Специалисты Отдела структурной макрокинетики Томского научного центра СО РАН применили метод самораспространяющегося высокотемпературного синтеза для получения неорганических пигментов широкой цветовой гаммы. Технология не наносит вреда окружающей среде, позволяет использовать сырье Сибирского и Уральского регионов и не требует сложного оборудования.
Пигменты шпинельного типа используются для окрашивания керамических и фаянсовых изделий, глазурей и эмалей в производстве стекла и строительных материалов. На внутреннем рынке произведенные в России пигменты сегодня занимают только два процента, остальное — импортная продукция. Предложенный томскими учеными способ экономически выгоден и позволяет получать продукт с высокой термической и химической устойчивостью.
«Синтез по традиционной технологии — это многочасовой процесс, который требует больших затрат на подогрев, а здесь все происходит за счет внутренней энергии системы. Высвобождаясь, она переводит смесь порошков в новое состояние — шпинель, самое стабильное и термостойкое. Даже если вещество расплавить, после охлаждения оно будет иметь тот же цвет и свойства, поэтому продукт получается качественным. При этом мы получаем экологически чистые, безвредные пигменты», — говорит старший научный сотрудник отдела структурной макрокинетики Нина Радишевская.
Самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС) — химический процесс, протекающий в смесях порошков, где тепловыделение передается от слоя к слою (то есть подогреваются нижние слои, а затем материал передает горение сам). Если в традиционной технологии сырье нужно нагревать постоянно в течение нескольких часов, то при СВС нагрев продолжается несколько минут. Сейчас ученые могут получать зеленый, синий, черный, коричневый, голубой, бирюзовый и белый пигменты и работают над получением желтого и красного.
«Каждый цвет — это определенный набор исходных минеральных элементов, — поясняет Нина Радишевская. — Например, для синего нужен кобальт и алюминий со специальными добавками. Мы берем уже измельченные материалы, засыпаем их в печь, запускаем процесс синтеза и на выходе получаем порошок, на 90 % состоящий из частиц размером меньше одного микрона. Это практически готовый продукт, не требующий дальнейшего дорогостоящего помола».
Высокотемпературный синтез ученые сейчас проводят в печи, в которой тепло выделяется за счет протекания тока по нихромовой спирали. В волне горения материал сам измельчается до мелкодисперсного очень твердого порошка (8 единиц по шкале Мооса, для сравнения: твердость алмаза по этой шкале — 10).
Технология получения пигментов на основе сырья Западно-Сибирского региона была разработана в рамках соглашения с НИИ строительных материалов Томского государственного архитектурно-строительного университета при участии специалистов Томского политехнического университета. Ученые планируют автоматизировать и масштабировать производство до промышленного использования.
ИНО Томск
