CC BY
11
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ГЛИНИСТЫХ КОМПОНЕНТОВ НА СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ И ФАЗОВОГО СОСТАВА ОГНЕУПОРНЫХ КЛЕЕВЫХ КОМПОЗИЦИИ
Эшбуриев Турсунали Насруллаевич
ст. преп.,
Ташкентский химико-технологический институт, Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: tursunalihim(cp,mail. ru
Шамадинова Наргис Эркиновна
ст. преп.,
Ташкентский химико-технологический институт, Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: nargisxon@mail. ru
Жалилов Абдухалил
кан. тех. наук, доцент, Ташкентский химико-технологический институт, Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: anortit1947@mail.ru
Мамажонов Махамададил Мамажанович
кан. тех. наук, доцент, Ташкентский химико-технологический институт, Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: muhamadadil(mail. ru
INVESTIGATION OF THE INFLUENCE OF CLAY COMPONENTS ON THE STRUCTURAL FORMATION AND PHASE COMPOSITION OF REFRACTORY ADHESIVE COMPOSITIONS
Tursunali Eshburiev
Senior lecturer., Tashkent Institute of Chemical Technology, Republic of Uzbekistan, Tashkent
Nargis Shamadinova
Senior lecturer, Tashkent Institute of Chemical Technology, Republic of Uzbekistan, Tashkent
Abdukhalil Jalilov
Candidate technical of Science, associate professor, Tashkent Institute of Chemical Technology, Republic of Uzbekistan, Tashkent
Makhamadadil Mamajonov
Candidate technical of Science, associate professor, Tashkent Institute of Chemical Technology, Republic of Uzbekistan, Tashkent
АННОТАЦИЯ
Представлены результаты исследования структурообразования и формирования фазового состава разработанных алюмофосфатных огнеупорных клеевых композиции AI2O3*- СГ2О3-Н3РО4 при их термической обработке, с добавкой глинистых компонентов. Установлено, что фазовый состав композиции, в основном, содержит кристаллическую фазу, представляющую тридимитовую и кристобалитовую формы AIPO4, что обусловливает высокие термические свойства исследованных клеевых композиций при эксплуатации.
Библиографическое описание: ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ГЛИНИСТЫХ КОМПОНЕНТОВ НА СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ И ФАЗОВЫЙ СОСТАВ ОГНЕУПОРНЫХ КЛЕЕВЫХ КОМПОЗИЦИИ // Universum: химия и биология : электрон. научн. журн. Эшбуриев Т.Н. [и др.]. 2022. 5(95). URL:
https://7universum. com/ru/nature/archive/item/1358 7
ABSTRACT
The results of a study of the structure formation and formation of the phase composition of the developed alumino-phosphate refractory adhesive compositions AbO3*-Cr2O3-H3PO4during their heat treatment, with the addition of clay components, are presented. Properties of the investigated adhesive compositions during operation.
Ключевые слова: адсорбент, алюмофосфатный клей, аморфная фаза, фосфотридимит, фосфокристобалит, адгезия, ДТА, ДТГ.
Keywords: adsorbent, aluminophosphate glue, amorphous phase, phosphotridymite, phosphocristobalite, adhesion, DTA, DTG.
Введение
Интенсификация технологий отраслей промышленности, связанных высокотемпературными процессами, выдвигает повышенные требования к огнеупоным и связующим материалам. Разрушение огнеупорной кладки в значительной степени наступает не столько от выхода из строя огнеупорных изделий, а от разупрочнения промежуточного слоя, создаваемого затвердевшими огнеупорными клеящими растворами. Использование традиционных глинисто шамотных или цементных растворов [1,2] при монолитизации ограждающих конструкций тепловых агрегатов часто не обеспечивает необходимые технические свойства как по прочностным, так и термическим характеристикам, получаемой кладки. В последние годы ведутся интенсивные работы по созданию принципиально новых вяжущих веществ и композиционных материалов, используемых в качестве огнеупорных клеев (растворов).
В настоящее время применяемых на производстве фосфатных клеевых композиций использовали в качестве наполнителей чистые неорганические порошковые материалы(в масс %): шамот 60-75, глина 6-10, АХФС 4-6, хромит 3-5, технический глинозем 10-15, магнезит 2-4 [3], а также рекомендовали композиции в составе (в масс %): шамотный песок 69, тонкомолотая глина 10, ортофосфорная кислота (65%) 11, [4]. Однако, надо отметить что получение компонентов энергоемко, сами материалы
дефицитны и дорогостоящие. В работе [5] для приготовления фосфатного клея использовали катализатор, каолин и АХФС, но его себестоимость остается достаточно высокой. В связи с этим поставлена цель разработки новых фосфатных огнеупорных клеевых композиции с использованием промышленных отходов, в частности, отработанного адсорбента (активированный оксид алюминия AhOз*), применяемого в производстве полиэтилена ООО Шуртанского газо-химического комплекса и местных сырьевых материалов - каолина и глины Ангренского месторождения. Использование отходов промышленности и местные сырьевые материалы позволяет не только расширить производство, но решает проблемы и задачи утилизации промышленных отходов и снижение себестоимости продуктов.
Экспериментальная часть
и полученные результаты
Для решения поставленных задач, конечной целью которых являлась разработка оптимальных составов огнеупорных клеевых композиций и изучение физико-химии процессов, протекающих при структурообразовании и формировании фазового состава полученных клеевых композиций при нагревании до температур эксплуатации 1100 0С, были разработаны варианты огнеупорных клеевых компо-зициий с глинистой добавкой, оптимальные составы которых приведена на таблице 1.
Таблица 1.
Составы огнеупорных клеевых композиции
№ композиции AhOз*в% CnO3 в% Глина огнеупорная в % Каолин в % H3PO4
Композиция -1 31 6,6 15 - 47,4
Композиция -2 31 6,6 - 15 47,4
Композиция -3 34,3 8,3 13 - 47,4
Композиция -4 34,3 8,3 - 13 47,4
Химический состав каолина и глин Ангренского месторождения, а также отработанного катализатора, содержащего актированный оксид алюминия А1^3* -
отходы ООО Шуртанского ГХК, приведены в таблице 2.
Таблица 2.
Химический состав компонентов
Наименование компонентов П.П.П. SiO2 ^2 AhOз Fe2Oз MgO CaO Na2O V2O5
АКС-30 12,2 52,46 0,52 31,4 0,61 0,5 0,74 0,83 0,33
АКС-78 13,2 46,8 0,36 36,9 0,51 0,18 0,24 0,02 0,38
А0Г-20 9,55 49,73 1,20 35,32 0,78 0,5 0,72 0,52 1,80
Al2Oз* 6,05 0,2 - 86,6 - - - 2,0 - 2,2 2,5
Одним из методов, позволяющим проследить изменение фазового состава затвердевших клеевых композиций в зависимости от температуры является рентгенофазовый анализ. Рентгенофазовый анализ выполнялся на установке ДТОН-3 порошковым методом. Режим съемки: трубка с медным антикатодом под напряжением 35 кВ и токе 20 А, чувствительность
1000 Мп/сек, угловая скорость вращения гониометра (счетчик импульсов) - 1 град/мин.
Исследованиям подверглись огнеупорные композиции состав которых приведены на таблице 1. Дифрактограммы огнеупорных композиции №1 приведены на рисунок 1.
x -а- AhOз; А -Cr2Oз; •-каолин; *-Y-AhOз; □ -а-кварц; ■ -AlРO4 Рисунок 1. Дифрактограммы композиции: AhOз *, Cr2Oз- каолин - НзРO4.
Как видно из рисунка 1, на всем протяжении нагрева от 100 до 1100°С дифракционные картины проб свидетельствуют о наличии в свободном состоянии кристаллических фаз исходного AhOз, Cr2Oз: а-глинозема, кварца. Линии каолинита (^п= 7,20;3,58А) прослеживаются до 400°С включительно, %-глинозем -до 700°С. Уже при 100°С, помимо перечисленных
выше фаз, появляется ряд слабых отражений с ёМ=8,76; 8,27; 7,74; 7,00; 6,66; 5,98; 5,64; 5,46; 5,37; 5,28; 4,46; 4,18; 4,12; 4,08; 3,92; 3,74; 3,15; 3,03; 2,94; 2,87; 2,82; 2,75; 2,72; 2,12; 2,04; 2,03А. Наиболее сильные отражения с 7,00; 5,64; 4,46; 3,03А. Идентификация кристаллических фаз затруднена
из-за отсутствия данных о количестве новообразований, но можно предположить следующее: на отражения каолинита с d/n=7,20A и 3,56А могут быть наложены линии кислых фосфатов алюминия:
AlHз(PO4)2•H2O(d/n = 7,33 (10); 3,61; 2,88А)
AlHз(PO4)2•H2O(d/n = 3,55А (10)
AlH2(PO4)з (В) (5,98А; 3,55А)
AlH2(PO4)з (А) (7,74; 5,64; 3,15; 3,03; 2,94; 2,87; 2,75А)
Сильные отражения с 7,00А и 3,03А могут быть отнесены к водным формам ортофосфата алюминия (2А1(РО4)^3Н2О и 3А1РО4.^5Н2О.
При 200°С растет отражение с d/n=8,84A, исчезают линии d/n=3,92; 3,85; 3,15; 2,87; 2,82; 2,75 2,72А, резко снижаются максимумы с d/n=7,00; 5,64 4,46; 3,03. Наблюдаются слабые линии с d/n=4,17 4,13; 4,11; 4,08А.
С повышением температуры до 300°С исчезают отражения, относящиеся к кристаллическим новообразованиям. Наряду с этим фиксируется незначительное увеличение отражения с d/n=4,13A, что свидетельствует о переходе ряда кристаллический новообразований в изаморфное состояние.
При сравнении дифрактограмм Al2Oз*,Cr2Oз, каолин и HзPO4 системы, нагретой до 300°С с, замечено, что отражение с d/n=4,15A, в слабее, наличии
каолина обеспечивает получение кристаллических фосфатов алюминия в большем количестве. Та же закономерность отмечается и в композиции А1203*-СГ2О3 - каолин - HзPO4 нагретых при 1100°С
В интервале температур 300-600°С отражение с d/n=4,13A, сохраняет примерно одинаковую интенсивность: при 600°С оно явно расщепляется с появлением пика 4,08А, тут же фиксируется резкий скачок интенсивности линии с d/n=3,35A; резкое усиление пика при 600°С сопровождается падением его при 700°С.
Наблюдаемое с 700°С до 1000°С возрастание интенсивности линии сd/n=4,13A наряду с линиями 4,36 и 3,87, а также появление отражения с d/n=5,72; 2,89; 2,92; 3,03; 2,53А можно объяснить из аморфного фаза переходить кристаллическую фазу с образованием ортофосфатов алюминия и хрома, но и переходом неизвестной фазы «2» изоструктурной берли-ниту, при 700°С в фосфокристобалит ^/п=4,08А). Одним из продуктов взаимодействия в данном случае по отражениям 4,36; 4,13А и 3,87А можно предположить о наличие смеси кристобалитовой и триди-митовой форм А1РО4,СгР04.
При исследовании композиций: А1203*-Сг203 -глина - Н3РО4 было обнаружено следующее (рисунок 2):
х -а- А12О3; А -СГ2О3; •-глина; *-у-АЬ03; □ -а-кварц; ■ -А1Р04 Рисунок 2. Дифрактограммы композиции: АЬОз *, СГ2О3- глина - Н3РО4.
Линии глины наблюдаются до 500°С включительно. Исходные кристаллические фазы АЬ03*-СГ2О3, кроме предполагаемого а-глинозема, присутствуют на всем протяжении нагрев при 100°С, проявляется отражение с d/n=3,03A. При 200°С отражение с d/n=3,03A исчезает, а появляется отражение 8,54А; 5,04Аот 300 до 500°С дифрактограммы идентичны, на них фиксируются линии исходных фаз у-А1 2О3и присутствует до 700°С. При 700°С можно отметить разрешение очень слабого отражения с d/n = 4,15А. Нагрев на 800°С вызывает появление целого ряда слабых, но четких отражений d/n=5,75; 5,61; 5,39; 5,31; 4,86; 4,40; 4,36; 4,25; 4,14; 4,10; 4,00; 3,96; 3,92; 3,87;3,52;2,99;2,92А. При 1100°С исчезают отражения 5,72; 5,66А и четко разрешаются линии с d/n=4,36; 4,27; 4,13; 3,88А.
Изучение показало, что в результате нагрева данных композиций до 700-1100°С кристаллические новообразования характеризуются одинаковым набором отражений с d/n =5,72; 4,37; 4,27; 4,13; 3,88; 2,99А. Причем начало кристаллизации новообразований в рентгенограмме фиксируется в интервале 700-800°С. В наличии ортофосфорной кислоты эти же отражения четко проявляются в том же температурном интервале, однако, уже при 300°С отмечается самое сильное отражение из перечисленных выше с d/n = 4,13А, которое при нагреве на 400,500,600°С не меняет своей интенсивности, а начиная с 700°С закономерно увеличивается.
Обсуждение полученных результатов
В результате рентгенофазового исследования клеящих систем А1203* -Сг203-каолин-Н3Р04 иА1203* -СГ2О3 -глин- Н3Р04установлено:
1. Слабые линии кристаллических фаз исходного АЬ03*-Сг203,каолин, глина,ШР04, кроме у-А1203присутствуют во всех исследованных системах до 1100°С включительно.
2. Кристаллические продукты взаимодействия наполнителей со связующим (Н3РО4) схожи. В области низких температур идентичные продукты взаимодействия характеризуются наиболее сильными линиями:
При 100°С -а/п =3,03Апри 2000 С - а/п = 8,8А
В интервале 300-700°С продукты взаимодействия в основном аморфной фазе в присутствии ор-тофосфорной кислотой, уже при с 300°С фиксируется очень слабое отражение с а/п=4,13А, которое предположительно можно отнести к смеси кристо-балитовой и тридимитовой форм А1РО4. В интервале 700-800°С во всех случаях начинается кристаллизация из аморфной части фазового состава, которая усиливается с повышением температуры нагрева. Основные продукты кристаллизации характеризуются набором линий с а/п=5,72; 4,37; 4,47; 4,13; 3,88; 2,91А. Все эти отражения, за исключением 5,72А, можно отнести к тридимитовой и кри-стобалитовой форме А1РО4.
3. Химическое взаимодействие А1203*, Сг203 с Н3РО4осуществляется за счет аморфной части А12О3*, СГ2О3. Ввод каолина и глин в систему вызывает усиление кристаллизации новообразований. Новообразования в интервале температур 700-1100°С представлены тридимитовой и кристобали-товой формами А1РО4.
4. В высокотемпературном фазовом составе преобладают термически стабильные кристаллические ортофосфаты А1, что обусловливает высокие термические свойства исследованных клеящих композиций при эксплуатации.
Заключение
В результате исследования алюмофосфатных клеевых композиции с добавкой глинистых компонентов при различных температурах, установлено, что в интервале 700-800 0С аморфная фаза постепенно переходит кристаллическую фазу. Ввод каолина и глин в систему вызывает усиление кристаллизации новообразований. Новообразования в интервале температур 700 - 1100 0 С представлены тридимитовой и кристобалитовой формами А1Р04, что обуславливает высокую термическую устойчивость разработанных клеящих композиций при эксплуатации.
Список литературы:
1. Копейкин В.А., Климентьева В.С, Красный Б.Л. Огнеупорные растворы на фосфатных связующих. - М.: Металлургия, 1986. - 104 с: ил.
2. Сычев М.М. Неорганические клеи. П.: Химия, 1986.153 с.
3. Гундарина З.Н., Лавров А.В. Исследование поведения твердых растворов алюмохромфосфатного связующего при термической обработке. Неорган. материалы. - 1978. - Т.14. №11. - С.2085-2089.
4. Чистякова А.А., Сивкина В.А., Садков В.И. Исследование алюмофосфатного связующего//АН.СССР. Неорган, материалы. - 1969. - Т.5, №9. - С.1333.
5. Вилшкерст Я.Я.. Огнеупорные клеи на основе отработанного алюмохромового катализатора и фосфатных связующих: диссертация ... кандидата технических наук: 05.17.11. - Рига, 1988
6. Жалилов А., Шамадинова Н.Э., Атакузиев Т.А. Рентгенофазовый анализ нового состава затвердевших клеевых композиции "Ресурсоэнерго сберегающие, экологические безвредные комплексные материалы" международные НТК 19-21 сентября 2013 г.
