Пігменти і наповнювачі з техногенних відходів
2006-10-28 13:02:37
Будівельна індустрія споживає значну кількість пігментів і наповнювачів. Останні виконують в будівельних матеріалах як декоративні, так і захисні функції. Деякі пігменти і наповнювачі вводяться при виготовленні будівельних матеріалів, на основі інших виробляється різна лакофарбова продукція будівельного призначення (грунтовки, шпаклівки, водно-дисперсні і емалеві фарби) [1,2]. Запаси багатьох видів сировини, як правило, комплексного за складом, придатного для виробництва пігментів і наповнювачів, небезмежні. Підвищення ефективності його використання, а також залучення до переробки гірничорудних і техногенних відходів діючих виробництв зіграють позитивну роль у вирішенні завдання скорочення дефіциту згаданої продукції, розширення її асортименту, підвищення якості, а також призведуть до скорочення кількості відходів, що забруднюють навколишнє середовище. Далі автори намагатимуться проілюструвати вищесказане на конкретному прикладі, що стосується комплексної переробки хибинских апатит-нефелінових руд (АНР) з отриманням дешевих наповнювачів для будівництва. У таблиці наведено їх мінералогічний склад. Найменування мінералу Зміст мінералу в руді,% Склад мінералу, травні. % Апатит 33,7-35,0 Ca5 (PО4) F нефелін 40,6-42,2 (NaK) 2O AI2O3 2SiO2 егіриніт 8,7-9,5 NaFe +3 SiO6 Стено 2,4-2,9 CaSiTiO5 тітаномагнетіт 1,1-1,2 FeO Fe2O3 TiO2 Польові шпати 5,0-5,9 NaKAISi3O8 Ільменіт 0,1-0,2 Fe2TiO5 Концентрати апатитовий і частково сієніт реалізуються. Всі інші в основному спрямовуються у відвал, хоча схем їх збагачувального отримання розроблено досить багато [3]. Судячи за елементами, що входять до складу перерахованих мінералів, можна з упевненістю сказати, що практично всі вони придатні для отримання пігментів і наповнювачів, про що свідчать дані, наведені в роботі [4]. Вони можуть служити джерелом сполук кальцію (фосфогіпс, кальцієвий ангідрит), синтетичних оксидів (гідроксидів) алюмінію і кремнію, які використовуються в якості наповнювачів, а також діоксиду титану та оксидних сполук заліза, відомих як пігменти . На рис. 1 зображена принципова технологічна схема отримання різних пігментних продуктів з залученням сфенового, апатитового і нефелінового концентратів. Основний технологічний переділ – Сірчанокислотне розкладання концентратів з перекладом відповідно титану, фосфору, кремнію і алюмінію з твердої фази в рідку. Хімізм процесу представлений нижче. CaSiTiO5 + 2H2SO4 = TiOSO4 + CaSO4 + SiO2 + 2H2O (1) Ca5 (PO4) 3F + 5H2SO4 = 3H3PO4 + HF + 5CaSO4 (2) (NaK) 2OAl2O32SiO2 + 4H2SO4 = (NaK) 2SO4 + Al2 (SO4) 3 + H2SiO3 + 3H2О (3) Отримані за описаним реакцій розчини і опади використовувалися для синтезу ряду продуктів. Фосфат-титано-кальцієва пігментна композиція (ФТКК) являє собою білий порошок мелкодісперсний, складається з фосфату і діоксиду титану, сульфату кальцію моногідрат структури і аморфного кремнезему. Синтез композиції проводиться таким чином, що останні два компоненти стають носієм оболонки титанових сполук [5]. Процес проводять за такою методикою. Сфеновий концентрат піддають розкладанню під впливом сірчаної кислоти, яка містить 450-500 г / л H2SO4, при нагріванні маси (105-1080С) і інтенсивному перемішуванні. Через 7-10 год в неї додають фосфорну кислоту, отриману при розкладанні апатиту. Витрата її становить 20-40% Р2О3 по відношенню до TiO2 в Стено. Фосфорна кислота взаємодіє з сульфатом титану (IV), утворюючи аморфну фазу фосфату титану, яка володіючи великим поверхневим зарядом, сорбується на поверхні активних частинок твердої фази, що утворилася з реакції (1). Подальше нагрівання маси супроводжується поглибленням процесу розкладання сфена з перекладом титану (IV) в рідку фазу. При добавці до неї через 3-5 год спеціальних зародків відбувається гідроліз титану (IV) і виділення його в осад у вигляді гідратованого гідроксиду. Сформувався в процесі розкладання і гідролізу осад відокремлюють від рідкої фази фільтруванням, промивають водою і після спеціальної обробки модифікаторами прожарюють при температурі 650-7000С. Такий продукт містить до 30% ТiO2, має високий показник білизни, тому що має в своєму складі фосфат титану. Пігментні характеристики дозволяють застосовувати його для приготування фарб на органічній і водній основах. Фосфат титану (ФТ) – світлостійких порошок, що володіє підвищеною білизною. Крім використання його у виробництві фарб, фосфат титану застосовується в якості наповнювача високосортної паперу, пластмас, а також в якості сорбенту багатьох токсичних елементів. Для отримання ФТ використовують рідку фазу (титанові розчини) після розкладання сфена протягом 7 год за методикою, описаною вище. У розчин поступово при перемішуванні і нагріванні (50-690С) вводять фосфорну кислоту з розрахунку досягнення мольного співвідношення ТiO2: Р2О3 = 2: 1. Суміш контактує 1,5-2 год, а потім її залишають у спокої на добу для формування заданої структури твердої фази. В залежності від його подальшого призначення аморфний ФТ-гідратований гідрофосфат титану (2ТiO2: Р2О5: 5-8Н2О) піддають сушці або прокаливанию. В умовах прожарювання (600-8000С) відбувається його практично повна кристалізація у вигляді двох фаз, що відповідають формулам (ТiO) 2Р2О7 і Тi4Р6O23. Титано-силікатна пігментна композиція (ТСК) по своєму складу і структурі класифікується як композиція оболонкового будови [6]. Основу технологічної схеми його синтезу складає термічний гідроліз сфенового сірчанокислого титанового розчину в присутності силікатної розчину, отриманого з нефеліну по реакції (3). Витрата останнього становить приблизно 30% SiO2 по відношенню до TiO2. Процес включає дві стадії – кінетичну і дифузійну. Кінетична триває приблизно 1 год і супроводжується утворенням колоїдної фази кремнегеля з осадженням на його поверхні частинок гідроксиду титану. Дифузійна стадія, на якій швидкість реакції лімітується швидкістю гідролізу титану (IV) в умовах підвищеної кислотності титанової системи. Ініціювати гідроліз можна введенням спеціальних зародків або зниженням кислотності за рахунок розбавлення гідролізної суспензії. Збільшення витрат силікатної компонента більше вказаного значення не впливає на швидкість гідролізу, що, мабуть, можна пояснити вузькими межами зміни кислотності, в яких відбувається гелеутворення кремнію (IV). Титано-силікат пігмент по пігментним властивостями практично не відрізняється від відомого продукту – пігментного діоксиду титану анатазной модифікації (ГОСТ 9808-84). Сульфатотітаніл амонію – (NH4) 2TiO (SO4) 2 Н2О (СТА) – кристалічна сполука, добре розчиняється у воді з отриманням концентрованих титанових розчинів, які служать основою для синтезу пігментного діоксиду титану і композицій на його основі [4]. Сульфатотітаніл амонію отримують методом сірчанокислотного вилуговування сфена при нагріванні з перекладом титану (IV) в рідку фазу до вмісту в ній H2SO4 – 400-500 г / л і TiO2 – 80-100 г / л. Кристалізація СТА проводиться шляхом добавки в зазначений розчин висалівателя, роль якого виконує сульфат амонію. Кількість останнього береться з розрахунку 300-400 г / л [7]. Стабілізацію структури СТА здійснюють за допомогою промивання кристалічної маси насиченим розчином сульфату амонію. Особливий різновид в класифікації пігментів становлять антикорозійні пігменти. Їх дія заснована на різному захисному механізмі. Традиційні антикорозійні пігменти містять токсичні елементи (хром, свинець), що створює певні труднощі при їх отриманні та експлуатації. Останні розробки в цій галузі пов'язані із заміною шкідливих компонентів на нешкідливі, а також з розробкою композицій, складові яких підвищують захисну дію основного з'єднання [6]. На рис. 2 приведена принципова схема отримання антикорозійних пігментів (інгібіторів корозії) з використанням апатиту і нефеліну. Вони містять кислий фосфат алюмінію і залежно від параметрів отримання наповнені кремнегелем і сульфатом кальцію. Приготовлені на основі таких композицій водно-дисперсійні грунтовки при нанесенні їх на поверхню, що захищається утворюють щільне і гладке покриття, часто не вимагає додаткової забарвлення. Розроблено рецептура, за якою фарбу отримують за схемою, що виключає операцію термообробки проміжного продукту [8]. Крім того, запропонована каскадна схема переробки пінного продукту, що залишається після нефелінових флотації (сливи в хвостосховище), з отриманням мономінеральних концентратів, а також алюмофосфатні композиції та ефективного коагулянту-флокулянта, який використовується для очищення води і для згущення суспензій, що містять дрібнодисперсний і часто колоїдну тверду фазу Реалізація представленої схеми дозволяє поєднати процеси хімічного синтезу та збагачення [9]. Таким чином, показано, що переробляючи свої ж відходи, будь гірничозбагачувальне підприємство може виробляти дефіцитну продукцію і тим самим значно збільшити економічну ефективність виробництва, вирішуючи попутно проблеми екології. Список літератури 1. Саприкін М.В., Конін С.А Економічні аспекти розвитку споживчого ринку Л КМ в 1999 р. / / Лакофарбові матеріали та їх застосування. 1999. № 9. С. 6-8. 2. Стан світової лакофарбової промисловості в 1997 р. (за матеріалами прес-конференції Сепе) / / Лакофарбові матеріали та їх застосування. 1998. № 12. С. 26-27. 3. Федоров С. Г. Акціонерне товариство «Апатит» вчора, сьогодні, завтра / / Гірський журнал. 1999. № 9. С. 4-8. 4. Герасимова Л.Г. Пігменти і наповнювачі з природної сировини і техногенних відходів. 2001. 100 с. 5. Патент 2150479 РФ МКИ С09С 1/36, CO1G 23/047. Герасимова Л.Г. та ін Спосіб переробки сфена концентрату. Опубл. 10.06.2000, Б.І. № 16. 6. Латишев Ю.В., Леньов Л.М., Семенов Н. Ф. Антикорозійні пігменти / / Лакофарбові матеріали та їх застосування. 1997. № 2. С. 14-18. 7. Патент 2084402 РФ МКИ C01G 23/00, С09С 1/24, 1/36 / / Попов І.О., Герасимова Л.Г., Васильєва Н.Я. Спосіб переробки сфена. Опубл. 20.07.97, Б.І. № 20. 8. Герасимова Л.Г., Миколаїв AM, Васильєва Н.Я. Будівельні фарби на основі алюмосилікатних пігментних наповнювачів / / Будує, матеріали. 2000, № 1.С. 27-28. 9. Герасимова Л.Г. та ін Використання хвостів апатито-нефелінових флотації для одержання антикорозійних композицій. Міжнародний екологічний симпозіум «Нове в екології та безпека життєдіяльності». / / Праці. Т. 1. СПб, 2000. С. 202.
ДЖЕРЕЛО: Будівельні матеріали