способ получения черного железоокисного пигмента

Формула изобретения

Способ получения черного железоокисного пигмента, включающий обжиг природного железоокисного минерального сырья, отличающийся тем, что в качестве исходного сырья используют болотные железные руды, содержащие, мас.%:

Гетит, гидрогетит - 60 - 90

Органический детрит - 10 - 15

Аморфный фосфор - 3 - 5

Вода - 8 - 14

а обжиг ведут в восстановительной среде при 400 10^oС в присутствии минерализующей добавки - хлорида натрия, которую вводят в количестве 2% от общей массы руды.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам получения железоокисных пигментов из природного минерального сырья - охристых пород типа болотных железных руд (БЖР), используемых в лакокрасочной промышленности, для окрашивания строительных материалов, в качестве красящих наполнителей при производстве пластмасс, резины, линолеума и других изделий, в типографском деле, в качестве художественных красок.

Природными минеральными пигментами называются материалы, изготавливаемые из горных пород и минералов и используемые в качестве красящего вещества без предварительной химической переработки.

Природные минеральные пигменты как материал массового применения имеют ряд существенных экономических и технических преимуществ перед искусственными пигментами. Они широко распространены в природе и, залегая обычно вблизи поверхности, легко доступны для разработки. Они дешевы, т.к. производство их просто, не требует сложной аппаратуры.

Для получения из природного минерального сырья товарного продукта - требуется предварительная обработка сырья. Обжиг применяется с целью получения различных цветов и оттенков пигмента, а также удаления из красочной породы нежелательных примесей в виде органических остатков, гуматов, загрязняющих цвет пигмента.

Режим обжига (температура и время обжига) устанавливается в каждом отдельном случае, в зависимости от характера красочной породы. Наиболее часто подвергаются обжигу красочные породы типа болотных руд коричневато-желтых цветов с грязным оттенком.

Известен способ получения черного железоокисного пигмента, заключающийся в том, что смесь дисперсных оксидов железа и алюминия общей формулы Al_xFe_2-x-O_3-y, где x= 0.02-0.05, у= 0.3-1, подвергают термообработке при 200-800^oC в восстановительной среде, причем перед или после нагрева поверхность смеси оксидов обрабатывают оксидами элементов II, III, IV или VI групп. Получают глянцевый черный пигмент с зеленым оттенком (Заявка ФРГ N 3636076, кл. C 09 C 1/24, опубл. 1988 г.).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, при использовании известного способа, относится то, что в известном способе используют в качестве исходного сырья химически чистые оксиды железа и алюминия, но пигмент получают черный с зеленым оттенком, а сам процесс получения пигмента трудоемок.

Наиболее близким способом того же назначения к заявляемому изобретению по совокупности признаков является способ получения черного железоокисного пигмента путем обжига природного железоокисного минерального сырья, а именно, охристых пород при температуре 1000-1100^oC. (Г. Вагнер. Красочные пигменты. ОНТИ. Химтеорет. -Л., 1935. -с. 209).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что процесс обжига для получения черного пигмента требует значительных энергозатрат, а при ведении процесса в воздушной среде получаемый пигмент имеет низкие малярные свойства, в частности довольно низкую укрывистость.

Традиционным сырьем для черных природных пигментов служит шунгит, черная глинистая, графит, а также железная слюдка. Из болотных руд традиционно получают ярко-красный пигмент путем обжига при 700-800^oC в атмосфере воздуха. Труднее получить черный пигмент с хорошими малярными качествами.

Задачей заявляемого изобретения является получение из болотных железных руд черного железоокисного пигмента с хорошими малярными свойствами.

Технический результат - улучшение малярно- технических свойств черного пигмента, а именно улучшение показателя укрывистости.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе получения черного железоокисного пигмента, включающем обжиг природного железоокисного минерального сырья, особенность заключается в том, что в качестве исходного сырья используют болотные железные руды, содержащие в мас.%: гетит, гидрогетит 60-90, органический детрит 10-15, аморфный фосфор 3-5, вода - 8- 14, обжиг ведут в восстановительной среде при температуре 400+10^oC в присутствии минерализующеи добавки - хлорида натрия, которую вводят в количестве 2% от общей массы руды.

В предлагаемом способе перевод гетита и гидрогетита, составляющих основу БЖР, в магнетит происходит в восстановительной среде в присутствии поваренной соли. При нагревании БЖР до 400^oC в восстановительных условиях и присутствии NaCl происходит образование активного HCl, который реагирует с поверхностью руды с образованием неустойчивого соединения (интермедиата), в результате разложения которого образуется FeO и в дальнейшем FeO_xFe₂O₃ - стабилизированная форма магнетита



При соблюдении тех же условий обжига, но без участия NaCl, сначала также образуется черный пигмент, который со временем окисляется кислородом воздуха и превращается в коричневато-красный пигмент - гематит



Таким образом, такая совокупность отличительных признаков, как наличие восстановительной среды и минерализующей добавки - поваренной соли в количестве 2%, позволяет при температуре 400+10^oC получить стабилизированной формы черный железоокисный пигмент из БЖР определенного минерального состава.

Проведенный заявителями анализ уровня техники (состояния вопроса получения черных железоокисных пигментов), включающий поиски по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном способе, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответтсвует условию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных технических решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного способа. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований для достижения технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

Пример осуществления способа.

Пример N 1

В качестве исходного сырья использовали болотные железные руды Березовского месторождения республики Татарстан следующего минерального состава в мас.%:

железосодержащие минералы (гетит, гидрогетит) - 60-90

органический детрит - 10-15

аморфный фосфор - 3-5

вода - 8-14.

В капсулу объемом 3 м³, снабженную штуцером для выхода газов и гидрозатвором, загружают 450-500 кг болотной железной руды и подают жидкий водород в количестве, обеспечивающем создание избыточного давления в камере в 0,3-0,5 атм (примерно 3-4% от массы БЖТ), pH 7. Капсулу помещают в муфельную электрическую печь и доводят температуру до 40010^oC, греют при этой температуре в течение 4-4,5 часов; затем охлаждают в этой же капсуле без доступа воздуха до полного охлаждения, полученный продукт измельчают до размера частиц 1-5 мкм.

Пример N 2-4 проводят по примеру 1, но с тем отличием, что обжиг БЖР проводят с добавкой поваренной соли в количестве 1%, 2% и 3% (5, 10 и 15 кг) при температуре t=40010^oC.

Пример N 5, 6

По методике примеров 2-4 проводят обжиг БЖР с добавкой NaCl в количестве 2%, но изменяют температуру обжига - 300^oC; 50010^oC.

Пример 7, 8, 9, 10.

Болотные железные руды Березовского месторождения обжигают при температурах 300^oC, 400^oC, 500^oC, 1000^oC в окислительной среде.

Результаты испытаний представлены в таблице.

Из данных таблицы следует, что обжиг БЖР на воздухе, т.е. в окислительной среде при температурах 300, 400 и 500^oC не приводит к образованию черного пигмента. При t=1000^oC получается черный пигмент средней укрывистости. При обжиге в восстановительной среде буровато-коричневый цвет достигается уже при 400^oC. Добавка NaCl в количестве 2% от массы БЖР является оптимальной, т. к. при 1% происходит неполное превращение в магнетит, что видно по содержанию Fe₂₊, а увеличение до 3% нецелесообразно, т.к. все основные малярно-технические характеристики остаются без изменения. Температура обжига в 40010^oC является оптимальной, при 300^oC не достигается полнота процесса обжига, а увеличение температуры до 500^oC приводит к тем же результатам, но к дополнительным значительным затратам электроэнергии.

Из приведенных данных следует, что обработка БЖР по предложенному способу обеспечивает получение черного железоокисного пигмента с улучшенными малярно-техническими характеристиками по сравнению с прототипом. Укрывистость улучшается в 5 раз, а маслоемкость остается на уровне. При сравнении с черным железоокисным пигментом фирмы "Bayer" N 306 N (пример 11) получаем улучшение укрывистости в 1,6 раза и маслоемкости в 1,3 раза, причем красящая способность к эталону выше на 35%.

Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного способа следующей совокупности условий:

- средство, воплощающее заявленный способ при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно в промышленности получения железоокисных пигментов.

- для заявленного способа в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке примеров.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "промышленная применимость".