СИНТЕЗ  И  ИССЛЕДОВАНИЕ  ГРАНАТОВЫХ   КЕРАМИЧЕСКИХ  ПИГМЕНТОВ

Керамические пигменты широко применяются в фарфоро — фаянсовом производстве для декорирования изделий, окрашивания масс и глазурей. Их получают в основном методом твёрдофазового синтеза при высоких температурах из химически чистых реагентов или отходов.

В пигментах наиболее распространенными носителями цвета являются хромофоры. Это атомы или атомные группы, обладающие способностью придавать тот или иной цвет веществам, в составе которых они находятся. Одной из наиболее полных является классификация, основанная на кристаллической структуре основной фазы. Согласно этой классификации пигментов, они могут быть шпинельными, гранатовыми, цирконовыми и др.[1]

Гранаты представляют собой группу минералов, которые отличаются по составу, но имеющих аналогичную химическую формулу и однородный внешний вид самих кристаллов.[2] Прозрачные и интенсивно окрашенные гранаты пользуются большим спросом как драгоценные камни. В последние годы исследователи из разных стран работают над синтезом, характеристиками и определением свойств различных типов гранатовых керамических пигментов, полученных из традиционного сырья, а также путём использования различных отходов.[3,4]

Целью данной работы является синтез, характеристика и исследование гранатовых керамических пигментов в системах CaO.Fe₂O₃.SiO₂и CaO.Cr₂O₃.SiO₂.

Составы гранатовых керамических пигментов определяли исходя из стехиометрии основных минералов андрадита и уваровита. Был выбран следующий состав пигментов — 3CaO.Fe₂O₃.3SiO₂ и 3CaO.Cr₂O₃.3SiO₂. В синтезе использовали минерализатор H₃BO₃ для снижения температуры синтеза. Материалами используемыми для синтеза являются CaO, Fe₂O₃, Cr₂O₃, SiO₂.nH₂O и H₃BO₃. Сырьевой материал, используемый для введения в системы SiO₂ является SiO₂.nH₂O, т.к. значительно более реакционноспособный, чем обычный кварцевый песок.

Самый важный момент от которого зависит надежность технологии и стабильность качества готового пигмента – это способ подготовки шихты. Подготовленная по рецепту шихта была гомогенизирована в планетарной мельнице Pulverizete 6 фирмы “FRITCH” сухим способом. Полученная масса подвергалась термической обработке в температурном интервале от 800^оС до 1200^оС (с шагом в 100^оС) с задержкой при максимальной температуре – 2 часа.

Полученные таким образом пигменты были исследованы с помощью рентгенофазового анализа аппаратом IRIS, электронного парамагнитного резонанса апаратом BRUKER EMX, а цветовые координаты были сняты с помощью спектрального тинтометра Lovibont Tintometer RT100. Рентгенограммы синтезированных пигментов представлены на рис.1 и рис.2

Рис.1 Рентгенограммы керамических пигментов 3CaO.Fe₂O₃.3SiO₂ при разных температурах: 1000^оС ( A ) и 1100^оС ( B ) :

— Андрадит Ca₃Fe₂Si₃O₁₂ — 79 — 1659 □ – Волластонит CaSiO3 — 84 — 0654

◊ — Гематит Fe₂O₃ — 89 — 0599 ○ – Кристобалит SiO₂ — 76 — 0941

Рис.2 Рентгенограммы керамических пигментов 3CaO.Cr₂O₃.3SiO₂ при разных температурах: 900^оС ( A ) и 1100^оС ( B ) :

— Уваровит Ca₃Cr₂Si₃O₁₂ — 87 — 1007 ▲ — Волластонит CaSiO₃ — 84 — 0654

◊ — Кристобалит SiO₂ — 89 — 3434 □ — Кварц SiO₂ — 79 – 1910

○ — Оксид хрома (III) Cr₂O₃ — 82 — 1484

Методом рентгенофазового анализа было подтверждено наличие следующих фаз в пигментах: в 3CaO.Fe₂O₃.3SiO₂ — андрадит, волластонит, гематит и кристобалит, а в пигментах 3CaO.Cr₂O₃.3SiO₂ — уваровит, волластонит, оксид хрома, кристобалит и кварц. С повышением температуры замечается увеличение интенсивности пиков основных гранатовых фаз — андрадита и уваровита.

ЭПР спектр пигмента в системе 3CaO.Cr₂O₃.3SiO₂ (рис.3) состоит из широкого симметричного сигнала со следующими параметрами при 295К: g=1.9995, ΔH_pp=240mT. Параметры полученного парамагнитного ЭПР сигнала позволяют отнести ионы Cr³⁺ как включенных в кристаллической решетке граната уваровит — Ca₃Cr₂Si₃O₁₂.

Рис.3. ЭПР спектр зеленого пигмента при 120К, 160К, 200К, 240К и 295К

Цветовые координаты пигментов были определены в системе CIELab (рис.4): L* — яркость; L* = 0 — черный цвет; L* = 100 — белый цвет;

a* — зеленый цвет(-)/ красный цвет(+); b* — синий цвет(-)/ желтый цвет (+).

Рис.4 Диаграмма цветности в системе CIELab

Табл. 1 Результаты определения цветовых координат пигментов

ПИГМЕНТ	R	G	B	L*	a*	b*
3CaO.Fe₂O₃.3SiO₂ 900^oC	100,2	93,7	85,3	40,3	0.8	6,1
3CaO.Fe₂O₃.3SiO₂ 1000^oC	106,6	97,6	89,4	41,8	1.8	5,6
3CaO.Fe₂O₃.3SiO₂ 1100^oC	120,4	109,0	106,5	47.1	4,3	3,2
3CaO.Cr₂O₃.3SiO₂ 900^oC	143,4	149.2	128.4	59,6	-10,2	9,2
3CaO.Cr₂O₃.3SiO₂ 1000^oC	123,4	141.9	119,1	57,1	-10,9	9,9
3CaO.Cr₂O₃.3SiO₂ 1100^oC	116,8	134,8	101,1	54,3	-13,4	15,9
3CaO.Cr₂O₃.3SiO₂ 1200^oC	116,2	142,4	97,3	56,0	-18,1	21,5

Из представленных данных видно, что с повышением температуры обжига увеличивается количество красного цвета (+а*) для коричневых пигментов и количество зеленного цвета (—а*) для пигментов с участием хрома, при этом увеличивается и параметр (+b*). Оптимальная температура синтеза 1100⁰C.

В результате исследования подтверждается возможность получения гранатовых пигментов на основе андрадита и уваровита. Присутствие минералов было доказано рентгенофазовым анализом. Синтезированные пигменты могут использоваться для окрашивания керамических глазурей.

Работа была выполнена при финансовой поддержке РУ”А.Кънчев”проект 2016-ФРз-02

Список литературы:

Масленникова Г.Н., Пищ И.В., Керамические пигменты, Москва, Стройматериалы, 2009, 223с.
Соболев Н.В., Классификация породообразующих гранатов, Доклады АН СССР, 1964, № 2, 157 с.
Быстриков А.С., Петров Ю.Ф., Исследование синтеза хромового пигмента гранатового типа, Стекло и керамика , 1968, 8, 14-16
Зайчук А.В., Зеленые керамические пигменты гранатового типа на базе гранулированного доменного шлака, Научные труды Русенского университета, 2013, т.52, сер. 10.1, 78-82[schema type=»book» name=»СИНТЕЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ ГРАНАТОВЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ ПИГМЕНТОВ» description=»Целью данной работы является синтез новых гранатовых керамических пигментов. Зеленые и коричневые гранатовые керамические пигменты синтезируются при 800°C-1200°С. Полученные пигменты были исследованы с помощью рентгенофазового анализа и электронного парамагнитного резонанса. Цветовые характеристики были определены с Tintometr RT100 фирмы Lovibond. Лучшие пигменты используются в глазури для фаянса.» author=»Димитров Цветан Иванов» publisher=»Басаранович Екатерина» pubdate=»2016-12-06″ edition=»euroasia-science_30_22.09.2016″ ebook=»yes» ]

euroasia

Похожие записи