ВСЕ О КОРРОЗИИ   Знать - значит победить

Ультрамарин (пигмент)

Ультрамарин (химическая формула: (Na2O•Al2O3•mSiO2)x•Na2Sn) является неорганическим пигментом. Используется в лакокрасочной промышленности для сообщения краскам и эмалям зеленого, фиолетового, красного, и, в основном, синего цвета). В основу пигмента входит алюмосиликат натрия, который содержит включения полисульфидов и сульфидов натрия. Именно от полисульфидов натрия зависит основной цвет неорганического пигмента ультрамарина. Значение n колеблется от 2 до 5, m – от 2 до 3, x  - от 1 до 5. Для ультрамарина синего цвета n = 2 – 5, m = 2,5 – 3 и х = 2,5 – 3. Кристаллическая решетка всех ультрамаринов одинакова и не зависит от цвета и химического состава пигмента.

Получение (производство) синего пигмента ультрамарина

Синий пигмент ультрамарин производят путем термической обработки исходного материала. Сырьем служит несколько компонентов: диатомит  (он же инфузорная земля, целит, кизельгур или горная мука), каолин, имеющий химическую формулу Al2O3•2SiO2•2H2O, карбонат натрия (кальцинированная сода) и сера. Кроме основных компонентов к смеси сырья добавляют древесный уголь либо каменноугольный пек (битум). Они служат восстановителями. К сырью, используемого в производстве ультрамарина, предъявляется ряд требований. Например, каустическая сода обязательно должна быть чистой,  без примеси бикарбонатов. Это необходимо для того, чтоб полисульфиды натрия, образующиеся на начальном этапе обжига, не разложились. С этой же целью сырье перед термической обработкой тщательно просушивают. Диатомит и каолин не должны содержать примеси железа. Порошок серы не должен содержать примесей мышьяка, которые в процессе производства ультрамарина могут образовать с водородом очень токсичное соединение – арсин (мышьяковистый водород).

Для получения шихты все составляющие тщательно дробят до гомогенного состояния смеси. Измельчение сначала проводят всех компонентов по отдельности, а потом в смеси, в требуемом соотношении. Термическая обработка шихты может проводиться двумя методами: одностадийным либо двухстадийным.   

Одностадийный способ термообработки предусматривает загрузку шихты небольшими партиями по 5 – 7 килограмм в пористые тигли, изготовленные из шамотного кирпича. Каждый тигель закрывают крышкой и загружают в печь. Непосредственно  в печи тигли располагаются рядами, один ставят на другой.  Процесс обжига условно делится на три стадии. В первом периоде в восстановительной среде образуются полисульфиды и сульфиды натрия.  При этом температура повышается до 450 °С.  Воздух в систему не поступает. Во втором периоде протекает реакция между каолином и полисульфидами натрия. Продуктом взаимодействия этих элементов является ультрамарин зеленого цвета. Процесс протекает также в восстановительной среде, без доступа воздуха и при температуре около 725 - 780 °С. Смесь выдерживают несколько часов. Третий этап термообработки – «томление», в процессе которого зеленый ультрамарин окисляется и приобретает синий цвет. В период «томления» печь постепенно охлаждается при свободном доступе кислорода воздуха. Данный этап занимает около 8 – 15 суток.

Одностадийный способ термической обработки шихты сейчас используется очень редко, т.к. занимает много времени и требует больших трудозатрат. Печь долго разогревается, ее КПД низкий. Кроме того, за счет неравномерного распределения температуры внутри печи, ультрамарин получается низкого качества, с неоднородной структурой.

В наше время практически на всех предприятиях используют двухстадийную термическую обработку шихты при производстве синего пигмента ультрамарина. Он позволяет все вышеперечисленные  недостатки устранить. Сущность метода заключается в раздельном получении зеленого и синего пигмента. Благодаря современному, хорошо оснащенному оборудованию на стадии производства зеленого пигмента ультрамарина производится обжиг небольших партий материала, а в процессе изготовления синего  - смесь постоянно перемешивается. Первая стадия (производство зеленого ультрамарина) протекает в специальных печах шахтного типа, а вторая (получение пигмента ультрамарина синего цвета) – в печах с непрерывным перемешиванием при помощи встроенных мешалок. Эффективным также является метод производства ультрамарина с использованием печей вращающегося типа. Длительность двухстадийного способа  составляет всего около 40 – 50 часов.

В результате обжига  можно получить полуфабрикатный ультрамарин, который еще необходимо очистить от посторонних водорастворимых включений (удаляют соли, используя отмывку), просушить и тщательно измельчить.

Свойства пигмента ультрамарина

Ультрамарин используется только для придания цвета лакокрасочному материалу, способность защиты от коррозии пигмент краскам и эмалям не сообщает. Кристаллическая решетка пигмента ультрамарина выстроена из оксидов кремния и алюминия. Между узлами решетки находятся ионы серы и натрия. Характер связи натрия и серы определяет цвет ультрамарина. В красном и фиолетовом неорганическом пигменте между серой и натрием нет связи. В синем ультрамарине они образуют тетрасульфид, а в зеленом – дисульфид. Плотность ультрамарина составляет около 2200 – 2700 кг/м3. Укрывистость небольшая – всего около 120 г/м2. Термостойкость ультрамарина  - до 500 – 600 °С. Пигмент отличается очень высокой светостойкостью, но и фотоактивностью, поэтому не используется в производстве лакокрасочных материалов, предназначенных защищать поверхность от атмосферной коррозии. Размер фракций ультрамарина может быть очень разным, от 0,5 до 10 мкм. Интенсивность цвета не зависит от степени дисперсности. Даже самый тонкодисперсный порошок будет характеризоваться интенсивностью, намного меньшей, чем у лазури. Данная характеристика определяется химическим составом. Возрастание интенсивности и насыщенности происходит с увеличением содержания серы.

Ультрамарин разрушается под воздействием растворов кислот. При этом происходит выделение сероводорода. Но пигмент обладает достаточной устойчивостью к щелочам.

Применение (использование) ультрамарина

Ультрамарин нашел довольно широкое применение в различных сферах производства. Используется при изготовлении композиционных и лакокрасочных материалов. Ультрамарин синего цвета в производстве художественных красок, эмалей, композиций на основе клея, известковых и эмульсионных лакокрасочных материалов. В очень малом количестве пигмент ультрамарин вводят в системы для нейтрализации желтизны готового продукта.  Так отбеливают сахар, текстиль, бумагу, эмали и краски и многое другое. Используется  ультрамарин и в производстве пластических масс, линолеума и пр.


Обратная связь