Metode generale de fabricare a pigmentilor anorganici

Metode generale de fabricare a pigmentilor anorganici

A.Procedee de fabricare

Pigmentii anorganici se fabrica in general prin trei metode :

1. Metoda uscata prin calcinare;
2. Metoda umeda, prin precipitare;
3. Metoda mixta, prin precipitare, urmata de calcinare.

In continuare vom aminti cei mai importanti pigmentii din cele trei metode:

Pigmentii de calcinare:

• Oxidul de zinc;
• Oxidul verde de crom;
• Galbenul si rosul de cadmiu;
• Oxidul rosu de fier;
• Ultramarinul;
• Albastrul de cobalt.

Pigmentii de precipitare :

• Galbenul de crom;
• Verdele de crom;
• Albastrul de fier;
• Oxidul galben si negru de fier;
• Fosfatii;
• Rosu molibden.

Pigmentii obtinuti prin metoda mixta:

Bioxidul de titan;

Litoponul;

Oxidul rosu de fier.

Schema procesului tehnologic este urmatoarea

1.CONTROLUL MATERILOR PRIME

2.DOZARE

3.OMOGENIZARE

4.CALCINARE

5.MACINARE

6.SPALARE

7.FILTRARE SAU CENTRIFUGARE

8.USCARE

9.DEZINTEGRARE

10.CERNERE

11.CONTROLUL PRODUSULUI FINIT

12.AMBALARE

Fazele de finisare sunt identice pentru toate cele trei metode.Nu este obligatoriu ca fiecare pigment sa treaca prin toate fazele tehnologice.Unii pigmenti de calcinare, la care continutul in saruri solubile este minim, nu se spala, ci se trec direct la macinare.Liofilizarea se efectueaza numai la unele sortimente.Omare parte a materialelor de umplutura trec numai prin fazele de sortare si macinare, fara spalare, filtrare si uscare.Ca urmare, fiecare pigment are procesul lui tehnologic characteristic si in acest capitol se indica numai notiunile fundamentale ale acestor metode.

Pregatirea materiilor prime, ca prima faza a fabricatiei, are un rol hotarator asupra calitatii produselor.Impuritatile si duritatea apei utilizate influenteaza in mod vizibil nuanta pigmentilor obtinuti.Printre criteriile primordiale care concura la obtinerea produselor cu calitati constante, este constanta materiilor prime utilizate si absenta impuritatiilor daunatoare.

Procedeul prin calcinare.

La fabricarea pigmentilor, calcinarea poate sa aiba diferite scopuri:

Deshidratarea, ca in cazul fabricarii oxidului rosu de fier;

Oxidarea, la fabricarea miniului de plumb;

Reducerea, la obtinerea oxidului verde de crom;

Transformarea formei de cristalizare intr-o forma dorita, ca in cazul galbenului si rosului de cadmiu, oxidului de zinc sau litoponului;

Formarea combinatiilor dorite prin contopire,ca la albastrul de cobalt;

Cresterea dimensiunilor particulelor prin sinterizare la produsele coloidale, pentru a ajunge la particule de marime optima, care ofera cele mai bune efecte de pigmentare.Particulele primare de litopon cu diametrul de 0,03-0,07 µm.

Nu este de dorit ca durata si temperature calcinarii sa depaseasca valorile optime, fiindca prin sinterizarea exagerata a particulelor de pigmenti, proprietatile lor de pigmentare scad.In unele cazuri, pentru oprirea sinterizarii la momentul optim se aplica scufundarea in apa a pigmentului incins, aburul format avand un effect favorabil asupra texturii pigmentului si asupra eliminarii mai rapide a substantelor solubile in apa prin spalare.

Procesul de calcinare poate fi exprimat termodinamic prin ecuatia lui Helmholtz, in modul urmator:

RT/M*lnP /P =2/d [1/r -1/r ]

Sau

KT*lnP /P =r -r /r *r

Unde:

R-constanta universala a gazelor;

T-temperatura, in grade absolute, K;

M-greutatea moleculara;

d -densitatea lichidului;

P -presiunea de vapori a particulei avand raza r ;

P -presiunea de vapori a particulei avand raza r .

Din aceste ecuatii reiese ca presiunea de vapori a particulelor, cu raza mai mare, este mai mica, deci pigmentul tinde spre sinterizare in cursul calcinarii.

Procedeele industriale de calcinare se realizeaza in cuptoare cu vatra, in cuptoare cu mufa, in cuptoare rotative sau in cuptoare cu strat fluidizat.Pigmentii pot fi in contact direct cu flacara desi exista pericolul de impurificare a produselor, sau indirect in mufe sau tuburi rotative cu pereti dubli.Incalzirea in flacara directa este mai eficace in unele cazuri, dar la obtinerea sortimentelor cu calitati superioare se utilizeaza incalzirea indirecta a amestecului de reactie.

La procesele care au la baza topirea masei de ractie, ca de exemplu la albastrul de cobalt, se utilizeaza adaosuri de substante (1-2%) care coboara temperatura de fuziune a masei de reactie.Aceste adaosuri de substante se elimina ulterior, la spalarea pigmentului.

Obtinerea sortimentelor de pigmenti din amestecuri de componenti este posibila, numai atunci cand, omogenizarea reactantilor s-a efectuat perfect, astfel pigmentul rezultat va fi omogen si de calitate inferioara.

Procedeul prin precipitare.

La procedeele de fabricare a pigmentilor pe cale umeda prima faza tehnologica este dizolvarea reactantilor.Aceasta dizolvare se efectueaza in vase cilindrice verticale, prevazute cu agitatoare, cu racorduri la apa, abur, canalizare, protejate la nevoie contra coroziunii.Concentratia solutiilor se regleaza la valorile indicate si la nevoie se realizeaza purificarea lor prin sedimentizare sau filtrare.Solutiile pot fi preparate pentru fiecare sarja in parte sau pot fi stocate in vase mai mari.

Precipitarea pigmentilor din solutiile preparate se efectueaza de asemenea in vase cilindrice verticale de 5-50cm³, prevazute cu: agitator, incalzitor cu abur, conducta cu apa, de golire si termometru.Vasele de dizolvare, precipitare si spalare se confectioneaza de preferinta din lemn de brad fara noduri, care prin continutul natural de rasini, rezista mai bine la apa si solutii de substante chimice, decat celelalte materiale lemnoase.In unele cazuri cazile se confectioneaza din otel inoxidabil V A sau din beton protejat cu caramizi antiacide.Agitatoarele cu palete se confectioneaza tot din lemn de brad, iar turboagitatoarele din otel inoxidabil V A.Racordarile la apa , abur, pompe de transvazare si tijele de termometre se confectioneaza din material antiacid.

Gradul de dispersie a pigmentilor precipitate depinde in prima faza de concentratia solutiilor utilizate, de temperature precipitarii, durata precipitarii si durata agitarii dupa precipitare, precum si de durata fazei de spalare, respective durata stationarii pigmentului in fazele de precipitare si uscare.

Spalarea pigmentilor este necesara in vederea eliminarii substantelor solubile in apa din pigmenti, atat la sortimentele obtinute prin calcinare, cat si la cele rezultate in urma precipitarii.Deosebirea consta in faptul ca la pigmentii obtinuti prin calcinare, inaintea spalarii este necesara o premacinare uscata sau umeda a pigmentului.

Spalarea pigmentilor necesita in general 80-120m³ apa la o tona de pigment, in functie de modul de spalare.Daca spalarea se efectueaza prin decantari repetate, se urmareste o depunere cat mai rapida si cat mai completa a pigmentului in vedere decantarii unei cantitatii cat mai mari de apa.Eliminarea substantelor solubile nu depinde numai de numarul apelor schimbate, ci si de volumul suspensiei ramase in cuva de spalare dupa decantare, de raportul pigment-apa, de temperature si de duritatea apei utilizate.

Viteza de sedimentare a pigmentilor in faza de spalare influenteaza sensibil capacitatea intregii instalatii.Pentru marirea vitezei de sedimentare a pigmentilor se utilizeaza floculanti in proportie de 0,05-0,1% fata de pigment.

Tot pentru marirea vitezei de spalare se utilizeaza metoda de lucru prin care suspensia pigmentului format, impreuna cu apa-mama se introduce in filter prese, iar turtele de pigment se suspenda din nou in apa de spalare.Operatia se repeat de 2-3 ori, reducand timpul de spalare cu 50-60%.Nu este indicate spalarea pigmentilor in filter-prese, fiindca nu se poate realize o spalare uniforma si de buna calitate.Spalarea se continua pana la reducerea continutului in substante solubile in apa sub valoarea prescrisa.

Filtrarea suspensiilor de pigmenti se efectueaza in modul cel mai adecvat cu ajutorul filtrelor prese de diferite constructii, la o presiune de filtrare de 3-6 atm.Viteza de filtrare este mult ameliorate prin utilizarea floculantilor in faza de spalare.Totodata pigmentii formeaza agglomerate mai putin compacte, obtinand o textura mai moale.

Pigmentii anorganici avand particule de 0,1-2 µm

B.Procedee de finisare a pigmentilor.

Procedeele de finisare a pigmentilor, prin care li se confera forma fizica necesara asigurarii unei bune pigmentarii, sunt:

• Procedeul de uscare si macinare a pigmentului obtinut dupa sinteza propriu-zis prin care se obtin pigmentii sub forma de pulberi;
• Procedeul de flusare prin care pastele apoase de pigment rezultate din sinteza sunt transformate direct in paste uleioase;
• Liofilizarea pigmentilor.

Toate procedeele de finisare pornesc de la paste apoase de pigment.Sinteza pigmentilor poate fi realizata in astfel de conditii, incat acestia se obtin in final intr-o forma in care sa corespunda procedeului de finisare In cazul procedeelor amintite se poate actiona in cadrul sintezei la faza de precipitare a pigmentului.De obicei in cazul pigmentilor utilizati ca pulberi uscate, precipitarea trebuie condusa astfel incat sa nu se ajunga la particule prea fine, coloidale, deoarece dupa uscare produsele vor avea o textura dura.

In cazul cand pigmentii sunt finisati prin procedeul de flusare, se urmareste ca la precipitare sa se obtina particule cat mai fine, deoarece cu cat particulele vor fi mai fine, cu atat vor fi imbunatatite caracteristicile produsului, ca: puterea de colorare, puterea de acoperire,finetea.

Procedeul prin uscare si macinare.

Pastele de pigment asa cum se obtin in final dupa spalare si filtrare, contin 30-50% pigment, independent de dimensiunile particulelor, de natura agregatelor formate si de gradul de hidratare.

Din aceste paste pigmentii pot fi prelucratii in doua feluri:

• Eliminarea apei prin uscare in aparate uzuale ca uscatoare cu tavi, uscatoare cu benzi, uscatoare rotative, urmata de macinare;
• Eliminarea apei prin uscare in dispozitive speciale-atomizare, cu sau fara macinare ulterioara.

Uscatoarele cu tavi tip dulap contin de obicei 10-15 randuri de tavi, asezate la distante de 10-15 cm, cu cate 1 m² suprafata pe care pasta de pigment se aseaza in straturi de 2-5 cm grosime.Incalzirea aerului se asigura prin calorifere, iar schimbul de aer prin ventilatoare.Durata uscarii la 75-80 °C, este de 2-4 zile.

Uscatoarele cu benzi sunt uscatoare continue, incarcarea pastelor si desfacerea pigmentului uscat facandu-se mecanizat.

Suprafata ezpusa uscarii este mai mare decat in cazul precedent, reducandu-se timpul de uscare, deci si stationarea pigmentului in mediu umed la temperature ridicata si se evita astfel alterarile pigmentilor in aceasta faza.

In cursul procesului de uscare se produce o agregare hidrofila si anume, la indepartarea apei particulele sunt supuse unor forte de compresie care provoaca agregarea.Aceste forte de compresie se datoresc lucrului mechanic pozitiv de adeziune dintre toate componentele solide si lichide, la care se adauga valoarea ridicata a lucrului mecanic de coeziune a apei.

Pentru evitarea unei texturi dure se recomanda ca pigmentul sa nu se precipite la finite prea mare, daca se poate la temperature mai ridicate, micsorand gradul de hidratare si marind dimensiunile particulelor.

Macinarea si micsorarea pigmentilor si a materialelor de umplutura se efectueaza cu diferite sisteme de mori cu bile,dezintegratoare, mori cu jet si separatoare pneumatice.Acestea din urma sunt de obicei cuplate cu unul din sistemele de macinare amintite si sorteaza materialul macinat in fractia fina, care se ambaleaza, si in fractia grosiera, care se recircula la sistemul de macinare.

Procedeul de flusare

Flusarea este procedeul prin care un pigment este transferat direct dintr-un mediu apos intr-un mediu uleios, astfel incat pigmentul si uleiul sa formeze o masa coerenta din care sa fie eliminate cea mai mare parte a apei.

In procedeul de flusare se elimina faza de uscare, ca urmare se evita agregarea hidrofila si macinarea ulterioara a masei uscate, totodata particulele de pigmenti isi mentin gradul de dispersie initial din faza de precipitare sub forma de agglomerate usor legate.

Drept medii de dispersii uleioase se folosesc liantii de vopsele, liantii de cernelurii tipografice, sau lichide speciale care se adauga ulterior in vopsele.

In procesul de flusare pigmentii sunt transferati din faza apoasa in faza uleioasa prin amestecarea turtelor apoase in malaxoare basculante de tip Werner-Pfleiderer a caror actiune mecanica favorizeaza inglobarea particulelor de pigment in liant.Separarea apei are loc cu atat mai repede cu cat malaxarea se face mai energic si cu cat continutul in apa al pastei este mai mic.

Deoarece procesul de flusare se desfasoara in doua trepte (decantarea si incalzirea sub vid), aceste operatii se pot efectua in doua dispozitive independente, sau pentru a folosi intreaga capacitate a masinii, incarcarea se face treptat, adica dupa eliminarea in prima treapta a apei se adauga noi cantitatii de pasta si liant si se separa din nou in apa.