利用蛋殼制備Cr—Ca—Sn—Si紫紅色料的研究

張紅燕++a王進華

摘 要：本文采用固相法合成Cr-Ca-Sn-Si紫紅色料，以蛋殼引入碳酸鈣原料，進行了鉻錫紫紅色料的制備。通過實驗對配方進行優(yōu)化，并通過控制煅燒溫度和礦化劑等措施調(diào)整合成一系列的紫紅色料。結(jié)果表明，采用蛋殼可以制備出效果較好的Cr-Ca-Sn-Si紫紅色料。

關(guān)鍵詞：蛋殼；鉻錫紫紅色料；固相法；研究

1 引言

鉻錫紫紅（Cr-Ca-Sn-Si）陶瓷色料是為數(shù)不多的紅色料之一，其高雅色彩倍受人們喜愛，是一種具有高溫穩(wěn)定晶型的廣泛使用于高檔建筑衛(wèi)生陶瓷制品的紅色系陶瓷顏料[1]。就其載色母體而言，有鈣鈦礦型和榍石型兩種型式，即灰錫礦（CaSnO3）型和錫榍石（CaSnSiO5）型兩種母體結(jié)構(gòu)。鉻錫紅（Cr-Ca-Sn-Si）色料呈色豐富，可以呈深紅、玫瑰紅、紫紅、丁香紫等多種色調(diào)。

鉻錫紫紅色料的主要原料之一是碳酸鈣，而蛋殼中含有大量的CaCO3，是非常廉價的鈣質(zhì)原料。有資料顯示，我國產(chǎn)蛋量已連續(xù)20年雄居世界之首[2]。利用蛋殼制備陶瓷色料一方面可以凈化環(huán)境；另一方面合成的色料具有高附加值，能夠產(chǎn)生顯著的社會效益和經(jīng)濟效益。趙彥釗等利用蛋殼制備了可以與商品化色料相媲美的鉻錫紅色料，不僅有效降低了成本， 而且可以增加經(jīng)濟收益[3]。本文以蛋殼引入碳酸鈣原料，采用固相法合成Cr-Ca-Sn-Si紫紅色料，并通過調(diào)整配方、煅燒制度和礦化劑等措施合成出一系列的紫紅色料。

2 實驗內(nèi)容

2.1 實驗原料

本文所采用的原料有氧化錫（SnO2）、石英（SiO2）、重鉻酸鉀（K2Cr2O7）、硼砂（Na2B4O7·10H2O）、螢石（CaF2）、無水乙醇（C2H5OH）、濃鹽酸（HCl）、蛋殼（生活中收集的）。

2.2 實驗儀器

本實驗所采用的儀器有電熱鼓風(fēng)干燥箱、高溫箱式電阻爐、電子稱、分析天平。

2.3 實驗過程

2.3.1蛋殼的組成

表1列出蛋殼的主要化學(xué)成份[4]。

從表1可知，蛋殼CaCO3高于93%，Ca元素含量大于36%，遠(yuǎn)高于動物骨的含鈣量（12%）。蛋殼有機物含量很低，因此適合用于制備鉻錫紫紅色料。

2.3.2蛋殼的預(yù)處理

將收集到的蛋殼用蒸餾水清洗干凈，晾干，放入烘箱干燥，粉碎后備用。蛋殼與殼膜的結(jié)合實質(zhì)上是石灰質(zhì)和角蛋白的結(jié)合，要想較好地分離蛋殼和殼膜，可以使用能降低石灰質(zhì)和角蛋白之間結(jié)合力的濃鹽酸（12 mol/L）和蒸餾水對其進行浸泡。

2.3.3Cr-Ca-Sn-Si紫紅色料的合成工藝

以SnO2、SiO2、K2Cr2O7、蛋殼等為原料；以K2Cr2O7等作著色劑；硼砂（Na2B4O7·10H2O）和螢石（CaF2）作礦化劑，通過調(diào)整不同的比例配成不同的混合料?；旌狭嫌矛旇а欣忂M行研磨，并過250目篩，在一定溫度下煅燒，并保溫2 h后自然冷卻，觀測試樣。其合成工藝流程如圖1所示。

3 實驗結(jié)果分析與討論

3.1 配方的優(yōu)選

本實驗按照錫榍石分子式CaO·SnO2·SiO2，取摩爾比CaO∶SnO2∶SiO2= 1∶1∶1計算蛋殼、石英、氧化錫的質(zhì)量，其配料量SnO2 48.6%、蛋殼32.0%、SiO2 19.4%。實驗中，通過改變配方中氧化錫和蛋殼的組成含量制備出一系列紫紅色料，配方中硼砂添加量為4%，重鉻酸鉀添加量為5.6%。實驗發(fā)現(xiàn)，原料的組成對Cr-Ca-Sn-Si（鉻錫紫紅）紫紅色料的呈色有著很大的影響。

3.1.1SnO2用量對呈色的影響

實驗中采用重鉻酸鉀為著色劑，硼砂為礦化劑。配料比例及實驗結(jié)果如表2所示。不同SnO2含量制備的色料詳情如圖2所示。

從圖2可以看出，當(dāng)氧化錫的含量過量時，可以制備出呈色分別為暗紫色、深紫色、紫色及紫紅色等一系列的紫紅色色料。

3.1.2蛋殼用量對呈色的影響

實驗中采用重鉻酸鉀為著色劑，硼砂為礦化劑，蛋殼的具體用量如表3所示。不同蛋殼含量制備的色料如圖3所示。

從圖3可以看出，當(dāng)?shù)皻さ暮窟^量時，可以制備出呈色分別為暗紫色、深紫色、紫色及紫紅色等一系列紫紅色色料。

3.1.3著色劑重鉻酸鉀用量對呈色的影響

實驗中采用重鉻酸鉀為著色劑，硼砂為礦化劑，配料比例及實驗結(jié)果如表4所示。實驗結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，配方中，鉻的含量對色料的呈色影響很大。實驗結(jié)果表明：當(dāng)鉻含量在1.6%～5.6%時，可以制備出紫紅色色料，當(dāng)色料中不含鉻時，色料呈現(xiàn)為白色。

3.2 礦化劑的確定

在陶瓷色劑合成反應(yīng)中，常用的礦化劑有硼化合物、氟化合物、氯化合物、堿氧化物等。礦化劑能加快固相反應(yīng)速度的原因在于：礦化劑在某些情況下，可促使反應(yīng)物熔化成液相，有助于擴散作用，使反應(yīng)速度加快；也可以使液相的黏度降低，加快反應(yīng)的擴散速度，從而使反應(yīng)速度加快[5]。本實驗中采用的礦化劑主要是硼砂和CaF2兩種，通過在配方中加入不同的礦化劑，煅燒制備鉻錫紫紅色料，根據(jù)產(chǎn)品的著色狀況選擇合適的著色劑。添加不同礦化劑煅燒制備出的色料如圖5所示（1#礦化劑為氟化鈣、2#礦化劑為硼砂）。

由圖5可知，礦化劑對色料的呈色有著很大的影響，以氟化鈣為礦化劑時，所得色料的顆粒較細(xì)，顆粒徑度分布也比較均勻。而以硼砂為礦化劑時，得到的色料顆粒較大，顆粒徑度分布也較寬。

3.3 色料煅燒溫度的確定

本實驗在相同配方的基礎(chǔ)上進行配料，研磨后轉(zhuǎn)移至瓷坩堝中，并置于電阻爐中進行加熱，其溫度分別設(shè)定為1200 ℃和1250 ℃，實驗結(jié)果如圖6所示（1#煅燒溫度為1250 ℃，2#煅燒溫度為1200 ℃）。

由圖6可知，不同的煅燒溫度制備的色料顏色也有著很大的區(qū)別。相同的配方，溫度越高所得色料的顏色越深，若降低煅燒溫度，則色料的顏色變淺。在1250 ℃煅燒制備的色料呈色較深。

4 結(jié)論

（1）用蛋殼為原料代替碳酸鈣同樣可以制備出一系列的Cr-Ca-Sn-Si（鉻錫紫紅）紫紅色料，不僅節(jié)約成本，而且凈化環(huán)境。

（2） Cr-Ca-Sn-Si（鉻錫紫紅）紫紅色料的呈色與氧化錫、氧化鈣的含量有關(guān)，并且與著色劑重鉻酸鉀的含量也有關(guān)系。

（3） 采用固相燒結(jié)法制備Cr-Ca-Sn-Si（鉻錫紫紅）紫紅色料時，礦化劑的選擇及煅燒溫度都影響著色料的呈色。在本文中當(dāng)氟化鈣作為礦化劑，煅燒溫度為1250 ℃時，獲得的色料呈色較佳。

參考文獻

[1] 郎咸坤，林蔚，李曉生等.固相反應(yīng)法制備鉻錫紅色料的研究[J].

齊齊哈爾大學(xué)學(xué)報，2015，3：27～29.

[2] 賓冬梅，馬美湖，易誠.蛋殼資源綜合利用現(xiàn)狀與對策[J].食品研

究與開發(fā)，2006，8：212～216.

[3] 趙彥釗，宋洪麗，吳曉東等.利用蛋殼制備鉻錫紅色料的研究[J]. 陜西科技大學(xué)學(xué)報，2004，（5）：113～ 115.

[4] 張瑞宇.廢棄蛋殼的利用價值及其資源化途徑與技術(shù)[J].重慶

工商大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2006，12：551.

[5] Jang H M， ChoSR. Lee K M. Machanism of formation Pb（（Zn，Mg）

1/3Nb2/3）O3[J]. Jam Ceram Soc，1995，78（2）：297～304.