一种用于壁画修复的天然土黄矿物颜料的加工工艺的制作方法

1.本发明涉及一种用于壁画修复的天然土黄矿物颜料的加工工艺，属于天然矿物颜料选矿与提纯技术领域。


背景技术：

2.矿物质颜料主要来源天然矿石，可用于绘画、仿古、工艺品和文物修复等领域。黄色系列的矿物颜料在墓室壁画和石窟壁画也占有重要的地位。其中，土黄作为古代壁画的一种重要天然矿物颜料，早在《禹贡》上就已有记载。土黄，又名“黄赭石”，一般为针铁矿晶形，其主要化学成分是羟基氧化铁（α-feooh），颜色在纯黄到暗黄、暗棕甚至棕红色之间变化，这主要与α-feooh的含量有关。天然土黄中α-feooh的含量为40% ~ 50%时为金黄色，25%~40%为正黄色，12% ~ 25%时为浅黄色[王进玉, 王进聪. 中国古代的土黄颜料. 地球, 1980(2): 17.]。目前，在炳灵寺石窟西秦时期绘制的菩萨左臂、山西忻州九原岗北朝壁画墓、河北磁县湾漳墓壁画、麦积山石窟北魏和北周时期壁画中检测出使用了土黄颜料（显示成分为α-feooh）[马清林. 炳灵寺石窟彩塑—壁画颜料分析研究. 考古, 1996(7): 82.]。
[0003]
众所周知，天然矿物颜料需经过比较复杂的物理加工制作过程[王进玉，敦煌壁画中使用的绛矾及其它含铁颜料, 敦煌研究, 1986(4): 78-81.]，其工艺流程包括手工挑选、粉碎、反复人工研磨、漂洗、胶液悬浮和水飞过程，制备过程耗时耗力，同时制得天然矿物颜料的色度、粒径及粒径分布的批次稳定性差。根据费米公式，颜料颗粒在发色效果方面起到至关重要的作用，颜料的粒径和粒径分布直接影响壁画呈现出来的色彩效果。因此，针对传统天然矿物颜料加工工艺技术缺陷，本技术发明发展现代工艺制备色度、粒径和粒径分布均一的天然土黄矿物质颜料。


技术实现要素：

[0004]
本发明针对传统天然矿物颜料加工工艺的技术缺陷，旨在提供一种壁画修复用天然土黄矿物颜料的现代加工工艺与流程。
[0005]
一、壁画修复用天然土黄矿物颜料的加工工艺本发明用于壁画修复颜料的天然土黄矿物颜料的加工工艺，是将天然土黄原矿依次经破碎—磨粉—湿法研磨—压滤—水洗—压滤—强力干燥—（或焙烧）处理，装袋得到提纯的天然土黄矿物颜料，其羟基氧化铁含量不低于60%，粒径介于100~ 600目。具体步骤如下：（1）破碎：将采集的天然土黄矿物颜料原矿经破碎机破碎至粒径≤ 5 mm；所述天然土黄原矿中羟基氧化铁含量不低于30%；（2）磨粉：将破碎后的矿样经雷蒙磨研磨至粒度为不低于80目；（3）湿法研磨：将研磨后的粉状矿样加入含有酸液的砂磨机中湿法研磨制得悬浮液，固液比为10% ~ 40%，球料比为5:1 ~ 30:1，研磨速率为400 rpm ~1000 rpm，研磨时间为30 min ~ 360 min；酸液为0.02 mol/l ~ 3.00 mol/l硫酸、硝酸、盐酸中的一种；
（4）压滤：将湿法研磨后的悬浮液采用板框式压滤机固液分离制得滤饼，控制滤饼含水率不高于40%，降低滤饼中可溶盐和酸液的残留量；（5）水洗压滤：将所得滤饼经机械搅拌制浆水洗后再次压滤固液分离，水洗固液比为20% ~ 40%，控制最终滤饼含水率不高于45%，降低强力干燥工序的能耗；（6）强力干燥：将所得最终滤饼经强力干燥机干燥粉碎后，装袋得到用于壁画修复的天然土黄矿物颜料，其羟基氧化铁含量不低于60%，粒径介于100~ 600目；（7）焙烧：为了调控天然土黄矿物颜料的颜色，可以选择将强力干燥后的粉末样品直接进入回转窑焙烧，煅烧温度为300 ~ 700℃，煅烧时间为30 ~ 180 min。焙烧工序是为了进一步调控天然土黄矿物颜料的颜色，该工序也可省去直接装袋。
[0006]
二、用于壁画修复颜料的天然土黄矿物颜料结构和性能表征1、x-射线衍射谱图如图1所示，2θ位于17.819o、21.230o、33.231o、34.738o、36.640o、40.010o、41.168o、53.210o、59.034o、61.279o、64.137o和71.572o处出现了α-feooh的特征衍射峰，其分别归属于（020）、（110）、（130）、（021）、（111）、（121）、（140）、（221）、（151）、（002）、（061）和（132）晶面，表明两个样品中含有针铁矿；2θ位于24.171o、33.150o、35.640o处出现了α-fe2o3（012）、（104）和（110）晶面的特征衍射峰，表明两个样品含有少量赤铁矿。这种现象可能是由于气候原因，土黄颜料经风化失去结晶水而变成赤铁矿。此外，在h2的衍射谱图中，2θ位于30.947o处出现了铁辉石的特征衍射峰（ferrosilite，pdf#31-0634，(fe,mg)sio3）。综上所述，经选矿-提纯后制得天然土黄矿物颜料物相纯正。
[0007]
2、粒径分布根据mie散射理论，当颜料粒径小于光波波长时，会引起强烈的散射。一些具有浓烈颜色的无机颜料，如钴蓝或镉黄，有很高的折射率，反射光很有效，这类颜料磨得太细反而损失颜色或产生减饱和作用。因此，这些颜料颗粒尺寸较大可以避免散射，典型值从1到10 μm或更大。图2为本发明实施例一制得天然土黄矿物颜料的粒径分布图。经现代工艺处理后天然矿物颜料的平均粒径d
50
达到了5.1 μm，且粒径分布图中左峰为主，右峰面积较小，因此样品粒径基本呈单一分布，测试颜料颗粒的比表面积可达到501.8 m2/kg。
[0008]
3、颜色性能本发明实施例1-5所得的天然土黄矿物颜料的cie-l
*a*b*
颜色参数如表1所示。经现代工艺处理后，颜料呈土黄色，样品的亮度值l
*
达到+39以上，黄值b
*
值可达到+37以上，样品红值a
*
值介于+14 ~ +23，这也导致色度角ho会更偏向橙区（橙区40o＜ h
o ≤ 75o、黄区75o＜ h
o ≤ 95o）。
[0009]
综上所述，本发明天然土黄矿物颜料的加工工艺与具有以下优点：1、采用现代工艺加工天然土黄矿物颜料，解决了传统天然矿物颜料加工工艺的技术缺陷；2、采用现代加工工艺实现了天然矿物颜料选矿与提纯过程的自动化控制，保证颜料色泽、粒径及粒径分布的批次稳定；3、采用强力干燥大幅缩短了传统干燥工艺耗时较长问题，可以实现干燥和粉碎同步进行，所得粉体粒径可控且不存在硬团聚现象，可满足壁画修复过过程中对天然土黄矿物颜料粒径和色泽的个性化需求。
附图说明
[0010]
图1为本发明实施例一和二制得天然土黄矿物颜料的x-射线衍射谱图。
[0011]
图2为本发明实施例一制得天然土黄矿物颜料的粒径分布图。
具体实施方式
[0012]
下面通过具体实施例对本发明一种用于壁画修复颜料的天然土黄矿物颜料现代工艺与流程作进一步说明。
[0013]
实施例一：将天然土黄原矿利用破碎机破碎至粒径为3.5 mm，然后经雷蒙磨处理至粒径为300目。取150 kg粉末矿样加入500 l硫酸溶液（浓度为0.08 mol/l）中，采用砂磨机研磨处理，控制球料比为20:1，研磨速度为400 rpm，研磨时间为45 min。将所得湿法研磨后的浆料采用压滤机进行固液分离（滤饼含水量为38%），所得滤饼经机械搅拌制浆水洗后再次压滤，控制水洗固液质量比为36%，所得最终滤饼含水量40%。最后将所得滤饼采用强力干燥机中干燥粉碎至600目后送入回转窑，在500
º
c下焙烧45 min后装袋，样品标记为h-1，其l
*
、a
*
、b
*
颜色参数见表1。
[0014]
实施例二：将天然土黄原矿利用破碎机破碎至粒径为5 mm，然后经雷蒙磨处理至粒径为150目。取160 kg粉末矿样加入600 l盐酸溶液（浓度为0.10 mol/l）中，采用砂磨机研磨处理，控制球料比为15:1，研磨速度为600 rpm，研磨时间为30 min。将所得湿法研磨后的浆料采用压滤机进行固液分离（滤饼含水量为36%），所得滤饼经机械搅拌制浆水洗后再次压滤，控制水洗固液质量比为32%，所得最终滤饼含水量38%。最后将所得滤饼采用强力干燥机中干燥粉碎至400目包装，样品标记为h-2，其l
*
、a
*
、b
*
颜色参数见表1。
[0015]
实施例三：将天然土黄原矿利用破碎机破碎至粒径为2 mm，然后经雷蒙磨处理至粒径为300目。取220 kg粉末矿样加入600 l盐酸溶液（浓度为2.00 mol/l）中，采用砂磨机研磨处理，控制球料比为30:1，研磨速度为800 rpm，研磨时间60 min。将所得湿法研磨后的浆料采用压滤机进行固液分离（滤饼含水量为35%），所得滤饼经机械搅拌制浆水洗后再次压滤，控制水洗固液质量比为37%，所得最终滤饼含水量为43%。最后将所得滤饼采用强力干燥机中干燥粉碎至600目后直接送入回转窑，在300
º
c下焙烧60 min后装袋，样品标记为h-3，其l
*
、a
*
、b
*
颜色参数见表1。
[0016]
实施例四：将天然土黄原矿利用破碎机破碎至粒径为4.5 mm，然后经雷蒙磨处理至粒径为200目。取240 kg粉末矿样加入600 l硝酸溶液（浓度为0.50 mol/l）中，采用砂磨机研磨处理，控制球料比为5:1，研磨速度为500 rpm，研磨时间300 min。将所得湿法研磨后的浆料采用压滤机进行固液分离（滤饼含水量为32%），所得滤饼经机械搅拌制浆水洗后再次压滤，控制水洗固液质量比为20%，所得最终滤饼含水量为40%。最后将所得滤饼采用强力干燥机中干燥粉碎至300目后直接送入回转窑，在400
º
c下焙烧180 min后装袋，样品标记为h-4，其l
*
、a
*
、b
*
颜色参数见表1。
[0017]
实施例五：将天然土黄原矿利用破碎机破碎至粒径为3 mm，然后经雷蒙磨处理至粒径为80目。取160 kg粉末矿样加入550 l硫酸溶液（浓度为1.2 mol/l）中，采用砂磨机研磨处理，控制球料比为10:1，研磨速度为1000 rpm，研磨时间120 min。将所得湿法研磨后的浆料采用压滤机进行固液分离（滤饼含水量为40%），所得滤饼经机械搅拌制浆水洗后再次压滤，控制水洗固液质量比为40%，所得最终滤饼含水量为42%。最后将所得滤饼采用强力干
燥机中干燥粉碎至180目后直接送入回转窑，在700
º
c下焙烧120 min后装袋，样品标记为h-5，其l
*
、a
*
、b
*
颜色参数见表1。