Nowatorską, ekologiczną metodę uzyskiwania czerwonego pigmentu ceramicznego opracował zespół naukowców pod kierunkiem dr Cecylii Dziubak z Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych. Ekologiczny aspekt technologii polega na znaczącym ograniczeniu liczby toksycznych substancji, powstających przy produkcji pigmentu. Wytworzony w ten sposób pigment nie ustępuje w niczym pigmentowi produkowanemu w tradycyjny sposób.

Za swoją metodę naukowcy otrzymali złoty medal podczas targów "Brussels Innova 2009".

Jak wyjaśniła w rozmowie z PAP kierownik Zakładu Technologii Ceramiki - dr Cecylia Dziubak, pigment to syntetyczny barwny minerał, wytworzony na wzór minerałów znajdujących się w skorupie ziemskiej. Jako produkt handlowy pigment ceramiczny jest bardzo drobnym, kolorowym proszkiem.

"Pigment cyrkonowo-żelazowy jest znany i używany od lat 60. XX wieku. Nadaje się do barwienia wszelkiego typu szkliw. Jego popularność wynika z tego, że jest bardzo uniwersalny. Ma dobrą wytrzymałość techniczną, bo utrzymuje stabilną barwę niezależnie od wysokości temperatury" - mówiła kierownik Zakładu Technologii Ceramiki.

Charakterystyczną cechą pigmentów cyrkonowych jest to, że się nie rozpuszczają w wodzie, zasadach, ani w kwasach i są odporne na temperatury osiągające nawet 1300 st. C. Oznacza to, że jeśli pigment w postaci proszku umieścimy nawet w temperaturze 1350 st. C. to nie straci swoich właściwości. Z tego powodu używa się go do barwienia szkliw ceramicznych.

W tradycyjnej metodzie produkcji pigmentu, oprócz nadającego cząsteczkom czerwoną barwę hematytu (Fe2O3), powstaje m.in. toksyczny dwutlenek siarki (SO2), którego znaczące ilości emitowane do środowiska powodują jego skażenie. W efekcie w ściekach występuje duże stężenie siarczanów, chlorków i fluorków alkalicznych.

Innowacyjność i ekologia metody opracowanej w Instytucie Ceramiki i Materiałów Budowlanych polega na zastosowaniu jako jednego z surowców hydroksytlenku żelaza (FeOOH), zamiast toksycznego uwodnionego siarczanu żelaza (FeSO4*7H2O). Hydroksytlenek żelaza podczas rozkładu w procesie termicznym wytwarza hematyt, a do atmosfery emituje tylko parę wodną, nieszkodliwą dla otoczenia. W ściekach produkcyjnych - zauważyła dr Dziubak - znajduje się wagowo około 10 razy mniej rozpuszczalnych soli, w których dominuje fluorek sodowy możliwy do zawrócenia i ponownego użycia w procesie produkcyjnym.

Jak tłumaczyła naukowiec, wytwarzanie pigmentu polega na zmieszaniu ze sobą bezbarwnych lub kolorowych składników. Po wymieszaniu poddaje się je procesowi kalcynacji, czyli wypalania w wysokiej temperaturze. "W efekcie procesu termicznej syntezy następuje połączenie podstawowych składników, a w międzyczasie do sieci krystalicznej wbudowują się pierwiastki zwane chromoforami" - opisywała.

Właśnie od rodzaju chromoforu zależy jaką barwę pigmentu otrzymamy. Do chromoforów należą m.in. tytan, chrom, żelazo i kobalt.

Pigment cyrkonowo-żelazowy jest zbudowany na sieci krystalicznej cyrkonu (krzemianu cyrkonu), a chromoforem jest hematyt (Fe2O3). "W tradycyjnej metodzie podstawowymi surowcami do wytworzenia tego pigmentu są: dwutlenek krzemu (SiO2) i dwutlenek cyrkonu (ZrO2) - które tworzą sieć krystaliczną krzemianu cyrkonu ZrSiO4; składnik chromoforowy - uwodniony siarczan żelaza (FeSO4*7H2O) i inne dodatki, np. mineralizatory" - wyjaśniała dr Dziubak.

Czerwono-brązowa barwa pigmentu cyrkonowo-żelazowego pochodzi od hematytu zamkniętego pomiędzy mikrokryształami ZrSiO4 podczas syntezy termicznej, co przedstawia zamieszczony poniżej rysunek.

Nietrwałe termicznie cząstki hematytu (Fe2O3) są ochraniane otoczką z krzemianu cyrkonu przed niszczącym oddziaływaniem temperatury i środowiska chemicznego.

Jak wyjaśniła dr Dziubak, pigment cyrkonowo-żelazowy nadaje się do zastosowania do prawie wszystkich typów szkliw przeznaczonych do dekorowania płytek i wyrobów sanitarnych oraz użytkowych. Ze względu na atrakcyjną barwę i stabilność w szerokim zakresie temperatur interesują się nim producenci wyrobów ceramicznych.

Źródło:
PAP - Nauka w Polsce, Ewelina Krajczyńska