CC BY
9
ИЗВЕСТИЯ
томского ордена октябрьской революции и ордена трудового красного знамени политехнического института им. с. м. кирова
Том 250
1975
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ БИХРОМАТА АММОНИЯ С ГЛИНОЗЕМОМ
в. м. витюгин, в. в. кояин, н. и.;ттоддубняк, л. в. соколов
(Представлена научным семинаром кафедры ОХТ)
В развитии современной техники большое значение имеют абразивные материалы, широко применяемые для механической обработки во многих отраслях промышленности.
Наряду с ранее выпускаемыми абразивными материалами в настоящее время выпускаются и новые, обладающие повышенным качеством. 1\ таким новым абразивам относятся легированные электрокорунды и, в частности, электрокорунд хромистый [1].
Производство этого абразивного материала заключается в плавлении в электродуговых печах смеси, состоящей из глинозема (99%) и окиси хрома (1%) [2].
Однако при использовании шихты, содержащей глинозем и окись хрома, имеет место неполнота взаимодействия, и в результате получается довольно неоднородный продукт, в котором, наряду с электрокорундом хромистым, содержится электрокорунд белый и другие примеси (металлический хром, железо, карбиды и т. д.). Так, например, минералогический анализ [3] продукта, полученного на Юргинском абразивном заводе, показывает, что в нем содержится 52,01% электрокорунда хромистого, 35,65% электрокорунда белого и 12,34% прочих примесей.
Причины такой неоднородности готового продукта кроются в несовершенстве приготовления исходной шихты, а также в сегрегации ее в процессе транспортировки и загрузки, обусловленной различной крупностью и плотностью окислов алюминия и хрома.
Одним из эффективных методов борьбы с сегрегацией входящих в сырьевую смесь сыпучих материалов является мокрое гранулирование ее. Однако опыты по гранулированию шихты, состоящей из глинозема и окиси хрома, показали, что водно-физические свойства материала не позволяют получать сколько-нибудь прочные гранулы без введения соответствующих связующих веществ. С этой позиции было бы целесообразно заменить окись хрома в шихте каким-либо растворимым соединением, содержащим хром, которое, с одной стороны, будет способствовать равномерному распределению окиси хрома по поверхности глинозема, а с другой стороны, кристаллизация этого соединения в процессе сушки обеспечит упрочнение гранул.
Ниже приводятся результаты экспериментального опробования этого предположения, проведенные в лабораторных условиях на производственном глиноземе. В качестве растворимого хромистого соединения
был использован бихромат аммония. Стоимость окиси хрома и бихрома-та аммония в перечете на потребное количество окиси хрома практически одинакова.
Для максимально равномерного распределения бихромата аммония по поверхности глинозема количество и концентрацию раствора его необходимо брать в соответствии со значением максимальной молекулярной влагоемкости используемой шихты (24,2%) (4), так как только при этом условии представляется возможным получить совершенно равномерную пленку раствора на поверхности каждой отдельной частицы глинозема. Введение раствора в количестве большем, чем максимальная молекулярная влагоемкость, может привести к существенному перераспределению бихромата аммония в шихте за счет диффузионного массообмена в процессе сушки, а при количестве раствора меньшем, чем максимальная молекулярная влагоемкость, не будет достигнута полнота смачивания активной поверхности глинозема.
Вторым, не менее важным фактором, влияющим на выбор концентрации раствора, является оптимальная влажность окомкования, которая в соответствии с водно-физическими свойствами данной системы также соответствует величине маскимальной молекулярной влагоемкости глинозема.
Из литературы известно [5], что корунд с окисью хрома очень легко образует непрерывный ряд твердых растворов с температурой плавления от 2050 до 2130° С. Легкость образования твердых растворов в системе
о о
Сг203—А1203 кроется в близости ионных радиусов А13+ = 0,5Л и
о
Сг3+ = 0,6 А [6]. Вследствие этого при внедрении небольших количеств Сг3+ в кристаллическую решетку корунда не должна происходить деформация ее параметров. В самом деле, расчет параметров кристаллической решетки корунда в промышленном продукте, проведенный при рентгеноструктурном исследовании по плоскости отражения (234), не дает отклонения от параметров кристаллической решетки чистого а-ко-
о
рунда, для которого а = 5,14Л [7].
Это позволило опробовать термическую обработку шихты при температурах, значительно ниже температуры плавления компонентов для предварительного внедрения окиси хрома в кристаллическую решетку глинозема.
Экспериментальная часть
В качестве исходной шихты использовалась смесь, содержащая 99% окиси алюминия и 1% окиси хрома или бихромата аммония (также в количестве 1% в пересчете на окись хрома). В случае применения бихромата аммония шихта предварительно нагревалась в муфельной печи до 300° С в течение 1 часа, при перемешивании, с целью разложения бихромата аммония и превращения его в окись хрома. При термической обработке смеси в результате внедрения окиси хрома в кристаллическую решетку глинозема цвет материала изменяется в первом случае от серо-зеленого до светло-розового, присущего хромистому корунду, а во втором случае — от желтовато-коричневого до светло-розового.
Для установления оптимальной температуры взаимодействия окиси хрома с окисью аллюминия были проведены исследования полученных продуктов на спектрофотометре СФ-10 в видимой области электромагнитной радиации. С целью более резкого выделения полосы отражения
О О
5040 Л был использован светофильтр 1Н^5760Л. Результаты опытов приведены в табл. 1 и 2.
Как следует из результатов опытов, взаимодействие окислов хрома и алюминия в твердой .фазе начинается уже при температуре 500—600° С.
3. Заказ 2838.
33
Практически же полное усвоение окиси хрома и перестройка структуры материала происходит в интервале температур 1 000—1 100°С.
Таблица 2
Результаты исследования на СФ-10 шихты, составленной из А1203 и (\Н4)2Сг207, обожженной в течение 1 часа при различных температурах
Т а б л и ц а 1
Результаты исследования на СФ-10 шихты, составленной из А1203 и Сг203 обожженной в течение 1 часа при различных температурах
№ п/п Т обработки, °С Коэффициент отражения, % % № п/п Т обработки, °С Коэффициент отражения, % %
1 400 , 50,0 1 400 50,0
2 500 50,0 2 500 52,0
3 60Э 51,0 3 600 53,0
4 700 56,5 4 700 57,8
5 800 66,0 5 800 62,0
б 900 72,0 6 900 65,0
7 1000 73,0 7 1000 67,5
8 1100 73,0 8 1100 67,5
9 120Э 73,0 9 1200 67,5
Результаты кинетических исследований процессов взаимодействия компонентов смеси представлены в табл. 3 и 4.
Таблица 3
Определение оптимального времени термообработки для шихты, содержащей окись хрома
Т обработки, РС Продол-жительн. мин Коэффициент отражения, % 96 Т обработки, °С Продол-жительн. мин Коэффициент отражения, 96%
Исходная шихта 78,5 Исходная шихта _ 78,5
1000 5 78,5 1100 5 78,8
1000 10 78,5 1100 10 79,0
1000 15 78,5 1100 15 79,0
1000 20 79,1 1100 20 79,0
1000 25 79,1 1100 25 79,0
1000 30 79,2 1100 30 79,0
1000 35 79,2
1000 40 79,5
1000 45 79,5
1000 50 79,5
1000 55 79,5
1000 60 79,5
Следовательно, оптимальное время термообработки шихты, содержащей окись хрома, при температуре 1000°С составляет 40 мин, а при 1100° С— 10 мин. Для шихты, содержащей бихромат аммония, эти величины соответственно равны 45 и 5 мин.
Таблица 4
Определение оптимального времени термообработки для шихты, содержащей бихромат аммония
Т обработки, РС Продолжительна мин Коэффициент отражения, % Т обработки, °С Продол-жительн., мин Коэффициент отражения, %
Исходная шихта _ 59,5 Исходная шихта _ 59,5
1000 5 75,5 1100 5 79,0
1000 10 76,0 1100 10 79,0
1000 15 76,2 1100 15 79,0
1000 20 76,5 1100 20 79,0
1000 25 77,3 1100 25 79,0
1000 30 77,6 1100 30 79,0
1000 35 78,0
1000 40 78,2
1000 45 78,5
1000 50 78,5
1000 55 78,5
1000 60 78,5
ЛИТЕРАТУРА
1. М. В. Каменцев. Искусственные абразивные материалы. МАШГИЗ, М„ 1950.
2. А. С. П о л у б е л о в а, В. Н. Крылов, В. В. К а р л и н и И. С. Ефимова. Производство абразивных материалов. Изд. «Машиностроение», Л., 1968.
3. Под редакцией Н. М. Страхова. Методы изучения осадочных пород, т. 1, Госхимиздат, М., 1957.
4. А. Ф. Лебедев. Почвенные и грунтовые воды. АН СССР, 1936.
5. Н. А. Горелов. Диаграммы состояния силикатных систем. АН СССР, 1965.
6. У. Д Кингери. Введение в керамику. Изд. литературы по строительству, М„ 1967.
7 Л И Ниркин. Справочник по рентгеноструктурному анализу поликристаллов. ФИЗМАТ, М., 1961.
