № 43.

39. Пищ, И.В. Пигмент на основе совместно осаждённых гидроксидов хрома (III) и меди (II) / И.В. Пищ, Е.В. Радион, Д.М. Соколовская, Н.Ф. Поповская // Стекло и керамика. 1996. - № 7.

40. Пищ, И.В. Получение пигмента в системе Cr(III) Co(II) - NO3 - Н20/ И.В. Пищ, О.Н. Чудновская // Стекло и керамика. - 1995. - № 10. - С.23-24.

41. Пищ, И.В. Получение пигментов на основе цирконата кобальта методом осаждения / И.В. Пищ, Е.В. Радион // Стекло и керамика. 1999. -№8.- С. 18.

42. Пат. 5562765 США, МПК 6 С 09 С 1/14.

43. Куколев, Г.Н. Химия кремния и физическая химия силикатов. Москва: Высшая школа, 1966. 463 с.

44. Заявка 19610920 Германия, МКИ6 В 03 D 1/06.

45. Шушаношвили, А.Н. Микроструктура чёрных пигментов на основе базальта / А.Н. Шушаношвили, Н.Г. Рузадзе, Н.И. Гогидзе // Стекло и керамика. 1989. - № 10. - С.23-24.

46. Пат. 172362 Польша, МКИ 6 С 09 С 1/32 Способ получения неорганических голубых пигментов.5Ъ.Погребенков, В.М. Керамические пигменты на основе талька / В.М. Погребенков, М.Б. Седельникова, В.И. Верещагин // Стекло и керамика. -1997.-№3.-С. 17-20.

47. Погребенков, В.М. Получение керамических пигментов с диопсидовой структурой из талька / В.М. Погребенков, М.Б. Седельникова, В.И. Верещагин // Стекло и керамика. 1998. - №5. - С.16 - 18.

48. Погребенков, В.М. Керамические пигменты со структурами диопсида и анортита на основе волластонита / В.М. Погребенков, М.Б. Седельникова, В.И. Верещагин // Стекло и керамика. 1998. - № 5. - С. 18-20.

49. Карван, А.А. Цветные глазури на основе порфирового туфа. / А.А. Кар-ван, З.И. Рак // Стекло и керамика. 1983. - № 4. - С.139-143.58. Пат. 1596754 ФРГ.59. Заявка 60-191031 Япония.

50. Ковнер, Ю.М. Химическая стойкость цветных глазурных фритт, окрашенных отходами ферритов / Ю.М. Ковнер, Л.И. Кузнецов, Е.А. То-мильцев // Стекло и керамика. 1993. - № 3. - С.5-7.

51. Саркисов, П.Д. Ситаллы на основе промышленных отходов. // Промышленность строительных материалов. Cep.ll. / ВНИИЭСМ. М.: 1986.- Вып.З. - С.3-4.

52. Седельникова, М.Б. Керамические пигменты на основе отходов нефтехимического производства. / М.Б. Седельникова, В.М. Погребенков, В.И. Верещагин, С.Г. Сухих, В.Г. Бондалетов // Сб. Основные проблемы охраны геологической среды. Томск, 1995. - С. 192-194.

53. Использование отработанных катализаторов и пиритных огарков для получения цветных глазурей. Информационный листок № 991-85 / ЦНТИ. Ленинград, 1985.

54. А.с. 35235 НРБ, МКИ С 04 В 41/06. Керамические красители. Опубл.0306.84 №59041.

55. А.с. 1564128 С 03 С 1.04. Подглазурный краситель синего цвета дляфаянса. Опубл. 15.03.90. Бюл. № 18.

56. А.с. 31702 НРЮ, МКИ С 04 В 41/06. Состав на керамический пигмент.1. Опубл. 8.09.82. № 50345.

57. Пат. 2131444 Россия МПК 6 С 09 С 1/24.

58. Интенсивные и экологически безопасные пигменты для керамическойпромышленности. // Brit. Ceram. Trans. 1997. - № 3.

59. Заявка 2738809 Франция, МКИ 6 С 01 F 17/00.

60. Способ получения железистого пигмента.// AdV. Ceram. Rept. 1996.9.

61. Пищ, И.В. Особенности осаждения и образования пигментов в системе Ti-Ni-Zn. / И.В. Пищ, Е.В. Радион // Стекло и керамика. 1998. - № 10. -С.14.

62. Немец, ИИ. О создании керамического материала, армированного игольчатыми кристаллами муллита / И.И. Немец, И.С. Бельмаз,

63. А.Н. Нестерцов // Труды МХТИ им. Менделеева Д.И. Москва. -1982.-№ 123. - С.30-33.

64. Кривошеее, М.И. Цветовые измерения. / М.И. Кривошеев, А.К. Куста-рев / Москва. Энергоатомиздат. 1990. - 240 с.

65. Урусов, B.C. Энергетическая кристаллохимия.М.: Наука. 1975. -335 с.

66. Торопов, Н.А. Кристаллография и минералогия. / Н.А.Торопов,

67. JI.H. Булак / Ленинград, Стройиздат. 1972. - 504 с.

68. Долгих, С.Г. Топаз как огнеупорное сырье / С.Г. Долгих, А.К. Карклит, А.В. Кахмуров // Огнеупоры. 1990.- №7. С. 14 - 19.

69. Стрелов, К.К. Технология огнеупоров. / К.К. Стрелов, И.Д. Кащеев, П.С. Мамыкин / Москва. «Металлургия». 1988. - 528с.

70. Пигменты. Введение в физическую химию пигментов. Под ред. Пат-терсона Д.Л. Изд. Химия, Ленинградское отделение, 1971.- 176 с.

71. Визир, В.А. Керамические краски / В.А. Визир, М.А. Мартынов К.: Техника, 1964,- 255 с.

72. Сиражиддинов, Н.А. Керамические пигменты на основе силикатов цепочечных структур / Н.А. Сиражиддинов, Н.Н. Акрамова, Ф.И. Вели-канова // Стекло и керамика. 1992. - № 1. — С.26.

73. Седельникова, М.Б. Керамические пигменты со структурой муллита на основе топаза и каолинита / М.Б. Седельникова, В.М. Неволин, В.М. Погребенков // Стекло и керамика. 2002. - №8. - С.20-22.

74. Седельникова, М.Б. Разработка и исследование кордиеритовых и анор-титовых пигментов на основе топаза / М.Б. Седельникова, В.М. Неволин, В.М. Погребенков // Известия ВУЗов. Химия и химическая технология. 2002. - Т 45. - Вып.З. - С.42-45.

75. Неволин, В.М. Керамические пигменты на основе топазита / В.М. Неволин, М.Б.Седельникова, В.М.Погребенков // Материалы региональной научно практической конференции «Полифункциональные химические материалы и технологии» - Томск. - 2000. - С. 18.

76. Патент № 2215715 Способ получения керамических пигментов на основе волластонита. М.Б.Седельникова, В.М.Погребенков, В.М. Неволин.

77. Заявка № 2003 130 351 от 14.10.03. Способ получения керамических пигментов на основе природных минералов. М.Б.Седельникова, В.М.Погребенков, В.М. Неволин

78. Заявка № 2004 104 553 от 16.02.04. Шихта для получения керамического пигмента оранжево-коричневого цвета. М.Б.Седельникова, В.М.Погребенков, В.М. Неволин

79. Бабушкин, В.И. Термодинамика силикатов/ В.И. Бабушкин, Г.Н. Матвеев, О.П. Мчедлов-Петросян / Москва, Стройиздат. 1986. - 407 с.

80. Усов, П.Г. Алгуйский тальк / П.Г. Усов, Г.Н. Попова, С.А. Бабенко // Издательство Томского университета. Томск. 1966. - 72 с.

81. Челищев, Н.Ф., Цеолиты новый тип минерального сырья / Н.Ф.Челищев, Б.Г. Беренштейн, В.Ф. Володин / Москва. Недра. - 1987. -176 с.

82. Овчаренко, Г.И. Цеолиты в строительных материалах / Г.И. Овчаренко, B.JI. Свиридов / Барнаул. Алтайский государственный технический университет. 102 с.

83. Физико химические свойства окислов. Справочник под ред. Самсоно-ва Г.В. Москва. Металлургия. - 1978. - 171 с.

84. Винчелл, А.Н. Оптические свойства искусственных минералов/ А.Н. Винчелл, Г.Т. Винчелл / Москва. Мир. 1967. - 295 с.

85. Шаронов, В В. Свет и цвет. Москва. Государственное издательство физико-математической литературы. -1961.-312 с.

86. Васильев, Е.П. Слюдянский кристаллический комплекс / Е.П. Васильев, JI.3. Резницкий, В.Н. Вишняков / Новосибирск. Наука. -1981. 198 с.

87. Козырев, В.В. Сырьевая база волластонита для керамической промышленности. Обзорная информация. Сер.5. ВНИИНТИ и экономики промышленности строительных материалов. 1989. - Вып. 2.