Лако-красочные материалы — производство

Цинковые белила представляют собой оксид цинка ZnO, имеющий гексагональную структуру с размером первичных игольчатых частиц 0.1 — L0 МКМ. ИЗ КСЯООЫХ ИНОГЛа обпалуютгя ГППГШИРГП апмлгилЛгкаош-тл

1стицы. Но могут быть получены и коллоидные частицы округлой ормы размером 0,01 мкм. Оптимальный оптический размер частиц 48—0,50 мкм. С уменьшением размера частиц улучшается разбели- эющая способность и укрывистость пигмента, но возрастает его фото — ктивность и ухудшается атмосферостойкость, поэтому практически ля лакокрасочных покрытий предпочитают иглообразные частицы раз — ером 0,5—1,0 мкм.

Цинковые белила марок ЦБ 0-М в зависимости от способа и режима олучения представляют собой смесь частиц различной формы и раз — еров: игольчатые (длина более чем в 10 раз превышает ширину

астиц) —2 — 20%; призматические (длина менее чем в 10 раз больше шрины) ‘ 70—90%; кубические (длина близка к ширине) 2—15%. дельная поверхность 5уд колеблется от 2 до 30 м2/г.

Оксид цинка имеет чисто белый цвет и высокий коэффициент ярко — ти (98 — 99%), он поглощает УФ-лучи особенно в области А, = 360 нм

обладает высокой фотохимической активностью. Кристаллическая ешетка оксида цинка, получаемого конденсационным способом — окис — ением цинка в паровой фазе,— чаще всего дефектна — имеет в боль — JOM количестве вакансии в узлах, которые должны занимать цинк. 5то является причиной некоторой нестехиометричности состава, повы — ленной реакционной способности, высокой фотохимической активности [ хороших адсорбционных свойств.

Оксид цинка имеет амфотерный характер, он растворим как в кисло — ах, так и в щелочах, но нерастворим в воде. Сильнее проявляется то основной характер. При хранении во влажной атмосфере поглощает шоксид углерода и постепенно на поверхности частиц образуется слой >сновного карбоната цинка (ZnOH)2C03, что ухудшает пигментные войства оксида цинка и увеличивает содержание в нем водораство — жмых солей. Со свободными жирными кислотами оксид цинка обра — *ует соли — мыла. Цинковые мыла являются ПАВ, они способствуют — мачиванию, диспергированию и структурированию красочных систем.

2 пленкообразующими веществами, имеющими высокие кислотные шсла, цинковые белила не могут применяться, так как при большом юдержании цинковых мыл происходит загустевание и даже необратимое отвердевание красок при хранении. Цинковые белила несовместимы 1 с поливинилацетатными дисперсиями, так как ионы цинка могут вызы­вать их коагуляцию.

Цинковые белила широко применяются для многих видов лакокра — :очных материалов, предназначенных для покрытий, которые эксплуа­тируются внутри помещений. Большое количество (до 50%) высоко­дисперсных химически активных цинковых белил используется в резино­технической промышленности.

Цинковые белила, вырабатываемые из чистого рафинированного цинка (ЦБ-0, ЦБ-1, ЦБ-2), малотоксичны; ПДК в воздухе рабочей зоны 0,5 мг/м

Различают прямые иирометаллургические способы производства оксида цинка из обоженных рудных концентратов или вторичного сырья, содержащих 30 60 % ZnO, косвенные способы из чистого < цинка, а также гидрометаллургические способы из растноров солей цинка.

Производство оксида цинка из металлического цинка. В СССР основ­ную массу цинковых белил получают из чистого электролитического цинка. Цинк плавят и испаряют во вращающихся барабанных (рис. 2.4) иди муфельных печах, отапливаемых природным газом, с последующим

Газ

Г Воздух

окислением кислородом воздуха в окислительных камерах. Цинк пла­вится при 419 °С и испаряется при 930 °С. Испарение цинка происходит при отсутствии кислорода. Керамические муфели, в которых плавится и испаряется цинк, обогреваются топочными газами, омывающими муфели снаружи. Во вращающихся печах цинк испаряется за счет теплоты топочных газов, непосредственно омывающих металлический цинк, и пары цинка смешиваются с топочными газами. Минимальный расход газа (метана) составляет 0,18 м3 на 1 кг Zn при температуре сгорания 1250—1350 °С. Коэффициент избытка воздуха должен быть а < 0,947, т. е. поддерживается восстановительная среда за счет непол­ного сгорания части метана только до СО, чтобы предотвратить прежде­временное окисление цинка и потери его в виде изгари, шлака и круп­ных спекшихся частиц оксида цинка с металлическим цинком.

Из муфелей или из барабана вращающейся печи пары цинка по­падают в окислительную камеру, где встречаются с кислородом воздуха и сгорают с большим выделением теплоты, образуя кристаллы оксида цинка:

Zn+0,5O2 —Л ZnO+ 358 кДж.

В зависимости от термодинамических условий в камере окисления и равномерности распределения паров цинка в газовой среде образующиеся зародыши кристаллов гексагональной формы могут расти вдоль одной оси, образуя призмы и длинные иглы, или при быстром охлаждении оста­ваться в виде коротких призм и зерен с высо — $ кой удельной поверхностью (£уд до 30 м2/г)г * 20 На рис 2.5 показана зависимость удельной g

Рис 2 5 Зависимость удельной поверхносчи SV1 цинковых белил от температуры в камере окисления t, коэффициента избытка воздуха в камере окисления а и от продолжи­тельности пОебЫваНИЯ IIHHKDHUV fipnun п irii*> /w. j~r…,« —

оверхностй цинковых белил от температуры, коэффициента избытка оздуха а и продолжительности пребывания ZnO в зоне окисления т. [ля получения частиц наиболее желательной для лакокрасочных мате*- налов игольчатой формы с наименьшим количеством дефектов на по — ерхности кристаллов, т. е. с наименьшей фотохимической активностью с оптимальными размерами 0,48 мкм (5УД = 6-Л 10 м2/г) следует обеспе — ивать четко регулируемые стабильные термодинамические условия окис- ения паров цинка: температуру 750—850 °С, избыток воздуха ос=Л1,5-ь2, юльшое разбавление инертным топочным газом и выдержку в урав — [ительной камере. Главным условием является интенсивное принуди — ельное смешение паров цинка с воздухом. При получении цинковых >елил в барабанных печах вследствие разбавления паров цинка про­дуктами сгорания окисление протекает медленнее, чем в муфельных гечах, что способствует росту кристаллов и меньшему количеству них дефектов, поэтому цинковые белила отличаются от получаемых. муфельных печах меньшей фотохимической активностью и лучшей )тмосферостойкостью, однако уступают последним по белизне Повышение емпературы окисления цинка и длительная выдержка в камере сгорания фиводят к прочному спеканию частиц и заметному ухудшению их дис — шргируемости. Для получения высокодисперсных химически активных шнковых белил для резинотехнической промышленности с удельной юверхностью 5Уд = 15 4- 30 м2/г поддерживают более низкую температуру жисления (~б0’0°С) при большом разбавлении воздухом.

Из окислительной камеры аэродисперсия оксида цинка отсасы­вается в уравнительную камеру, где осаждаются сконденсированный Локисляющийся металлический цинк и наиболее крупные частицы цин — <овых белил. Выходящая из уравнительной камеры взвесь цинковых 5елил в газах охлаждается воздухом в длинном (до 300 м) трубо­проводе до 100—120 °С, после чего пигмент осаждается в циклонах или отделяется от газов в рукавных фильтрах. Газы перед выбросом в атмосферу очищаются ст остатка цинковых белил в мокрых скруб­берах.

Муфельные печи, обслуживание которых требует большой затраты тяжелого ручного труда и частой замены выходящих из строя горячих муфелей, уступают место механизированным барабанным вращающимся печам.

Перспективны электродуговые и плазменные печи непрерывного действия, где имеется возможность полностью исключить проникно­вение кислорода воздуха в зону испарения цинка и предотвратить образование изгари. Расход электроэнергии на 1 кг цинка составляет 1 кВт-ч. Плазменные печи, в которых используют низкотемпературную плазму, получаемую пропусканием инертного газа через пламя вольто­вой дуги, имеют высокую производительность при малом объеме и в них можно поддерживать стабильный режим за счет полной автоматизации процесса.

Теоретически Hd 1 т цинковых белил должно затрачиваться 802 кг чистого цинка, фактически расходуется 845—860 кг. Из них безвоз­вратно теряется 2—4 кг, остальные составляют возвратные отходы: «серая окись» — смесь цинка с оксидом цинка, выпадающая в окисли­тельной камере, силикаты цинка, получающиеся при разрушении футе­ровки печи, изгарь и шлаки. Эти отходы являются вторичным сырьем и используются для производства литопона или оксида цинка по спо­собу Витериля.