Iron zircon pigment synthesis: Proposal of a mixing index for the raw materials mixtures

Abstract

Iron zircon coral pigments are very interesting from an industrial point of view because of their high colouring power and their stability at high temperatures. However, the pigment's synthesis is particularly troublesome due to its specific reaction mechanism. As an encapsulated pigment it becomes very important how the raw materials are distributed in the reaction mixture. To evaluate the effectiveness of the mixing process, it would be convenient to define a parameter, that is the mixing index, to estimate the degree of homogeneity of the system. In the current investigation, a mixing index is proposed derived from the power spectrum of Fourier transform of scanning electron microscope (SEM) images of the raw material mixture. Concretely, the number of pixels in a certain range of values in the image of the power spectrum, seems to behave relatively well as mixing index. This index allows us to distinguish between samples with different zirconia and iron oxide used as precursors. The proposed mixing index seems to be related to the colouring power of the final pigment when the synthesis generates enough zircon to encapsulate hematite particles.

Los pigmentos coral de hierro-circón son muy interesantes desde el punto de vista industrial ya que n un alto poder colorante y estabilidad a altas temperaturas. Sin embargo, la síntesis del pigmento es particularmente problemática debido a su mecanismo de reacción. Al tratarse de un pigmento encapsulado, resulta fundamental cómo se encuentran distribuidas las materias primas en la mezcla de reacción. Para evaluar la efectividad del proceso de mezclado, es conveniente definir un parámetro, que es el índice de mezclado, para estimar el grado de homogeneidad del sistema. En el presente trabajo de investigación se propone un índice de mezclado basado en el espectro de potencia de la transformada de Fourier de imágenes obtenidas con el microscopio electrónico de barrido de las mezclas de materias primas. Concretamente, el número de píxeles en un cierto rango de valores en la imagen del espectro de potencia parece funcionar relativamente bien como índice de mezcla. Este índice permite distinguir entre muestras con diferentes circonas y óxidos de hierro uitilizados como precursores. El índice de mezcla propuesto se relaciona con el poder colorante del pigmento final cuando durante la síntesis se genera suficiente cantidad de circón para encapsular las partículas de hematites.