Способ получения коричневого пигмента

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОРИЧНЕВОГО ПИГМЕНТА(71) Заявитель Белорусский государственный технологический университет(73) Патентообладатель Белорусский государственный технологический университет(57) Способ получения коричневого пигмента путем смешения железосодержащих отходов с фосфорсодержащим реагентом и последующей термообработки, отличающийся тем, что в качестве железосодержащих отходов используют шламы гетеро- или электрокоагуляционной очистки сточных вод, содержащие не менее 6023, в качестве фосфорсодержащего реагента - 85 -ную фосфорную кислоту, смешение осуществляют при мольном соотношении 23 Р 2 О 5, равном 1,0(0,2-0,3), смесь сушат, после чего при 400-700 С ведут термообработку. Изобретение относится к технологии получения неорганических пигментов, применяемых в лакокрасочной, строительной и бумажной промышленности, а также в производстве резинотехнических изделий, пластмасс, кожи и т.д. Известны природные коричневые пигменты на основе соединений железа, такие как марс коричневый темный, умбра и другие, получаемые обогащением и термообработкой железосодержащих руд 1, 2. Недостатками природных пигментов является низкая термостойкость, а также низкие малярнотехнические характеристики. Известен способ получения коричневого железооксидного пигмента путем электрохимического растворения железосодержащего анода в сточных водах гальванического производства при плотности тока 1-2 А/дм 2 с последующим окислением суспензии кислородом воздуха при рН 5-9, фильтрацией, сушкой и термообработкой полученного продукта при 650 С. В качестве затравочных кристаллов используют свежеосажденный осадок от предыдущего синтеза и суспензию зародышей -, взятых в количестве 5-10 на сухое вещество к осадку 3. Недостатком данного способа является наличие продолжительной стадии окисления суспензии кислородом воздуха, что требует специального оборудования и дополнительных энергетических затрат. Известен способ получения коричневого железооксидного пигмента из отходов производства, в качестве которых используются пиритные огарки и мульма - отход производства ацетона, содержащий оксиды алюминия, магния и кальция. При этом готовят смесь пиритных огарков и мульмы, взятой в количестве 57-65 от массы смеси, которую обрабатывают 38-42 серной кислотой при массовом соотношении кислоты к сухой смеси (1,5-2,0)1. Термообработку полученной смеси ведут при 875-925 С 4. Указанный способ имеет существенные недостатки образование большого количества серосодержащих газов, а также значительные энергетические затраты при термообработке смеси. Известен способ получения коричневого фосфатно-железооксидного пигмента путем осаждения его из раствора нитрата железа, содержащего фосфорную кислоту при мольном соотношении 23 Р 2 О 5, равном 3949 1 1,00(0,12-0,18) в присутствии мочевины при температуре 90-100 С, с последующей фильтрацией, сушкой и термообработкой полученного продукта при 500-700 С 5. Недостатками данного способа является наличие малопроизводительной стадии отмывки полученного продукта от нитрат-ионов, а также применение в качестве исходного железосодержащего реагента дефицитного и дорогостоящего нитрата железа. Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и по достигаемому результату является способ получения коричневого пигмента на основе отходов мартеновского или электросталеплавильных цехов и однозамещенного фосфата кальция, взятых в соотношении 1(0,05-0,08) с последующим выдерживанием смеси при 60-80 С в течение 1,0-2,0 часа, отмывкой полученного продукта от водорастворимых веществ и термообработкой его при 150-350 С. Фосфат кальция получают взаимодействием 50-65 ортофосфорной кислоты и отходной мраморной пыли, взятых в соотношении (3,0-6,0)1,0 6. Недостатками данного способа является наличие стадии получения однозамещенного фосфата кальция,что связано с созданием специальной установки. Кроме того, использование в качестве фосфорсодержащего реагента фосфата кальция приводит к снижению содержания основного хромофора , что приводит к ухудшению пигментных свойств получаемого продукта. Задачей данного изобретения является повышение малярно-технических характеристик пигмента, расширение гаммы оттенков коричневого цвета, а также упрощение процесса получения. Поставленная задача достигается тем, что шламы, полученные при гетеро- или электрокоагуляционной очистке сточных вод, содержащие не менее 6023, смешивают с 85 фосфорной кислотой при мольном соотношении 23 Р 2 О 5, равном 1,0(0,2-0,3), с последующей сушкой и термообработкой полученного продукта при 400-700 С. Отличительные признаки данного способа 1. Использование в качестве исходного сырья шламов гетеро- или электрокоагуляционной очистки сточных вод, содержащих не менее 6023. 2. Использование фосфорной кислоты при мольном соотношении 23 Р 2 О 5, равном 1,0(0,2-0,3). 3. Проведение термообработки в интервале температур 400-700 С. Как известно 2, существенное влияние на цвет и малярно-технические свойства получаемого пигмента оказывает содержание в его составе основного хромофора . Поэтому для получения пигмента с высокими пигментными свойствами в качестве исходного сырья используют шламы гетеро- или электрокоагуляционной очистки сточных вод, содержащие не менее 6023 в пересчете на сухой продукт. При использовании шламов с меньшим содержанием 23 образуются пигменты, которые за счет присутствия в них соединений кальция имеют ненасыщенный коричневый цвет и низкую кроющую способность. Например,пигмент, полученный на основе шлама реагентной очистки сточных вод и содержащий 10-4023, 2040 СаО, имеет низкую кроющую способность, равную 0,8-1,3 м 2/г, в то время как кроющая способность известных коричневых пигментов выше указанной в 3-17 раз. Поэтому уменьшение содержания соединений кальция и увеличение содержания соединений железа в исходном сырье повышает не только кроющую способность, но и другие технические показатели получаемого пигмента. Использование в качестве исходного фосфорсодержащего реагента фосфорной кислоты позволяет, вопервых, получать пигмент с высоким содержанием хромофораво-вторых, упростить процесс, так как отпадает необходимость в дополнительных стадиях получения фосфатов, как, например, в прототипе втретьих, позволяет существенно улучшить технические характеристики полученного на его основе пигмента и расширить его цветовую гамму. Кроме того, обработка исходного шлама кислотой позволяет почти полностью предотвратить процесс окислениядо , протекающий при термообработке смеси, в результате которого образуются растворимые в воде хроматы. При этом в полученном продукте снижается содержание водорастворимых веществ в 2,5-7,0 раза по сравнению с продуктом, не обработанным фосфорной кислотой, что позволяет не использовать стадию отмывки или уменьшить расход воды на ее проведение. При мольном соотношении в конечном продукте Р 2 О 523, меньше чем 0,2, не удается получать пигменты с содержанием водорастворимых веществ меньше 1,4 . Увеличение данного соотношения свыше 0,3 нецелесообразно ввиду большого расхода кислоты, что увеличит себестоимость пигмента, а также ухудшит его пигментные свойства. Для удаления химически связанной воды необходима стадия термообработки, что позволит значительно улучшить пигментные свойства полученного продукта за счет увеличения содержания основного хромофора. В интервале температур 400-700 С происходит полное удаление химически связанной воды и продукты термообработки приобретают насыщенный коричневый цвет, оттенки которого определяются температурой термообработки. В интервале температур 400-600 С образуется темно-коричневый пигмент, при 600-700 С- красно-коричневый. Пример 1 (прототип). Берут 100 г шлама электросталеплавильного цеха, репульпируют его в 1 л воды, нагревают суспензию до 80 С и смешивают ее с 6,9 г однозамещенного фосфата кальция, полученного взаимодействием 6,7 г 65 3949 1 ортофосфорной кислоты и 2,3 г мраморной пыли, после чего суспензию перемешивают в течение часа, отмывают от водорастворимых веществ в 2,0 л воды, фильтруют и полученную пасту термообрабатывают при 350 С в течение 2 ч. В результате синтеза получают 102,8 г пигмента и 2,7 л воды. Пример 2. 100 г шлама гетерокоагуляционной очистки сточных вод с влажностью 75 и содержанием железа в пересчете на 23 не менее 15 смешивают с 85 фосфорной кислотой при мольном соотношении Р 2 О 523, равном 0,1. Полученную пасту сушат и термообрабатывают при 400 С в течение 2 ч, измельчают и классифицируют на сите с соткой 0063. Получают пигмент с характеристиками, представленными в таблице (пример 1). В таблице также представлены условия получения пигмента при других условиях и его характеристики (примеры 2-22). Источники информации 1. Пигменты для художественных красок Каталог, ч. 2. - Черкассы, 1984. - С 60. 2. Беленький Е.Ф., Рискин И.В. Химия и технология пигментов. Изд. 4, пер. и доп. - Л. Химия, 1974. С. 417-420. 3. А.с. СССР 1370124, МКИ С 09 С 1/24, опубл. Бюл.4, 1988. 4. А.с. СССР 1154300, МКИ С 09 С 1/24, опубл. Бюл.17, 1985. 5. Патент России 2086591, МКИ 6 С 09 С 1/24, опубл. Бюл.22, 1997. 6. Патент России 2057154, МКИ 6 С 09 С 1/24, опубл. Бюл.9, 1996. Цветовые характеристики Доминирующая Визуальная характериЯркость Чистота стика цвета длина волны,цвета,цвета,нм гетерокоагуляционный шлам 100 13 12,2 38 600 темно-коричневый 63 8 12,9 43 599 красно-коричневый 92 13 13,4 40 600 темно-коричневый 60 8 13,0 44 598 красно-коричневый 125 36 18,8 35 592 светло-коричневый 72 13 14,1 43 597 красно-коричневый 60 8 13,0 44 597 красно-коричневый 85 13 15,2 47 596 темно-коричневый 59 8 13,0 43 598 красно-коричневый 76 15 17,0 54 594 темно-коричневый 57 9 13,0 46 598 красно-коричневый электрокоагуляционный шлам 82 24 5,8 48 598 темно-коричневый 43 14 7,4 40 600 красно-коричневый 70 24 7,5 51 596 темно-коричневый 39 14 9,4 50 598 красно-коричневый 112 52 16,4 42 593 светло-коричневый 69 24 7,5 52 595 красно-коричневый 36 14 9,8 50 598 красно-коричневый 67 25 7,7 53 595 темно-коричневый 35 15 10,7 52 598 красно-коричневый 66 28 8,2 50 595 темно-коричневый 34 16 13,0 45 красно-коричневый Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.