Лако-красочные материалы — производство

Составление и размол шихты. В качестве алюмосиликата при­меняют каолин или глину. По химическому составу они представ­ляют собой силикаты А1203 • 2Si02 — 2Н20.

Каолин не должен содержать заметных количеств посторонних примесей. Наиболее вредной примесью являются окислы железа, вызывающие образование трудноизмельчаемых шлаковых частиц, которые придают пигменту темный оттенок.

В качестве кремнистой добавки в шихту вводят инфузорные земли, кварцевый песок или другие материалы, богатые кремне — кислотой. Вредной примесью для кремнистых добавок, так же как и для каолина, являются окислы железа. Несмотря на присутствие большого количества примесей, инфузорная земля имеет перед кварцевым песком то преимущество, что она значительно легче

измельчается. Кроме того, реакция ультрамаринообразования про­текает в шихте, составленной с инфузорной землей, быстрее, чем в шихте с добавкой кварцевого песка.

Кальцинированная сода, применяемая для производства уль­трамарина, не должна содержать бикарбоната натрия, так как по­следний при нагревании выделяет воду:

2NaHC03 —* NaaC03 + НаО + С02

а пары воды частично разрушают образовавшиеся сернистые со­единения;

Na2S + HaO —> Na20 + HaS

Сера должна иметь небольшую зольность, особенно если в. со­став золы входят окислы железа.

Кроме этих видов сырья в состав шихты вводят еще восста­новитель — каменноугольный пек, древесный уголь или кани­фоль. Роль этих веществ заключается в восстановлении кисло­родных соединений серы, образующихся при реакции соды с серой.

Каменноугольный пек должен иметь относительно высокую тем­пературу размягчения, так как при размоле в шаровых мельницах шихта разогревается. Обычно употребляют пек, имеющий точку плавления около 70°.

Все материалы для составления шихты должны быть сухими, так как во влажном состоянии они плохо измельчаются и смеши­ваются; кроме того, влага разлагает образующиеся при обжиге сульфиды с образованием газообразного сероводорода.

До составления шихты каолин и кремнистая добавка подвер­гаются предварительной сушке, которая производится в трубча­тых вращающихся печах, работающих по принципу противотока. В зависимости от производственных условий в процессе сушки каолина удаляется либо только свободная (не связанная химиче­ски) влага, либо, кроме того, часть кристаллизационной воды. Полное обезвоживание каолина нецелесообразно, так как это при­водит к снижению реакционной способности шихты. При сохране­нии всей кристаллизационной воды предварительного измельчения каолина не производят. При удалении же примерно половины кри­сталлизационной воды необходимо измельчить каолин до введе­ния его в шихту.

Инфузорную землю или кварцевый песок сушат до удаления свободной влаги, а затем тщательно измельчают в шаровых мель­ницах.

Рецептуры ультрамариновой шихты вырабатываются практи­кой и изменяются в зависимости от условий производства, качества сырья и требований, предъявляемых к готовой продукции. При­мерный состав ультрамариновой шихты выражается следующими

величинами при 100% содержании полезного вещества в компо­нентах:

Каолин……………………………………………………………………………. 28,0%

Сера……………………………………………………………………………….. 32,0%

Кальцинированная сода…………………………………………………… 31,0%

Кремнистая добавка………………………………………………………….. 5,5%

Восстановитель………………………………………………………………… 3,5%

Смешение и размол шихты производят обычно в шаровых мель­ницах периодического действия.

Обжиг шихты. Шихту, полученную смешением всех компонен­тов, помещают для обжига в шамотные тигли, которые делают по­ристыми для выхода газов, образующихся в результате реакции. Кроме того, через поры в тигли проникают газы, действие кото­рых, в первую очередь кислорода, на шихту вызывает образование синего ультрамарина. Тигли обычно, вмещают 3—7 кг шихты. Печь среднего размера вмещает около 1500 тиглей, а большая печь — до 2000—3000 тиглей.

Шихту при набивке в тигли утрамбовывают, чтобы создать тес­ное соприкосновение частиц, а следовательно более благоприят­ные условия для реакции между составными частями шихты и ме­нее благоприятные — для испарения ее и окисления.

Набитый тигель закрывают либо крышкой, либо другим наби­тым тиглем, соединяя их открытые части. Место соединения крышки с тиглем или соединения двух тиглей обмазывают смесью глины с песком. Тигли устанавливают в печь рядами, один на дру­гой. В зависимости от размеров печи в вышину ставят от 4 до 7 тиглей.

Для обжига шихты в тиглях большей частью применяют печи с обращенным пламенем, т. е. с отводом дымовых газов в нижней части печи. В таких печах пламя с колосниковых решеток подни­мается к своду, затем направляется вниз и, омывая тигли, уходит в дымоходы, расположенные под подом.

Наилучшая печь для обжига ультрамарина системы Грум — Гржимайло изображена на рис. 174. В качестве топлива для печи употребляют каменный уголь, нефть, генераторный и природный газы.

Процесс обжига делится на три периода.

Первый период характеризуется образованием сернистых со­единений натрия и повышением температуры в печи до необходи­мой для реакции образования ультрамарина. Длительность этого периода, а также конечная температура зависят от конструкции печи, ее размеров, размеров тиглей, а также от состава обжигае­мой шихты. При обжиге многосернистой и многокремнистой шихты температуру в печи доводят в первый период примерно до 750°. Длительность этого периода составляет около 2 суток.

Рис. 174. Печь системы Грум-
Гржимайло для обжига ультра-
марина.

Обязательными условиями, определяющими правильность об­жига в первом периоде, являются: равномерное нагревание всех участков печи и отсутствие значительных количеств свободного кислорода,

В печах конструкции Грум-Гржимайло равномерное нагрева­ние всех участков обеспечивается наличием решетчатого пода, пред­ставляющего собой целую систему газоходов, предупреждающих застой в печи холодных газов. Регулирование подачи воздуха про­изводится открытием дверец поддувал и шибера, соединяющего печь с дымовой трубой.

Второй период обжига характеризуется реакцией между сер­нистыми соединениями, образовавшимися в первом периоде, и алю­мосиликатом. В результате этой реакции образуется зелено-синий ультрамарин.

Если обжигается шихта, имеющая высокую реакционную спо­собность, то после поднятия в печи температуры до 725—750° до­статочно 2—3 час,, чтобы реакция образования ультрамарина за­вершилась во всех тиглях и во всей массе каждого тигля. При этом в печи целесообразно поддерживать слабоокнслительную атмосферу, которая ускоряет реакцию образования ультрамарина. После получения зелено-синей пробы можно прекратить подачу топлива в печь и закончить второй период обжига.

Пробы для определения конца реакции берут периодически при помощи железного щупа на длинной ручке, вставляя его в печь через специальные глазки и пробивая им стенку тигля.

Если обжигается шихта со слабой реакционной способностью, то температуру в печи приходится поднимать до 770—780° и под­держивать ее до получения зелено-синей пробы в течение б—9 „час., а иногда и дольше. При такой шихте процесс образования ультрамарина целесообразно проводить в восстановительной среде, так как при длительном воздействии кислород, находящийся в печи, может окислить значительную часть сульфидов.

Главная трудность проведения второго периода обжига заклю­чается в определении его длительности и конца.

Третий период обжига состоит в окислении зелено-синего ульт­рамарина в синий и избыточных полисульфидов и гипосульфита — в сульфат натрия. Этот период протекает во время охлаждения печи, которое на производстве называют томлением.

Для создания слабого газообмена печь отделяют от дымовой трубы шибером, закрывают дверцы печи, поддувало, глазки и об­мазывают все щели глиной. Газообмен между печью и атмосферой в таких условиях происходит только через поры кирпичной кладки. В этот период концентрация кислорода в печи должна находиться в пределах 2—3%.

На процесс окисления зелено-синего ультрамарина влияет, кроме концентрации кислорода в печи и степени спекания ультра­марина, газопроницаемость (пористость) тиглей.

Скорость окислительных процессов в период томления зависит также от скорости остывания печи, т. е. от ее объема и толщины кладки. Чем быстрее остывает печь, тем быстрее, при прочих рав­ных условиях, завершается переход зелено-синего ультрамарина в синий и окисление полисульфидов и гипосульфита в сульфат натрия.

Таким образом, режим обжига должен быть установлен в зави­симости от реакционной способности шихты, газопроницаемости тиглей и кладки и скорости остывания печи. Вследствие этого правильное проведение обжига представляет значительные труд­ности и требует большого опыта [57].

Получаемый в результате обжига шихты полуфабрикат пред­ставляет собой смесь нерастворимого в воде ультрамарина с водо­растворимыми солями, количество которых составляет 20—30% от веса полуфабриката. В хорошо окисленном продукте растворимые соли состоят, в основном, из сульфата натрия с небольшой при­месью гипосульфита. В недостаточно окисленном продукте содер­жится некоторое количество полисульфидов.