RU2049799C1 - Method for production of ferrous oxide pigments having various color on mica scale-shaped particles - Google Patents

Abstract

FIELD: paint and varnish production, perfumery. SUBSTANCE: ferrum pentacarbonyl is oxidized by oxygen-containing gas, the process is carried out at 20-100 C in moving fluidized bed. Additional thermal treatment is carried out at 200-800 C. EFFECT: improves efficiency of method. 3 cl, 2 tbl

Description

Изобретение относится к производству пигментов, а именно к получению железооксидных пигментов различного цвета, преимущественно с перламутровым блеском, на частицах слюды чешуйчатой формы. The invention relates to the production of pigments, namely, to obtain iron oxide pigments of various colors, mainly with a pearly sheen, on particles of flake mica.

Известен способ получения порошков железооксидных пигментов различного цвета, согласно которому сжигают пентакарбонил железа (ПКЖ) в кислороде или воздухе при 250-800^оС, причем в зависимости от температуры горения, времени контакта, соотношения реагентов и введения дополнительных реагентов, например воды, получают порошки пигментов, состоящих из тонкодисперсных оксидов железа различных цветов с размерами частиц выше 0,1 мкм. Снижение температуры горения ниже указанной экономически не выгодно, так как приводит к резкому снижению конверсии ПКЖ. Данный способ характеризуется узкой гаммой получаемых цветов [1]
Известен также способ получения магнитных порошков оксидов железа, согласно которому для снижения температуры и сохранения высокой конверсии ПКЖ, процесс окисления ПКЖ проводят кислородсодержащим газом в присутствии нагретых до 100-400^оС частиц порошка железа; процесс проводят в кипящем слое, создаваемым кислородсодержащим газом (воздухом) при непрерывном механическом перемешивании частиц порошка, в который впрыскивается ПКЖ, причем в зависимости от температуры получают либо магнетит Fe₃O₄ (при температуре ниже 160^оС), либо γ-Fe₂O₃ (при температуре выше 200^оС) [2] Порошок магнетита имеет черный цвет, а γ-Fe₂O₃-темнокоричневый.A method of producing powders of iron oxide pigments of different color, whereby combusted iron pentacarbonyl (PKZH) in oxygen or air at 250-800 ^{° C,} and depending on the combustion temperature, contact time, ratio of reactants and the introduction of additional reactants such as water, is prepared powders pigments consisting of finely divided iron oxides of various colors with particle sizes above 0.1 microns. Lowering the combustion temperature below the specified is not economically profitable, as it leads to a sharp decrease in the conversion of PCG. This method is characterized by a narrow range of colors [1]
Another known method for producing magnetic iron oxide powders, whereby to reduce the temperature and maintain high conversion PKZH, PKZH oxidation process is carried out in the presence of oxygen-containing gas heated to 100-400 ^{° C} of the iron powder particles; the process is conducted in a fluidized bed created by the gas containing oxygen (air) under continuous mechanical stirring of the powder particles, which is injected PKZH, and depending on the temperature are obtained either magnetite Fe ₃ O ₄ (at a temperature below 160 ^{° C)} or γ-Fe ₂ O ₃ (at a temperature above 200 ° ^C) [2] magnetite powder is black in color, and γ-Fe ₂ O ₃ -temnokorichnevy.

Однако снижение температуры процесса до 100^оС не позволяет получать равномерное покрытие оксидами железа либо Fe₃O₄ либо γ-Fe₂O₃, образующимися при каталитическом окислении ПКЖ, на поверхности зародышей из оксидов железа. Кроме того, по данному способу могут быть получены пигменты только двух цветов черного и темно-коричневого.However, the process of reducing the temperature to 100 ^C does not allow to obtain a uniform coating or iron oxides Fe ₃ O ₄ or γ-Fe ₂ O _3, formed by catalytic oxidation PKZH, nucleation on the surface of iron oxides. In addition, in this method, pigments of only two colors of black and dark brown can be obtained.

Наиболее близким к изобретению является способ получения железооксидных пигментов различного цвета на частицах слюды чешуйчатой формы, согласно которому ПКЖ окисляют кислородсодержащим газом в подвижном кипящем слое частиц слюды при 150-450^оС при концентрации ПКЖ в реакционной газовой смеси, не превышающей 5% объема [3]
При осуществлении указанного способа на поверхности слюдяных частиц образуются пленки Fe₂O₃, в результате чего получаются пигменты только преимущественно красного и коричневого оттенков цвета с недостаточно равномерным цветовым покрытием.The closest to the invention is a method for producing iron oxide pigments of various colors to form scaly mica particles, whereby PKZH oxidize oxygen containing gas in a fluidized bed movable mica particles at 150-450 ° ^C under PKZH concentration in the reaction gas mixture not exceeding 5% of the [3 ]
When implementing this method, Fe ₂ O ₃ films are formed on the surface of mica particles, as a result of which pigments are obtained mainly of red and brown shades of color with an insufficiently uniform color coating.

Задача изобретения разработка способа получения железооксидных пигментов различного цвета на частицах слюда чешуйчатой формы с равномерным пигментным покрытием частичек слюды оксидом железа широкой цветовой гаммы, преимущественно с перламутровым блеском. The objective of the invention is the development of a method for producing iron oxide pigments of different colors on flake-shaped mica particles with a uniform pigment coating of mica particles with iron oxide of a wide color gamut, mainly with a pearlescent shine.

Данная задача решается способом получения железооксидных пигментов различного цвета на частицах слюды чешуйчатой формы, заключающимся в том, что ПКЖ, находящийся в подвижном кипящем слое, окисляют кислородсодержащим газом, при 20-100^оС.This problem is solved by the method of producing iron oxide pigments of various colors on flake-shaped mica particles, namely, PCG, which is in a moving fluidized bed, is oxidized with an oxygen-containing gas at 20-100 ^о С.

Процесс окисления по данному способу проводят также в присутствии химически инертного газа, например носителя ПКЖ. The oxidation process according to this method is also carried out in the presence of a chemically inert gas, for example, a PCG carrier.

Кроме того, полученные пигменты в результате окисления дополнительно термообрабатывают в воздушной среде при температуре 250-800^оС.Furthermore, the pigments obtained by the oxidation of further heat treated in air at a temperature of 250-800 ° ^C.

Проведение процесса окисления при 20-100^оС обеспечивает равномерность покрытия частичек слюды железооксидной пленкой и их широкую цветовую гамму, преимущественно с перламутровым блеском. При этом получают покрытия из γ-Fe₂O₃, а получаемые пигменты в зависимости от толщины пленки или количества осажденного γ-Fe₂O₃ имеют коричневый цвет, от светлого до темного, а также серебряный, бронзовый, или фиолетовый перламутровый цвета.Carrying out the oxidation process at 20-100 ^{° C} provides uniformity of coating iron oxide particles of mica film and wide color gamut, preferably pearlescent. In this case, coatings are obtained from γ-Fe ₂ O ₃ , and the pigments obtained, depending on the film thickness or the amount of precipitated γ-Fe ₂ O _3, have a brown color, from light to dark, as well as silver, bronze, or pearl violet.

Использование в качестве газа-носителя ПКЖ химически инертного газа улучшает равномерность покрытия частичек слюды оксидом железа и также расширяет цветовую гамму получаемых пигментов. The use of a chemically inert gas as the carrier gas of PCG improves the uniformity of the coating of mica particles with iron oxide and also extends the color range of the obtained pigments.

Дополнительная термообработка пигментов в воздушной среде при 250-800^оС еще более расширяет их цветовую гамму. Так, после указанной термообработки происходит рекристаллизация пленки гамма оксида железа в альфа оксид железа, при этом получают перламутровые пигменты следующих цветов: красного цвета, от светлого до темного тонов, цвета красной бронзы и красно-фиолетового цвета.Additional pigments heat treatment in air at 250-800 ^{° C} even more expands their color gamut. So, after the specified heat treatment, the gamma oxide film is recrystallized to alpha iron oxide, and pearlescent pigments of the following colors are obtained: red, light to dark, red bronze and red-violet.

Проведение указанного способа в иных температурных режимах ухудшает качество и соответственно возможности использования пигментов. Carrying out this method in other temperature conditions affects the quality and, accordingly, the possibility of using pigments.

Использование слюды различных модификаций например, в форме мусковита или флагопита, с размером частиц 5-500 мкм не влияет на окраску получаемых пигментов, а характер блеска при этом изменяется от шелковистого (при размере частиц до 20 мкм) до искристого (при размере частиц выше 60 мкм). The use of mica of various modifications, for example, in the form of muscovite or flagopite, with a particle size of 5-500 microns, does not affect the color of the resulting pigments, and the nature of the brightness changes from silky (with a particle size of up to 20 microns) to sparkling (with a particle size above 60 μm).

Способ получения железооксидных пигментов различного цвета на частицах слюды чешуйчатой формы по изобретению может быть осуществлен в стеклянном, вертикально расположенном цилиндрическом реакторе с лопастной мешалкой. Нагрев слюды до необходимой температуры в интервале 20-100^оС осуществляют с помощью электронагревателя. В нижнюю часть реактора сначала подают кислородсодержащий газ, в том числе и воздух, очищенный от пыли на аэрозольных фильтрах, который формирует кипящий слой, механически перемешиваемый с помощью мешалки, а затем смесь ПКЖ с газом-носителем. Содержание кислорода в реакционной газовой смеси берут в избытке по отношению к ПКЖ из расчета образования Fe₂O₃. В качестве газов-носителей ПКЖ используют азот, гелий, аргон, диоксид углерода или другие химически инертные газы. Конверсия ПКЖ практически всегда составляет 100% газообразными продуктами окисления ПКЖ являются оксиды углерода СО, СО₂. Расход газообразных реагентов может контролироваться с помощью ротаметров.The method for producing iron oxide pigments of various colors on flake mica particles according to the invention can be carried out in a glass, vertically arranged cylindrical reactor with a paddle stirrer. Mica heating to the required temperature in the range of 20-100 ^{° C} is carried out using the electric heater. An oxygen-containing gas is first supplied to the lower part of the reactor, including air purified from dust on aerosol filters, which forms a fluidized bed mechanically mixed with a stirrer, and then a mixture of PCL with a carrier gas. The oxygen content in the reaction gas mixture is taken in excess with respect to PCG from the calculation of the formation of Fe ₂ O ₃ . Nitrogen, helium, argon, carbon dioxide or other chemically inert gases are used as carrier gases of PCG. The conversion of PCG almost always amounts to 100% of the gaseous products of oxidation of PCG are carbon oxides CO, CO ₂ . The flow rate of gaseous reactants can be controlled using flowmeters.

Полученные железооксидные пигменты могут быть дополнительно термообработаны в электропечи нагретой до 200-800^оС, куда их помещают в металлическом поддоне. Цвет и равномерность покрытия частичек слюды оксидами железа определяют визуально или с помощью сканирующего электронного микроскопа: например, Филипс SEM-505, а фазовый состав с помощью рентгеноструктурного анализа. Количество осажденного оксида железа определяют с помощью химического анализа.The obtained iron oxide pigments may be further heat treated in an electric furnace heated to ^about 200-800 C, where they are placed in a metal tray. The color and uniformity of the coating of mica particles with iron oxides is determined visually or using a scanning electron microscope: for example, Philips SEM-505, and the phase composition using x-ray diffraction analysis. The amount of precipitated iron oxide is determined by chemical analysis.

Цвет получаемого пигмента зависит только от длительности проведения процесса окисления, а также от его дополнительной термообработки. The color of the obtained pigment depends only on the duration of the oxidation process, as well as on its additional heat treatment.

П р и м е р. В реактор загружают порошок слюды мусковита с размерами частиц менее 60 мкм в количестве 100 г. Воздух, формирующий в реакторе кипящий слой слюды, подают с расходом 350 л/ч, скорость вращения механической мешалки 100 об/мин. В нижнюю часть реактора подают смесь газообразного ПКЖ с концентрацией 2,6% от объема с газом носителем азотом. Расход ПКЖ 70 г/ч. PRI me R. A muscovite mica powder with a particle size of less than 60 μm in an amount of 100 g is loaded into the reactor. The air forming a fluidized mica layer in the reactor is supplied at a rate of 350 l / h, the rotation speed of the mechanical stirrer is 100 rpm. A mixture of gaseous PCL with a concentration of 2.6% of the volume with a nitrogen carrier gas is fed into the lower part of the reactor. Consumption of PCZH 70 g / h.

Через 0,7 ч процесс прекращают и получают 125 г равномерно окрашенного искрящегося пигмента темно-коричневого цвета. After 0.7 hours, the process is stopped and 125 g of a uniformly colored sparkling dark brown pigment is obtained.

При термообработке полученного пигмента на воздухе при 600^оС в течение 2 ч и после остывания получают те же 125 г равномерно окрашенного искрящегося темно-красного пигмента.During the heat treatment the resulting pigment in air at 600 ^C for 2 h and after cooling is obtained 125 g of the same uniformly colored sparkling dark red pigment.

Характеристика пигментов, полученных по предлагаемому способу на слюде с различными размерами частиц и при различной температуре процессов окисления и термообработки, представлена в табл. 1. The characteristics of the pigments obtained by the proposed method on mica with different particle sizes and at different temperatures of the oxidation and heat treatment processes are presented in table. 1.

В табл. 2 описана цветовая гамма пигментов, полученных в соответствии со способом по изобретению в зависимости от условий получения. In the table. 2 describes the color gamut of pigments obtained in accordance with the method according to the invention depending on the conditions of receipt.

Условия получения:
Окисление ПКЖ:
дисперсность слюды 63 мкм; температура 50 и 80^оС, газ-разбавитель азот, расход воздуха 300 л/ч, расход ПКЖ 70 г/ч, время 0,1-3,5 ч;
Термообработка на воздухе: температура 500^оС; время 1 ч.Terms of receipt:
PCG oxidation:
the dispersion of mica 63 microns; temperature 50 and 80 ^о С, nitrogen diluent gas, air consumption 300 l / h, PCL consumption 70 g / h, time 0.1-3.5 h;
Heat treatment in air: temperature 500 ^о С; time 1 hour

Пигменты имеют высокую текучесть и не слеживаются при длительном хранении. Pigments have high fluidity and do not cake during long-term storage.

Claims (3)

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЖЕЛЕЗООКСИДНЫХ ПИГМЕНТОВ РАЗЛИЧНОГО ЦВЕТА НА ЧАСТИЦАХ СЛЮДЫ ЧЕШУЙЧАТОЙ ФОРМЫ, включающий окисление пентакарбонила железа, находящегося в подвижном кипящем слое, кислородсодержащим газом, отличающийся тем, что процесс окисления проводят при 20 100^oС.1. METHOD FOR PRODUCING IRON-OXIDE PIGMENTS OF VARIOUS COLOR ON PARTICLES OF MALES OF CEREAL FORM, including oxidation of iron pentacarbonyl, which is in a moving fluidized bed, with an oxygen-containing gas, characterized in that the oxidation process is carried out at 20 ^° C. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанный процесс окисления осуществляют в присутствии химически инертного газа. 2. The method according to p. 1, characterized in that said oxidation process is carried out in the presence of a chemically inert gas. 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что железооксидные пигменты после окисления дополнительно термообрабатывают в воздушной среде при 200 - 800^oС.3. The method according to PP. 1 and 2, characterized in that the iron oxide pigments after oxidation are additionally heat treated in air at 200 - 800 ^o C.

Images