The effect of firing temperature on colour and structural properties of malayaites with Cr

• Autorzy: Luxová J. , Havlík M. R. , Sulcová P.

Warianty tytułu

PL

Wpływ temperatury wypalania na barwę i właściwości strukturalne malayaitów zawierających chrom

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Malayaites are calcium tin silicate compounds derived from natural occurring mineral the malayaite which has the chemical formula CaSnSiO5. Malayaites are characterized by monoclinic crystal structure consisting of chains of distorted SnO6 octahedra connected with tops of SiO4 tetrahedra, forming a framework containing chains of CaO7 polyhedra. This incurred structure is then stable for bond of metal ion and takes part in the final pigment colouring. In this contribution the compounds with the chemical formula of Ca(SnCr)SiO5±δ (molar ratio of Cr/Sn = 0.015) were prepared. For the synthesis the classical ceramic method was used, i.e. procedures of calcination in an electric furnace at the temperatures 1200-1500 °C for 4 h (one-step calcination) and multiple calcination (two-step calcination) for obtaining products with higher quality. Therefore, the objective of this work was to compare samples which were prepared by the one-step and also two-step calcination procedures. The two-step calcination procedure was carried out at two temperatures, during which the first calcination was always held at 1100 °C for 4 hours. The second calcination was performed for 4 h at an appropriate temperature from the range 1200-1500 °C. The colour properties were studied by a spectrophotometer ColorQuest XE (HunterLab, USA). The colour moved from pink to burgundy in dependence on temperature of calcination. The phase composition of tested compounds was verified by using X-ray diffraction analysis with using a diffractometer D8 Advance (Bruker, GB). A particle size distribution of heat treatment samples was measured by Mastersizer 2000/MU (Malvern Instruments, Ltd., GB). The signal was evaluated on the basis of Fraunhofer bending. Thermal stability was investigated by heating microscope EM201-12 (Hesse-Instruments, Germany).

PL

Malayaity to związki krzemianowe wapnia i cyny otrzymane z naturalnie występującego minerału malayaitu o wzorze chemicznym CaSnSiO5. Malayaity mają jednoskośną strukturę krystaliczną składającą się z łańcuchów zniekształconych oktaerów SnO6 połączonych z wierzchołkami tetraedrów SiO4, tworząc szkielet zawierający łańcuchy wielościanów CaO7. Struktura ta stabilnie wiąże jony metalu i bierze udział w ostatecznym barwieniu pigmentu. W tym przyczynku przygotowano związki o wzorze chemicznym Ca(SnCr)SiO5±δ i stosunku molowym Cr/Sn = 0,015. Do syntezy wykorzystano metodę klasyczną, tzn. procedury prażenia w piecu elektrycznym przez 4 h w temperaturach 1200-1500 °C (kalcynacja jednoetapowa) i prażenia wielokrotnego (dwuetapowa kalcynacja) w celu otrzymania produktów o wyższej jakości. Dlatego, celem tej pracy było porównanie próbek, które przygotowano za pomocą procedur kalcynacji jedno- i dwuetapowej. Procedura dwuetapowa zaostała przeprowadzona w dwóch temperaturach, w jej trakcie pierwsza temperatura prażenia była zawsze utrzymywana w 1100 °C przez 4 h; drugie prażenie miało miejsce w odpowiedniej temperaturze z przedziału 1200-1500 °C i trwało przez 4 h. Właściwości barwne badano za pomocą spektrofotometru ColorQuest XE (HunterLab, USA). Barwa przesunęła się od różowej do burgundu w zależności od temperatury prażenia. Skład fazowy badanych związków weryfikowano z użyciem dyfrakcyjnej analizy rentgenowskiej, stosując dyfraktometr D8 Advance (Bruker, GB). Rozkład wielkości cząstek zmierzono za pomocą analizatora Mastersizer 2000/MU (Malvern Instruments, Ltd., GB). Sygnał opracowano na podstawie przybliżenia Fraunhofera. Stabilność termiczną badano z użyciem mikroskopu EM201-12 (Hesse-Instruments, Germany).

Słowa kluczowe

EN

malayaite; colour properties; high temperature pigments; burgundy; pink

PL

malayait; właściwości barwne; pigmenty wysokotemperaturowe; burgund; róż

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2016
• Tom: T. 68, nr 3
• Strony: 193--198
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz.., rys., wykr., tab.

Twórcy

autor

Luxová J.

• University of Pardubice, Faculty of Chemical-Technology, Department of Inorganic Technology, Doubravice 41, Pardubice 532 10, Czech Republic

autor

Havlík M. R.

• University of Pardubice, Faculty of Chemical-Technology, Department of Inorganic Technology, Doubravice 41, Pardubice 532 10, Czech Republic

autor

Sulcová P.

• University of Pardubice, Faculty of Chemical-Technology, Department of Inorganic Technology, Doubravice 41, Pardubice 532 10, Czech Republic

Bibliografia

• [1] Luxová, J., Šinkovská, M., Šulcová, P.: The influence of amount of chromophore on the color properties of malayaite pigment, in Proc. of 3rd ICCT, (Kalenda, P., Lubojacký, J., Eds.), Czech Society of Industrial Chemistry, Prague, (2015), 193-200.
• [2] Ou-benmmou, I., Ahamdane, H., El idrissi Raghni, M. A., Bensamka, F., Mosset, A., El idrissi Moubtasim, M. L., Jumas, J. C.: Tin Sphene Micron-sized powders, J. Eur. Ceram. Soc., 20, (2000), 2159-2163.
• [3] Stefani, R., Longo, E., Escribano, P., Cordorcillo, E, Carda, J.: Developing a pink pigment for glaze, Am. Ceram. Soc. Bull., 76, (1997), 61-64.
• [4] Halefoglu, Y. Z., Kusvuran, E: Preparation of ceramic pigments by sol-gel and combustion methods, J. Ceram. Process. Res., 11, (2010), 92-95.
• [5] López-Navarrete, E., Ocaña, M.: A simple procedure for the preparation of Cr-doped tin sphene pigments in the absence of fluxes, J. Eur. Ceram. Soc., 22, (2002), 353-359.
• [6] Stojanova Lyubenova, T., Matteucci, F., Costa, A., Dondi, M., Carda, J.: Ceramic pigments with sphene structure obtained by both sprey and freeze-drying techniques, Powder Technol., 193, (2009), 1-5.
• [7] Heyns, A. M., Harden, P. M.: Evidence for the existence of Cr(IV) in chromium- doped malayaite Cr4+:CaSnOSiO4: a resonance Raman study, J. Phys. Chem. Solids, 60, (1999), 277-284.
• [8] Hajjaji, W., Costa, G., Zanelli, C., Ribeiro, M. J., Seabra, M. P., Dondi, M., Labrincha, J. A.: An overview of using solid waste for pigment industry, J. Eur. Ceram. Soc., 32, (2012), 753-764.
• [9] Costa, G., Ribeiro, M. J., Labrincha, J. A., Dondi, M., Matteucci, F., Cruciani, G.: Malayaite ceramic pigments prepared with galvanic sludge, Dyes Pigm., 78, (2008), 157-164.
• [10] Harisanov, V., Pavlov, R. S, Marinova, I. T., Kozhukharov, V., Carda, J. B.: Influence of crystallinity on chromatic parameters of enamels coloured with malayaite pink pigments, J. Eur. Ceram. Soc., 23, (2003), 429-435.
• [11] Pavlov, R. S., Marzá, V. B., Carda, J. B.: Electronic absorption spectroscopy and colour of chromium-doped solids, J. Mater. Chem., 12, (2002), 2825-2832.
• [12] Pantić, J., Kremenović, A., Došen, A., Prekajski, M., Stanković, N., Baščarević, Z., Matović, B.: Influence of mechanical activation on sphene based ceramic material synthesis, Ceram. Int., 39, (2013), 483-488.
• [13] Lopez-Navarrete, E., Caballero, A., Orera, V. M. Lázaro, F. J., Ocaña, M.: Oxidation state and localization of chromium ions in Cr-doped cassiterite and Cr-doped malayaite, Acta Mater., 51, (2003), 2371-2381.
• [14] Doménech, A., Torres, F. J., Ruiz de Sola, E., Alarcón, J.: Electrochemical detection of high oxidation states of chromium (IV and V) in chromium-doped cassiterite and tin-sphene ceramic pigmenting systems, Eur. J. Inorg. Chem., (2006), 638-648.
• [15] CPMA Classification and chemical description of the complex inorganic color pigments, 4th ed. Alexandria, Virginia: Color Pigments Manufacturers Association, Inc., (2010), 24.
• [16] Cordoncillo, E., del Río, D., Carda, J., Llusar, M., Escribano, P.: Influence of some mineralizers in the synthesis of sphene-pink pigments, J. Eur. Ceram. Soc., 18, (1998), 1115-1120.
• [17] Faurel, X., Vanderperre, A., Colomban, P.: Pink pigment optimation by resonance Raman spectroscopy, J. Raman Spectrosc., 34, (2003), 290-294.
• [18] Hyun-Soo L., Byung-Ha L.: Synthesis of Sphene (CaSnSiO5)-pink pigments with CrCl3, J. Korea Ceram. Soc., 46, (2009), 405-412.
• [19] Šolc, Z., Trojan, M., Kuchler, M.: Formation of ceramic pigments of Sn-Cr type. A study using thermal analysis methods, Thermochim. Acta, 88, (1985), 421-424.
• [20] Swiler, D. R.: Pigments, Inorganic, Kirk-Othmer encyclopedia of Chemical Technology, 5th ed., Wiley and Sons Inc., New York, (2005).

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.