Лако-красочные материалы — производство

Так как раствор сернистого бария содержит, как было указано выше, кроме сернистого бария, продукты его гидролиза, то наряду с этой основной реакцией протекает и ряд побочных реакций, при­водящих к образованию окиси цинка (стр. 198).

Для получения литопона применяют деревянные чаны 48 ем­костью 20—25 м3, снабженные мешалками (рис. 70, в). Сернистый барий и цинковый купорос сливаются в чан для получения лито­пона обычно самотеком.

Шульц [47], исследуя зависимость свойств литопона от условий его осаждения, нашел, что для получения светостойкого литопона осаждение нужно вести до небольшого избытка сернистого бария.

Богоявленский и Нерославская, исследуя в НИИЛК зависи­мость свойств литопона от pH среды в момент осаждения, нашли, что свойства литопона зависят от конечной величины pH получае­мой суспензии. Они нашли, что при pH = 5 и ниже, т. е. при из­бытке цинкового купороса, получаются стабильные, плохо оседаю­щие и фильтрующиеся суспензии. Литопон таких суспензий при последующем прокаливании спекается и затем плохо размалы­вается. При pH = 7 и выше получаются коагулированные, хорошо отстаивающиеся и фильтрующиеся суспензии; отфильтрованный осадок не спекается и после прокаливания легко гасится, переходя в тонкую суспензию. При pH = 7—9 количество окиси цинка во время прокаливания увеличивается всего на десятые доли процента, а при более низких pH это увеличение может дойти до 1 % и выше. При pH — 5—7 получается продукт с промежуточными свойствами. Цвет литопона, осажденного при pH — 7—9, чисто-белый; при более низ­ких pH цвет приобретает явно выраженный желтоватый оттенок.

По данным заводской практики, качество литопона зависит не только от конечной величины pH литопонной суспензии, но и от величины pH суспензии во время сливания растворов сер­нистого бария и цинкового купороса; по этим данным, pH должно быть все время в пределах 7,5—8,3.

Правильность осаждения литопона проверяют раствором серно­кислого кобальта. Для проверки несколько капель сернокислого кобальта из капельницы спускают на хорошо освещенную поверх­ность суспензии в чане. При избытке в суспензии сернокислого цинка на месте падения капель сернокислого кобальта появляется розовое пятно, а при большом избытке сернокислого бария — чер­ное; при правильном осаждении, т. е. при незначительном избытке сернокислого бария, пятно окрашено в зеленовато-голубой цвет. Повторную проверку производят раствором фенолфталеина: 2—3 капли фенолфталеина, спущенные из капельницы на поверхность суспензии — должны при правильном осаждении литопона окра­ситься в розовый цвет. Для третьей проверки небольшое количе­ство суспензии отфильтровывают и к фильтрату добавляют не­сколько капель уксуснокислого свинца РЬ(СН3СОО)2. При пра­вильном осаждении фильтрат окрашивается в светло-коричневый цвет, при большем избытке сернистого бария выпадает черный осадок сернистого свинца, а при избытке сернокислого цинка вы­падает белый осадок сернокислого свинца.

Чан для осаждения литопона 48 (рис. 70) снабжен двумя спу­скными трубами: одна из них присоединена к чану у самого дна и служит для полного освобождения чана в случае ремонта, вто­рая, рабочая, присоединена выше первой на расстоянии 1/3 высоты чана. При пользовании этой рабочей трубой в чане после откачки суспензии всегда остается около 30% его содержимого. Случайный избыток цинкового купороса, который может образоваться в чане при невнимательной работе, попадая в большое количество (6— 7ж3) оставшейся суспензии, сильно разбавляется, и таким образом предупреждается заметное понижение pH, а следовательно, и сни­жение качества литопона.

Осажденная в чане 48 суспензия содержит литопона 180— 200 г/л. Для увеличения производительности фильтровальной ап­паратуры суспензию уплотняют, для чего ее перекачивают в боль­шие бетонные сборники 49, из которых отстоявшуюся сверху воду сливают в канализацию или сифоном или через краны, находя­щиеся на различной высоте. Уплотненную суспензию с содержа­нием литопона уже 260—300 г! л перекачивают в подогреватель 50, в котором уплотненную суспензию нагревают острым паром до 70—75°. Нагревание суспензии необходимо для увеличения про­изводительности вакуум-фильтров. Однако нагревание выше 75° не рекомендуется, так как при более высокой температуре воз­можно вскипание жидкости под вакуумом, в результате чего ва­куум в системе падает.

В подогревателе к литопонной суспензии добавляют очищен­ный раствор поваренной соли в таком количестве, чтобы после фильтрации и сушки литопона в нем оставалось 0,3% NaCL При­сутствие в литопоне хлористых солей, и в частности поваренной соли, обеспечивает, как будет показано ниже, получение при про­каливании литопона с пониженной маслоемкостью. Но так как в присутствии хлористого натрия литопон становится светочув­
ствительным (стр. 196), то для повышения его светостойкости в него вводят вместе с цинковым купоросом и необходимое коли­чество сернокислого кобаль­та (стр. 197).

Из существующих систем фильтровальных аппаратов наиболее совершенными. яв­ляются механические ва­куум-фильтры. Они дают возможность механизировать очень трудоемкий процесс фильтрации и создать непре­рывный процесс.

Основным недостатком большинства систем меха­нических фильтров является конструкция их приспособле­ния для съема отфильтро­ванной пасты. Это приспо­собление состоит из ножа, который, снимая пасту, вдавливает часть ее в поры фильтровальной ткани, вследствие чего производитель­ность фильтра со временем понижает­ся. От этого недостатка свободны фильтры, съем пасты с которых про­изводится рядом шнуров, обеспечиваю­щих съем осадка без забивки пор фильтровальной ткани (рис. 74—77).

Фильтр состоит из деревянного ко­рыта, в которое насосом периодически подают из чана 50 (рис. 70, в) подо­гретую пульпу. Для предупреждения переполнения корыто снабжено пере­ливной трубой, отводящей избыток пульпы обратно в чан 50. В корыте вращается деревянный барабан и дви­жется мешалка, препятствующая осаж­дению осадка на дно корыта. На каж­дой доске, образующей боковую по­верхность барабана, имеются два штуцера, от которых внутрь барабана идут две каучуковые трубки. Один ко­нец оси барабана вращается в обык­новенном подшипнике, второй — в под­шипнике, представляющем собою рас­пределительную головку фильтра, ко­торая снабжена снаружи штуцерами, соединенными с вакуум — котлами низкого и высокого вакуума, третий штуцер сообщается
с атмосферой. Вакуум в котлах поддерживается специальным ва­куум-насосом.

Каучуковые трубки, идущие с поверхности фильтра, оканчи­ваются на штуцерах диска, скользя­щего при вращении барабана по боко­вой поверхности распределительной го­ловки. Чтобы предупредить прилипа­ние фильтровальной ткани к поверхно­сти барабана, на нее набивают плете­ные маты из ивовых прутьев, на маты натягивают ткань редкого плетения и уже на нее — фильтровальное полот­но. Поверх полотна по барабану идет ряд специальных шнуров, которые в одном месте отводятся от барабана валиком. Эти шнуры служат для сня­тия отфильтрованной массы с поверх­ности барабана. Направление движе­ния шнуров видно на рис. 74 и 75,

Поверхность барабана, погружен­ная в жидкость, находящуюся в коры­те, через каучуковые трубки присоеди­няется к той части распределительной головки, которая сообщается с низким вакуумом. Под влиянием небольшого вакуума пульпа, на­ходящаяся в корыте, присасывается к поверхности барабана; жид­кость проходит через фильтровальное полотно, мат и каучуковые трубки и попадает в вакуум-ко­тел низкого вакуума; твер­дые же частицы пульпы задерживаются на полот­не. После выхода из ко­рыта эта часть барабана через каучуковые трубки присоединяется к той ча­сти распределительной головки, которая приклю­чена к котлу высокого вакуума. Под влиянием Высокого вакуума жид­кость, оставшаяся в осадке, отсасывается из него через трубки в котел высокого вакуума. Фильтрат из котлов низкого и высокого ва­куума откачивается специальными насосами, работающими против вакуума, или спускается в барометрический колодец. Осадок, на

ходящийся на верхней части барабана, продолжает оставаться под сильным вакуумом. В этом положении осадок либо промывается водой, которая подается особыми оросителями, либо отжимается специальным полотном, которое натягивается и прижимается к осадку валиками. При дальнейшем движении барабана части его, находящиеся под высоким вакуумом, попадают в положение, когда они присоединяются к атмосфере. Осадок, находящийся на части барабана, сообщающейся с атмосферой, может быть, легко снят с барабана упомянутыми выше шнурами следующим образом.

При погружении барабана в суспензию по его поверхности на­тянуты шнуры, поверх которых и садится осадок. Барабан с шну­рами и осадком вращается вокруг оси. В положении, при котором барабан приключается к атмосфере, шнуры отходят от барабана на специальный валик. Удаляясь от барабана, шнуры поднимают осадок с поверхности барабана и сбрасывают его на движущийся транспортер.

Литопон, сходящий с вакуум-фильтра, содержит 43—45% воды. С 1 м2 поверхности барабана за час можно снять до 50 кг лито­пона, считая на сухой остаток. Чем быстрее вращается барабан, тем тоньше слой остающегося на нем пигмента. При слишком бы­стром вращении барабана слой отфильтрованного пигмента полу­чается настолько тонким, что шнуры его не поднимают, а проре­зают.

Отфильтрованный литопон не является еще пигментом, так как он не обладает необходимыми техническими свойствами: укрыви — стостью, маслоемкостью и др. Эти свойства он. приобретает в ре­зультате специальной обработки, заключающейся в прокаливаний высушенного литопона — полуфабриката. Раскаленный литопон быстро охлаждают в холодной воде, подвергают мокрой сепара­ции, мокрому размолу, вторичной фильтрации, вторичной сушке и, наконец, сухому размолу.

Литопонная паста, отделенная на фильтре 5І (рис. 70, в) от ос­новной массы воды, подается питателем 52 в сушилку 53.

Сушка полуфабриката производится в сушилках различной кон­струкции. В СССР для сушки литопона приняты ленточные, непре­рывно действующие сушилки.

В ленточной сушилке (рис. 78) литопон сохнет впрессованным в ячейки алюминиевой ленты (рис. 79). Бесконечная лента длиной 320 м непрерывно движется в сушилке. У начала сушилки валик впрессовывает литопон в движущуюся ленту; в конце сушилки ударное приспособление, ударяя по ленте, встряхивает ее, в ре­зультате чего из ячеек выпадают плитки высохшего литопона. Лента передвигается вдоль камеры сушилки, подвешенная петлями (рис. 80). Сушка литопона в сушилке производится или воздухом, нагретым в паровых калориферах, или продуктами сгорания гене­раторного газа. Влажный воздух передвигается в сушилке и вы­брасывается из нее системой вентиляторов.

Эти сушилки в настоящее время на зарубежных заводах заме­няются более компактными турбинными сушилками системы Бют — тнера [55].

Высушенный полуфабрикат содержит около 5% воды, которая удаляется при последующем прокаливании.

После сушки литопон-полуфабрикат поступает на прокалива­ние. Прокаливание литопона, так же как и его осаждение, является

одним из наиболее существенных процессов в производстве лито­пона, которым определяется сильное увеличение его укры — вистости.

Для объяснения роста укрывистости литопона во время его про­каливания было предложено несколько гипотез. Первоначально увеличение укрывистости литопона объясняли увеличением пока­зателя преломления, которое якобы происходит во время прокали­вания. Однако экспериментальная проверка не подтвердила этого предположения. Приводим показатели преломления литопона, про­каленного при разных температурах [56]:

Температура, °С… . 150 300 450 600 750 900

Показатель преломле­ния 2,21 2,21 2,30 2,30 2,27 2,17

Из этих данных видно, что прокаливание литопона при разных температурах не влияет заметно на величину показателя прелом­ления.

Экспериментальные исследования не подтвердили и ряд Других гипотез.

В настоящее время можно считать установленным, что увеличе­ние укрывистости литопона во время прокалки происходит вслед­ствие увеличения размера его частиц с 0,5 р и меньше до 1,5—3,0 р [56]. На укрупнение частиц литопона во время прокалки указывали

еще в 1939 г. Богояв­ленский и Кузнецова.

Механизм роста крупных частиц за счет мелких можно предста­вить себе различно. Так, например, можно предположить, что пе­реход молекул с мел­ких частиц на крупные происходит по поверх­ности плотного сопри­косновения мелкой и крупной частицы, когда они сталкиваются (спе­каются). Можно также предположить, что рост одних частиц за счет других происходит в результате соприкосно­вения между собой двух мелких частиц (агломерации) и перехода молекул с меньшей частицы на более крупную. Рост крупных ча­стиц за счет мелких может происходить, наконец, в результате рас­творения мелких частиц в пленке расплавленных посторонних солей (хлористого натрия), окружающей крупные частицы. Раство­рившееся вещество диффундирует к поверхности крупной частицы и осаждается на ней.

Наиболее вероятный механизм роста крупных частиц за счет мелких заключается, по-видимому, в испарении мелких частиц при высокой температуре и конденсации образовавшихся паров на по­верхности крупных частиц. Возможность такого механизма роста крупных частиц за счет мелких подтверждается известной законо­мерностью, в силу которой упругость паров какого-нибудь вещества над поверхностью большой кривизны (мелкие частицы) больше, чем над поверхностью малой кривизны (крупные частицы). В силу этой закономерности пары сернистого цинка и сернокислого бария будут двигаться от мелких частиц к крупным и осаждаться на последних. Такой механизм процесса роста частиц подтверждается
аналогичным явлением, происходящим с кристаллами камфоры: мелкие кристаллы камфоры, помещенные в небольшой закрытый сосуд вместе с крупными, испаряются и исчезают, а крупные уве­личиваются за счет конденсации на их поверхности образовавшихся паров.

Обстоятельное исследование в НИИЛК процесса обжига Бого­явленским и Кузнецовой показало, что температура и продолжи­тельность прокаливания, а так­же атмосфера, в которой оно производится, оказывают боль­шое влияние на свойства полу­чаемого литопона и что прока­ливание литопона, осажденно­го при pH = 6, т. е. при не­большом избытке цинкового купороса, приводит к увеличе­нию количества ZnO в фабри­кате. По их данным, повыше­ние количества ZnO объясняет­ся реакцией, протекающей вы­ше 500° между адсорбирован­ным цинковым купоросом и сернистым цинком;

ZnS — f — 3ZnS04 —* 4ZnO ф 4SOa

Далее они установили, что потери при прокаливании, воз­растающие с повышением тем­пературы, слагаются, по-види­мому, из воды, выделяющейся из гидрата окиси и сульфгид — рата цинка и водорастворимых солей, частично улетучиваю­щихся при высоких темпера­турах. Потери растут также и с увеличением продолжи­тельности прокаливания.

Температурными кривыми, снятыми на приборе Курнакова, Бо­гоявленский и Кузнецова показали, что выделяющаяся вода не свя­зана химически с сернистым цинком, как это полагали раньше. Рентгенографическим анализом они показали, что выделение воды не сопровождается изменением структуры ни ZnS, ни Ва$С>4.

Пигментные свойства продукта (укрывистость, маслоемкость и интенсивность) с повышением температуры прокаливания до 700° значительно улучшаются. Зависимость пигментных свойств от температуры прокаливания литопона, прокаленного в течение 1 часа в атмосфере азота, приведена в табл. 24,

Пигментные свойства, кроме того, зависят и от продолжитель­ности прокаливания, В табл, 25 показана зависимость пигментных свойств от продолжительности прокаливания литопона в атмосфере азота при 700°.

Из данных табл. 25 следует, что при увеличении продолжитель­ности прокаливания сверх 1 часа укрывистость литопона начинает понижаться.

Высушенный в сушилке 53 (рис. 70) литопон-полуфабрикат транспортером 54 и элеватором 55 подается в бункер 56, а из него

самотеком поступает через та­рельчатый питатель 57 в прока — лочную печь 58.

Печи для обжига полуфабри­ката, принятые на всех литопон — ных заводах, работают по прин­ципу противотока. Вращающаяся печь (рис. 81 и 82) длиной 14 м и диаметром 1,5 ж имеет внутри специальную футеровку. Кроме обычной футеровки по окружно­сти барабана, предохраняющей печь от потерь тепла, внутри печи имеется выложенная из силибида (огнеупорный теплопроводящнй материал, содержащий до 70% карборунда) вторая футеровка. Силибидная футеровка выложена таким образом, что образует девять продольных каналов, идущих вдоль всей печи. По цент­ральному силибидному каналу диаметром 0,7 м проходит высу­шенный литопон-полуфабрикат, а по восьми периферическим ка­налам в противоположном направлении движется генераторный газ с воздухом, необходимым для его горения. Сгорание газа происхо­дит, таким образом, в периферических каналах, а выделяющееся при горении газа тепло через силибидные стенки передается внутрь

Рис. 81. Общий вид вращающейся муфельной печи.

центрального канала — муфеля. Применение для обжига литопона муфельных печей дает возможность предохранить литопон от за­грязнения его сажей и другими продуктами неполного сгорания газа.

Газ подается в печь через две горелки, вмонтированные в не­подвижную каретку печи. Расположение горелок обеспечивает тан­генциальное направление горящего газа, в результате чего он попа­дает во все восемь каналов в одинаковом количестве. Воздух, не­обходимый для сгорания газа, засасывается через щели в крышке

горелки. Ширину щелей можно регулировать. Во избежание бы­строго засорения горелок и каналов смолистыми веществами, со­держащимися в горячем неочищенном газе, для обогрева муфель­ных печей применяют холодный очищенный газ.

Прокаливание литопона в муфельной печи производится в тече­ние 45 мин. при 700—750°.

Для обжига литопона применяют иногда муфельные печи, не­сколько отличающиеся от описанных. У этих печей передняя часть, в которую подается газ и из которой выходит обожженный лито­пон, выложена также фасонным кирпичом, который образует му­фель и пять каналов для газа (рис. 83). Этот фасонный кирпич сделан из обыкновенной шамотной массы, а не из силибида, как в описанных выше печах. Во второй половине печи, в которую за­гружается высушенный литопон-полуфабрикат, фасонных кирпичей нет, а продолжением шамотного муфеля служит труба из жаро­упорной стали. На наружной поверхности стального муфеля на­варены спиральные ребра из этой же стали, которые направляют

і

/ — корпус; 2 — газовые каналы; 3—шамотный центральный муфель; 4 — муфель из жаростойкой стали; 5 — направляющие лопатки,
6’—отверстие для ввода материала; 7—течка для выдачи материала; 8 — отвод газов.

газ, выходящий из шамотных каналов, вдоль стального муфеля по спирали. Обогрев печи производится при помощи пяти горелок, установленных по одной против каждого газового канала. Горелки вращаются вместе с печью.

Вследствие большой теплопроводности жароупорной стали на­гревание литопона до 700—750° происходит значительно быстрее, и при дальнейшем движении по шамотному муфелю литопон только выдерживается нужное время при заданной температуре. Это дает возможность сократить длину печи до 10 ж и заменить дорогостоя­щую силибидную футеровку более дешевой шамотной.

Из муфельной печи прокаленный литопон но железному рукаву ссыпается в чан гашения 59, снабженный мешалкой. В чан непре­рывно подают холодную воду. Вследствие быстрого и сильного охлаждения кусочки раскаленного литопона распадаются на очень мелкие частицы. При правильном обжиге гашеный литопон пред­ставляет сметанообразную массу.

Исследование процесса обжига литопона показало, что в при­сутствии хлористых солей щелочных или щелочноземельных метал­лов прокаливание протекает интенсивнее. Это значит, что для до­стижения нужных результатов можно в присутствии хлористых со­лей либо сократить время прокаливания, либо понизить темпера — туру. При прокаливании в присутствии хлористых солей получается продукт со значительно более низкой маслоемкостью. Так, напри­мер, при прокаливании нормального производственного литопона без добавки хлористых солей получается пигмент с маслоемкостью 19—20, при прокаливании того же литопона с примесью поварен­ной соли (0,3%) или хлористого бария получается пигменте масло­емкостью И —13.

Для контроля степени обжига небольшое количество суспензии гашеного литопона тщательно отделяют от воды на маленькой во­ронке Бюхнера. Крупинку отфильтрованной массы растирают в ступке с 2—3 каплями отбеленного льняного масла, и образую­щуюся пасту пальцем наносят тонким просвечивающим слоем на стеклянную пластинку рядом с контрольным образцом заведомо хорошо обожженного литопона. Контрольный образец следует еже­дневно делать свежий. О степени обжига судят, сравнивая в про­ходящем свете цвета испытуемого и контрольного образцов. При правильном обжиге цвет образцов совпадает. При недостаточном обжиге нанесенный слой имеет синеватый оттенок, который выра­жен тем сильнее, чем сильнее недожог. При пережоге образец приобретает желтоватый оттенок, который при сильном пережоге может перейти в коричневый.

Из чана 59 (рис. 70), суспензия переливается по рукаву, нахо­дящемуся у верхнего края чана, во второй такой же чан 60. Круп­ные частицы суспензии опускаются на дно и, перетираясь в резуль­тате работы мешалки друг о друга, измельчаются, всплывают на­верх и также перетекают в чан 60. Суспензию, сливающуюся

с верхней части второго чана гашения 60, насосом подают на классификацию и размол.

Из чана гашения 60 суспензию насосом подают в стоящий выше чан 61 с медленно вращающейся мешалкой. В этом чане суспен­зию разбавляют водой до содержания литопона 50 г/л. Разбавлен­ная суспензия переливается по трубе, вмонтированной у верхнего края чана, во второй такой же чан 62, Крупные частицы суспензии, опускающиеся на дно чанов 61 и 62, самотеком возвращаются в чан гашения 59. Из чана 62 насос непрерывно откачивает суспен­зию в первый классификатор 63. Тонкая суспензия из верхней части классификатора сливается в желоб, идущий вдоль верхнего края классификатора, а из него по трубе поступает в центр второго классификатора 64 такой же конструкции, но большего диаметра. Крупные частицы, оседающие на дно классификаторов 63 и 64, или поступают самотеком, или подаются насосом в шаровую мель­ницу 65. Измельченная суспензия из шаровой мельницы сливается в бачок 66, а из него насосом непрерывно возвращается в чан 61.

Во втором классификаторе 64 тонкая суспензия переливается в желоб, идущий вдоль верхнего края классификатора, а из желоба сливается в отстойник 67, в котором суспензия отстаивается от избытка воды. Избыток воды сливается через трубу у верхнего края чана, а сгустившаяся суспензия собирается у дна. Часть воды, сливающейся из отстойника 67, для уменьшения ее расхода возвращают в чан гашения 59, а часть, во избежание обогащения водорастворимыми солями, спускают в канализацию.

Наряду с описанными классификаторами для выделения из суспензии тонкодисперсных фракций литопона могут быть, по-види­мому, использованы и гидроциклоны. Однако опыты по их примене­нию на Ленинградском литопонном заводе исчерпывающих резуль­татов пока не дали.

Суспензию, сгустившуюся в отстойнике 67, насосом непрерывно откачивают в чан 68, в котором ее подогревают острым паром до 70—75°. Подогретую суспензию накачивают в корыта вакуум — фильтров 69. Отфильтрованную пасту с содержанием воды 24~~-28% через питатель 70 подают в сушилку 71; из которой сухой лито — пон выходит с содержанием влаги 0,1 —0,3%. Высушенный литопон транспортером 72 подают в элеватор 73, который высыпает литопон в бункер 74. Из бункера 74 литопон через тарельчатый питатель поступает в дезинтегратор 75. Для получения высокодисперсного литопона рекомендуется измельченный литопон пропустить через второй дезинтегратор 76, который соединяется с первым дезинте­гратором элеватором 77 и бункером 78. Измельченный литопон ссыпается в бункер 79, из которого литопон поступает самотеком в упаковочную машину 80, пакующую его либо в бочки по 200 кз, либо в бумажные мешки по 40—50 кг.

Е. Ф. ВеленькиЙ, И. В. Рискни

По ГОСТ 907—53 литопон должен удовлетворять следующим требованиям:

Содержание соединений цинка в пересчете на ZnS в %, не менее. 28,0

Содержание соединений цинка, растворимых в уксусной кислоте,

в пересчете на ZnO в %, не более……………………………. ……………………….. 1,25

Содержание солей, растворимых в воде, в %, не более……………………………… 0,50

Содержание хлоридов, в пересчете на СІ в %, не более…………………………. 0,10

Содержание влаги в %, не более………………………………………….. *……………….. 0,50

Степень размола:

а) остаток после просева на сите с сеткой № 00538 в %, не

более. . . ………………………………………………………………………………. 1,0

б) остаток после просева на сите с сеткой № 0154 в %, не

более……………………………………………………………………………………. . 0,005