Способ получения синего алюмокобальтового пигмента

 

Изобретение относится способу получения синего алюмокобальтового пигмента и может быть использовано в лакокрасочной промышленности, а также для художественных и реставрационных работ и красок для керамики. Сущность изобретения заключается в смешении соединений кобальта и алюминия, механической активации смеси в центробежной планетарной мельнице и прокаливании, в качестве исходных компонентов используют Co₃O₄ и гидроксид алюминия псевдобемитной структуры или пудру металлического алюминия, при этом активацию проводят при энергонапряженности 10-50 Вт/г с последующим размолом получившихся при прокаливании спекшихся агломератов до среднего размера частиц 0,5-1,0 мкм. Способ позволяет получить пигмент высокого качества при следующем соотношении компонентов, мас.%: CoO - 22-25, Al₂O₃ - остальное. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к изготовлению алюмокобальтового пигмента и может быть использовано в лакокрасочной промышленности для изготовления эмалей с высокой термостойкостью для окрашивания пластмасс, образующихся при высокой температуре, а также для художественных и реставрационных работ и красок для керамики.

Известно, что в промышленности алюмокобальтовый пигмент синего цвета N 256, содержащий 25-30% CoO и 60-65% Al₂O₃ получают методом соосаждения солей Co и гидратов оксида алюминия в воде и прокаливанием при 1200^oC [1, 2] Недостатками этого способа являются наличие жидких отходов, довольно длительная и сложная технология и высокое содержание Co в пигменте, что обуславливает высокую цену данного пигмента.

Известно, что синий алюмокобальтовый пигмент может быть получен механическим смешением технических окисей и гидроокисей, обладающих низкой реакционной способностью. Компоненты подвергаются длительному мокрому помолу в шаровой мельнице (10-20 ч), затем сушат и измельчают [2] Недостатками данного способа являются его продолжительность, наличие большого количества стоков, отходов, высокая температура синтеза.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ получения алюмокобальтового пигмента путем совместной обработки CoO (х.ч.) и γ-Al₂O₃ в центробежной планетарной мельнице в течение 2 мин с последующим отжигом при температуре 1100^oC в течение 2 часов [3] Этой работой была доказана принципиальная возможность получения синего алюмокобальтового пигмента, по своим качествам сходного с N 256.

Недостатками способа являются использование дорогостоящего х.ч. CoO, высокое содержание его в шихте ≈ 41% для получения синего цвета нужной интенсивности, соответствующей цвету пигмента N 256.

Задача, решаемая данным изобретением, заключается в удешевлении алюмокобальтового пигмента за счет снижения содержания в нем CoO и использования в качестве исходных компонентов недефицитных отходов производства при сохранении высокого качества алюмокобальтового пигмента, а также в создании простой и безотходной технологии его получения.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в способе получения алюмокобальтового пигмента, включающем смешение соединений кобальта и алюминия, механическую активацию в центробежной планетарной мельнице и прокаливание, в качестве исходных компонентов используют Co₃O₄ [оксид кобальта (II, III)] (отходы производства Тува-кобальт), гидроокись алюминия псевдобемитной структуры или пудру металлического алюминия, механическую активацию проводят при энергонапряженности 10-50 Вт/г с последующим размолом получившихся при прокаливании спекшихся агломератов.

Причем синий алюмокобальтовый пигмент получают предпочтительно при следующем соотношении компонентов в нем, мас.

CoO 22-25 Al₂O₃ остальное Размол получившихся после прокаливания агломератов проводят до размера частиц 0,1-1 мкм.

Существенными отличительными признаками данного изобретения являются следующие: в качестве исходных компонентов используют Co₃O₄ и гидроокись алюминия псевдобемитной структуры или пудру металлического алюминия; активацию проводят при энеогонапряженности 10-50 Вт/г; образовавшиеся после прокаливания спекшиеся агломераты подвергают размолу.

Частичными отличительными признаками данного технического решения от прототипа являются следующие: синий алюмокобальтовый пигмент предварительно получают при следующем соотношении компонентов, мас.

CoO 22-25
Al₂O₃ остальное
после прокаливания пигмент размалывают до 0,5-1 мкм.

Совокупность существенных отличительных признаков позволяет получить синий алюмокобальтовый пигмент высокого качества с пониженным содержанием кобальта в нем, который по своим оптическим свойствам идентичен N 256, полученному методом соосаждения на НПО "Пигмент". Способ позволяет вместо дорогостоящего оксида кобальта (х.ч.), полученного из карбоната кальция, использовать Co₃O₄ (отходы производства Тува-кобальт), а вместо g-Al₂O₃ гидроксид алюминия псевдобемитной структуры или пудру металлического алюминия (дешевое и недефицитное сырье).

Для сравнения образцов пигментов, полученных заявляемым способом, и пигмента, производимого НПО "Пигмент" N 256, использованы
1. метод рентгеновского анализа Дрон-3,0 и MZC 4C, монохроматизированное CиK_α-излучение в интервале углов 2Θ 8-80^o,
2. метод термогравиметрии, Дериватограф Q 1000, навеску 0,2 г нагревали со скоростью 10 град/мин до 1273 K,
3. метод инфракрасной спектроскопии (SHECORD 75R),
4. метод оптической спектроскопии диффузного отражения (SHUJMADZU 300).

Заявляемый способ поясняется примерами.

В качестве исходных компонентов используют гидроксид алюминия псевдобемитной структуры или пудру металлического алюминия, смешивают его с Co₃O₄ (отходы производства Тува-кобальт), подвергают получившуюся смесь обработке в энергонапряженной центробежно-планетарной мельнице типа АГО-3 при отношении навески к массе керамических шаров 1:2 в течение 0,5-2 мин и энергонапряженности 10-50 Вт/г. Обработанный порошок прокаливают при температуре 1100^oC в течение 2 ч. Прокаленный продукт подвергают дополнительному размолу на валковой мельнице в течение 2 ч до размера частиц 0,5-1 мкм.

Синий алюмокобальтовый пигмент высокого качества, идентичный N 256, предпочтительно получать при следующем соотношении компонентов в нем, мас.

CoO 22-25
Al₂O₃ остальное
Примеры получения и свойства получаемого данным способом пигмента сведены в таблицу (примеры 1-9).

Пример 10 (по прототипу). Берут 2,16 г g-Al₂O₃ и 1,49 г CoO, полученного из карбоната кальция квалификации х.ч. смешивают, подвергают обработке в течение 2 мин в лабораторной энергонапряженной мельнице типа ЭИ-2 х 150 при соотношении навески к массе стальных шаров диаметром 5 мм, равном 1:40. Обработанный порошок затем обжигают при 1100^oC в течение 2 часов. Свойства получившегося пигмента приведены в таблице.

Как видно из таблицы, увеличение энергонапряженности мельницы свыше 50 Вт/г приводит к существенному увеличению количества железа в продукте, что значительно ухудшает его цветовые качества (серый оттенок). Если энергонапряженность меньше 10 Вт/г, не достигается нужная диспергация исходной шихты, в результате не удается получить однородную по составу цвету алюмокобальтовую шинель.

При снижении содержания оксида кобальта в шинели ниже 22 вес. не удается получить синий цвет необходимой интенсивности.

Повышение содержания оксида кобальта в пигменте выше 25 вес. не дает ощутимого улучшения цвета пигмента. Увеличение концентрации Co также нецелесообразно, так как повышает стоимость его.

Если полученный пигмент после прокаливания размолоть на валковой мельнице до среднего размера частиц менее 0,5 мкм, наблюдается уменьшение интенсивности окраски при сохранении количества Co в пигменте, то есть увеличивается отражающая и существенно уменьшается кроющая способность красок на основе этого пигмента. С другой стороны, наличие достаточно крупных частиц (>1 мкм) значительно ухудшает малярно-технические характеристики как самого пигмента, так и красок и эмалей на его основе.

Таким образом, заявляемый способ позволяет получить синий алюмокобальтовый пигмент высокого качества с пониженным содержанием CoO в нем из технических отходов производства по безводной технологии.

Формула изобретения

1. Способ получения синего алюмокобальтого пигмента, включающий смешение оксидного соединения кобальта с алюминийсодержащим компонентом, механическую активацию смеси в центробежной планетарной мельнице и прокаливание ее, отличающийся тем, что в качестве оксидного соединения кобальта используют оксид кобальта (II, III), а в качестве алюминийсодержащего компонента - гидроксид алюминия псевдобемитной структуры или пудру металлического алюминия, активацию проводят при энергонапряженности 10 50 Вт/г и после прокаливания спекшиеся агломераты подвергают размолу.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что полученный синий алюмокобальтовый пигмент имеет следующий состав, мас.

Оксид кобальта (II) 22 25
Оксид алюминия Остальное
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что размол ведут до размера частиц 0,5 1,0 мкм.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве оксидного соединения кобальта используют отходы производства Тува-кобальт.

РИСУНКИ

Рисунок 1