CC BY
24
УДК 621.742
Илларионов И. Е., Гильманшина Т. Р., Ковалева А. А., С. И. Лыткина, С. А. Худоногов
ИССЛЕДОВАНИЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЛИТЕЙНОГО ГРАФИТА, ПРОШЕДШЕГО ХИМИЧЕСКУЮ И ХИМИКО-МЕХАНИЧЕСКУЮ АКТИВАЦИЮ
Аннотация. Целью данной работы являлось исследование физико-химических свойств природных и активированных различными способами литейных скрытокристаллических графитов. В ходе работы установлено, что в процессе химической и химико-механической активации, средний размер частиц графита изменяется с 14,8 до 12,3 и 6,8 мкм соответственно. Элементный состав существенно зависит от технологии химической активации графита. Содержание кальция уменьшается в 2,5-6,0 раз, а серы в графите окисления- возрастает в 2,5-5,0 раз в зависимости от типа окислителя, железа - в 2,0-2,5 раза, при этом в ходе химической активации соединения серы (пирит, пирротин и халькопирит) под действием окислителя переходят в комплексные соединения переменного стехиометрического состава. Содержание остальных элементов существенно не изменяется. Результаты исследований структуры показали, что при обработке графита наблюдается увеличение ширины характерного пика, что свидетельствует о насыщении структуры графита дефектами упаковки слоев за счет внедрения в нее атомов окислителя (межплоскостное расстояние у химически активированного графита увеличивается с 0,3344 до 0,3349 нм). Однако сами слои остаются без изменения, т.е. структура графита не насыщается дефектами связи в углеродных сетках, поэтому увеличения степени аморфизации графита в ходе химической активации не наблюдается. У механохимического и химико-механически активированных графитов гексагональная решетка переходит в ромбоэдрическую (межплоскостное расстояние увеличивается с 0,3364 до 0,3371 нм). Форма и микрорельеф в процессе активации не изменяются. Такие параметры гарантируют высокие свойства противопригарных покрытий, например, седиментационную устойчивость, проникающую и кроющую способности.
Ключевые слова: графит, химическая активация, химико-механическая активация, средний размер частиц, фракционный состав, форма частиц, микрорельеф частиц, элементный состав, фазовый состав, структура.
Введение
Одним из наиболее эффективных материалов, применяемых в качестве наполнителя изделий для литейного производства, является
скрытокристаллический графит, основные запасы которого сосредоточены в Красноярском крае [1, 2]. Основными качественными показателями графита являются зольность и тонина помола. Кроме этого предъявляют еще дополнительные требования на ограниченное содержание железа, серы, меди и летучих [3-18 и др.].
В результате теоретических и экспериментальных исследований, выполненных в ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет» на кафедре литейного производства под руководством д-ра техн. наук Л.И. Маминой, основано научное направление по механической активации исходных формовочных материалов, в рамках которого подтверждена перспективность использования природного скрытокристаллического графита в качестве наполнителя противопригарных покрытий [19].
© Илларионов И. Е., Гильманшина Т. Р., Ковалева А. А., С. И. Лыткина, С. А. Худоногов, 2018
В своих работах [2, 19, 20, 21 и др.] Л. И. Мамина показала, что измельчение на уровне механоактивации скрытокристаллического графита позволяет повысить не более чем на 4-5 % выход чистого углерода и снизить не более чем на 5-6 % содержание зольных остатков, что не отвечает современным требованиям, предъявляемым к углеродистым материалам литейным производством.
Известны и другие технологии повышения качества природного графита. Например, традиционная схема обогащения графитовой руды предусматривает дробление, измельчение, черновую флотацию, многостадийное доизмельчение чернового концентрата с последующей флотацией [22].
В ОАО «Завальевский графитовый комбинат» (Украина), являющимся основным поставщиком кристаллического графита промышленного назначения, был разработан способ обогащения, который включал спекание графита с кальцинированной содой при 800-900 °С с последующим водным выщелачиванием
и химическое обогащение растворами кислот [23].
Однако применение всех этих технологий не позволило получать высококачественные графиты из-
за тесного срастания графитовых частиц с нерудными минералами, поэтому необходимо разрабатывать другие технологии повышения качества графита, например, химическую активацию [2].
Целью данной работы являлось исследование физико-химических свойств природных и активированных различными способами литейных скрытокристаллических графитов.
Методическая часть
Для исследований выбран природный графит Курейского месторождения скрытокристаллического типа, основным минералом в котором является графит, второстепенными - нерудные минералы, сульфиды и углистое вещество. Нерудные минералы представлены кварцем, полевым шпатом, кальцитом, хлоритом [2, 22, 24, 25].
Для получения химически активированного графита использовали метод жидкофазного интеркалирования в присутствии серной кислоты [26, 27].
С целью увеличения активности частиц химически активированного графита его подвергали механоактивации в планетарно-центробежной мельнице АГО-2 при оптимальных режимах [2, 28, 29].
Для изучения элементного и фазового состава использовали рентгеновский дифрактометр XRD-7000, описание которого приведено в работе [30].
Размер частиц определяли методом светолазерного рассева на анализаторе размеров частиц FRITSCHAN ALYSETTE 22 MicroTec PLUS, описание которого приведено в работе [31], и находящегося лаборатории дисперсных и наноструктурированных твердых, вязких и коллоидных материалов им. Л.И. Маминой ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет».
Экспериментальная часть
В графите, как и в ряде других кристаллических структур, связь атомов внутри слоя прочная, но сами слои связаны более слабыми силами, вандерваальсовыми. В такие слоистые кристаллы можно ввести дополнительные атомы или молекулы, которые раздвигают слои исходного кристалла. В результате образуются структуры, состоящие из чередующихся исходных слоев и новых слоев введенных атомов или молекул. Эти соединения называются интеркалированными соединениями внедрения, сам процесс введения дополнительных групп -интеркалированием, вещества, внедренные в межплоскостное пространство графита, -интеркалятом [27].
Химическая модель образования
интеркалированных соединений графита
предполагает осуществление сопряженных реакций окисленияи внедрения [34-37]:
рС + [О.] ^С/ + [Red], С„+ + А-+ тНА ^ С„+А-тНА.
(1) (2)
При интеркалировании всегда происходит значительное (в 2-3 раза) увеличение расстояния между графитовыми слоями и может нарушиться порядок чередования слоев, характерный для монокристаллического графита. Образуется новая периодическая структура в направлении тригональной оси - ступень (номер ступени п равен количеству монослоев между ближайшими моноатомными или мономолекулярными слоями интеркалята (рис. 1)) [34-37].
Аморфизацию решетки и дефектность структуры оценивали косвенно по интенсивности и ширине характерных пиков на рентгенограммах, снятых на дифрактометре ДРОН-3, характеристики которого приведены в раоте [32].
Форму и микрорельеф частиц определяли на электронном микроскопе просвечивающего типа УЭЛК-100К, описанном в работе [33].
I ступень
II ступень
ступень
OOOO ic оооо
oooot оооо
OOOOtd,
Ic оооо
Ic
ОООО ОООО
оооо
-слой графита
О слой интеркалата
Рис. 1. Строение интеркалированных соединений графита [34]
Новая сверхрешетка характеризуется периодом идентичности, который варьируется в пределах 0,83,0 нм. Меняя периодидентичности интеркалированных соединений, можно управлять их составом и физико-химическими свойствами, что позволяет получать материалы с заданными характеристиками [34-37].
Таким образом, определяющую роль в процессе получения химически активированного графита играют интеркалирование и гидролиз, осуществляемые путем обработки графита без разрушения его матрицы [27, 38, 39].
Микрорельеф частиц графита, химически активированного серной кислотой, показан на рис. 2, элементный состав графита приведен в табл. 1.
Рис. 2. Микрорельеф частиц графита, активированного серной кислотой, х 1 500
Таблица 1
Элементный состав химически активированного графита
Элемент Содержание элемента, мас. % Элемент Содержание элемента, мас. %
Бе 0,85 А1 1,80
Мп 0,02 Т1 1,30
Са 0,70 8 5,40
К 0,65 81 6,70
Мм 0,60
Главными особенностями процесса окисления графита серной кислотой является
многоступенчатость прцоесса в присутствии окислителя. Серная кислота, как и большинство других интеркалируемых кислот, отличается низким окислительным потенциалом и не способна самостоятельно обеспечить отбор электронов с графитовой сетки. Поэтому возникает необходимость сопряжения реакций окисления и внедрения (наличие интеркалята (кислоты) и окислителя [Ох]).
Взаимодействие графита с серной кислотой в присутствии химических окислителей в работе [40] описано следующими химическими реакциями:
144СИ + 22^04 + К2СГ2О7 ^ 6С24/И804- -2^804 + СГ2(804)з + К2804 + 7И2О,
48СИ + 5И2804 + К28208 ^ 2С24„+И804-2И2804 +
К2804
Представленные на рис. 3 результаты свидетельствуют о том, что серная кислота находится в химически активированном графите в растворенном состоянии.
На глубину протекания реакции (степень окисления графитовой матрицы) существенное влияние оказывает природа окислителя. Поэтому было исследовано влияние следующих окислителей на свойства скрытокристаллического графита: персульфата калия - П [41]; бихромата калия - БК [42, 43].
Результаты исследования элементного состава графитов приведены в табл. 2.
Рис. 3. Фазовый состав интеркалированного графита: линия 1- графит; линия 2 - оксид серы (SO2)
Таблица 2
Элементный состав графитов
Способ обработки Марка графита Содержание элемента, мас.%
Mn Zn ТС Al Fe Ca S Si K Mg
Без обработки ГЛС-2(К) 0,08 0,02 0,17 2,60 2,10 2,40 0,75 4,50 0,65 0,55
П ГЛС-2О(К) 0,06 0,04 0,16 2,50 0,90 0,40 1,90 4,40 0,80 0,30
БК ГЛС-2О(К) 0,06 0,02 0,09 2,70 0,80 0,95 3,80 9,50 0,90 0,35
Из представленных данных видно, что элементный состав существенно зависит от технологии химической активации графита. Содержание кальция уменьшается в 2,5-6,0 раз в зависимости от типа окислителя, железа - в 2,0-2,5 раза. Снижение содержания этих элементов можно объяснить тем, что они активно реагируют с серной кислотой с образованием водорастворимых соединений, удаляемых из графита при обработке его водой. Содержание кремния и калия, входящих в состав силикатных пород и полевых шпатов, увеличивается. Из контролируемых элементов от типа окисления наиболее сильно зависит содержание серы. Так, содержание серы в графите, обработанном по технологии БК, после окисления возрастает в 5,0 раз, а по технологии П - в 2,5 раза. Содержание остальных элементов существенно не изменяется.
Результаты исследований структуры (рис. 4 и 5)
показали, что при обработке графита по данным технологиям наблюдается увеличение ширины характерного пика и смещение его в сторону меньших углов.
Увеличение ширины характерного пика можно объяснить тем, что в процессе окисления структура графита насыщается дефектами упаковки слоев за счет внедрения в нее атомов окислителя. Однако сами слои остаются без изменения, т.е. структура графита не насыщается дефектами связи в углеродных сетках, поэтому увеличения степени аморфизации графита не наблюдается. Смещение основного пика в сторону меньших углов свидетельствует об увеличении межпакетного расстояния. Наибольшее смещение пиков наблюдается у графитов, окисленных по технологиям П и БК, и составляет 0,5°.
н 900 с
о н
§ 600 с н е
Ё 300
И
0
26
Угол, град
2
Рис. 4. Характерные пики на рентгенограммах природного (1) и химически активированного
по технологии БК (2) графита
ь т с о н в и с н е т н нИ
900
600
300 2
0 1
22
24
26
28
30
Угол, град
Рис. 5. Характерные пики на рентгенограммах природного (1) и химически активированного
по технологии П (2)
Форма и микрорельеф частиц исходных и химически активированных графитов показаны на рис. 6-8. Так же как и природный, химически активированный графит - материал со сложной формой частиц. Поверхность частиц шероховатая, на ней в большом количестве присутствуют ультрадисперные частицы.
Используя данные результаты исследований, была разработана технлогия получения
С его увеличения активности частиц химически активированного графитаего подвергали
механоактивации в планетарно-центробежной мельнице АГО-2 при оптимальных режимах (рис. 9).
Рис. 6. Форма и микрорельеф частиц природного графита. Увеличение: а - х1500; б - х4000
Рис. 7. Форма и микрорельеф частиц химически активированного графита
по технологии БК.
Увеличение: а - х1 500; б - х4 000
г V *
Уж
Рис. 8. Форма и микрорельеф частиц графита ГЛС-2О(К), химически активированного по технологии П. Увеличение: а - х1 500; б - х4 000
Средний размер частиц графитов марок ГЛС-2(К) частиц у химическо-мехнически активированного
и ГЛС-2О(К) соответственно составляет 14,8 и 12,3 графита в 2 раза меньше, чем у природного.
мкм, у механоактивированного и химико- Фракционный состав природного и активированного
механически активированного - 9,8 и 6,8 мкм. Размер графитов показан на рис. 10, 11.
Механоактивация
Т
Механически активированный ГКМ (ГЛС-2А(К))
Химико-механически активированный ГКМ (ГЛС-2ОА(К))
Рис. 9. Технология получения химически и химико-механически активированного
графита
# 70
ГЛС-2 О г I
щ
8
ГЛС-2 н ■V
щ
'Г
— -р
1
- - 1
ш 1 ■я
&
1 п> I
с
1 (Г I
О
! А
х[мт]
Рис. 10. Фракционный состав природного (ГЛС-2(К)) и химически активированного (ГЛС-20(К)) графитов
Рис. 11. Фракционный состав природного (ГЛС-2(К)) и химико-механически активированного (ГЛС-2ОА(К)) графитов
Исследования элементного состава графитов ГЛС-2(К) и ГЛС-2О(К) показали, что после химической активации в составе графита значительно снижается содержание железа, магния и кальция, содержание серы увеличивается в 2 раза, асодержание других элементов существенно не меняется. При механоактиации существенного изменения элементного состава не происходит (рис. 12).
Результаты рентгенофазового анализа показывают, что механоактивация не изменяет фазового состава графита; при химической активации сульфитные соединения серы (например, пирит) под действием окислителя переходят в комплексные соединения переменного стехиометрического состава (рис. 13, 14, табл. 3).
5 4
п, 1 Л гн
2 3 ч 3
(П
К К
а
*
а
и «
о О
Мп
2п
И
А1
Бе
Са
К М§ Элемент
Рис. 12. Элементный состав природного (Ь-1) и химически активированного (Ь-1) графитов
Б
20(°) 2в(°)
Рис. 13. Дифрактограмма природного графита Рис. 14. Дифрактограмма химически активированного
ГЛС-2(К) графита ГЛС-2О(К)
Таблица 3
Фазовый состав графитов_
Марка графита Основные фазы
ГЛС-2(К) Кварц, кальцит, пирит (или сульфит железа)
ГЛС-2А(К)
ГЛС-2О(К) Кварц, оксид кальция, сульфат железа, комплексное соединение углерода, водорода, серы
ГЛС-2ОА(К)
Таблица 4
Параметры структуры активированного различными методами ГКМ_
Параметр Марка графита
ГЛС-2(К) ГЛС-2А(К) ГЛС-2О(К) ГЛС-2ОА(К)
Тип сингонии Р63/ттс Я-3т Р63/ттс Я-3т
Межплоскостное расстояние, нм 0,3344 0,3349 0,3364 0,3371
Исследование структурных параметров показало, что для графита ГЛС-2(К) характерна гексагональная решетка. Химическая активация не меняет типа сингонии, но из-за внедрения соединений серы в слои графита наблюдается незначительное увеличение межплоскостного расстояния (с 0,3344 до 0,3349 нм). У графитов ГЛС-2А(К) и ГЛС-2ОА(К) гексагональная решетка переходит в ромбоэдрическую (межплоскостное расстояние увеличивается с 0,3364 до 0,3371 нм) (табл. 4).
Такие параметры гарантируют высокие свойства противопригарных покрытий, например
седиментационную устойчивость, проникающую и кроющую способности [44-46].
Заключение
В ходе работы установлено, что в процессе химической и химико-механической активации соответственно средний размер частиц графита изменяетя с 14,8 до 12,3 и 6,8 мкм. Элементный состав существенно зависит от технологии химической активации графита. Содержание кальция уменьшается в 2,5-6,0 раз в зависимости от типа окислителя, железа - в 2,0-2,5 раза. Содержание серы в графите окисления возрастает в 2,5-5,0 раз, при этом в ходе химической активации сульфитные
соединения серы (пирит, пирротин и халькопирит) под действием окислителя переходят в комплексные соединения переменного стехиометрического состава. Содержание остальных элементов существенно не изменяется. Результаты исследований структуры показали, что при обработке графита наблюдается увеличение ширины характерного пика, что свидетельствует о насыщении структуры графита дефектами упаковки слоев за счет внедрения в нее атомов окислителя (межплоскостное расстояние у химически активированного графита увеличивается с 0,3344 до 0,3349 нм). Однако сами слои остаются без изменения, т.е. структура графита не насыщается дефектами связи в углеродных сетках, поэтому увеличения степени аморфизации графита в ходе химической активации не наблюдается. У графитов механохимического и химико-механически активированных графитов гексагональная решетка переходит в ромбоэдрическую (межплоскостное расстояние увеличивается с 0,3364 до 0,3371 нм). Форма и микрорельеф в процессе активации не изменяется. Такие параметры гарантируют высокие свойства противопригарных покрытий, например седиментационную устойчивость, проникающую и кроющую способности.
Список литературы
1. Обогащение графитовой руды Курейского месторождения /Смирнов О.М., Крушенко Г.Г., Щипко М.Л. и др. // Обогащение руд. 1999. № 1-2. С. 19-22.
2. Способы повышения качества литейного графита отдельными и комплексными методами активации /Мамина Л.И., Гильманшина Т.Р., Новожонов В.И. и др. Красноярск: Сиб. фед. ун-т, 2011. 160 с.
3. Формовочные материалы и смеси /Дорошенко С.П., Русин К., Авдокушин В.П., Мацашек И. К.: Выща шк., 1990. 415 с.
4. Формовочные материалы и технология литейной формы /Жуковский С.С., Анисович Н.И. и др. М.: Машиностроение, 1993. 432 с.
5. Знаменский Л.Г., Ивочкина О.В., Кулаков Б.А. Электроимпульсные нанотехнологии в литейных процессах // Литейщик России. 2006. № 9. С. 8-14.
6. Гущин В.А., Чегулина В.А., Загребина К.П. Требования к углеродистым наполнителям для противопригарных покрытий // Литейное производство. 1981. № 1. С. 34-35.
7. Литейные формовочные материалы. Формовочные, стержневые смеси и покрытия /Болдин А.Н., Давыдов Н.И., Жуковский С.С. и др. М.: Машиностроение, 2006. 507 с.
8. Nwaogu U.C., Tiedje N.S. Foundry Coating Technology: A Review // Materials Sciences and Application. 2011. № 2. Р. 1143-1160.
9. Foundry coating [Электронный ресурс]. Режим доступа : http://www.sq-spb.ru/uploaded/docs/foundry%20coating%20en.p df.
10. Pat. 20130032689 US. Foundry coating composition / Martinus Jacobus Haanepen, Frederik Willem Von Piekartz, Yvonnevon Piekartz-Lutgendorff; заявитель и патентообладатель Fo-seco International Limited. 13/322,836; заявл. 15.02.11; опубл. 07.02.13.
11. Brown J.R. The Foseco Ferrous Foundryman's Handbook. Oxford et al. : Pergamon press, 2000. 371 p.
12. Sogabe T., Inagaki M., Ibuki T. Coating of Graphite by Polyimide and Its Gas Permeability // Carbon. 1992, no. 3 (30), рр. 513-516.
13. Дорошенко С.П. Получение отливок без пригара в песчаных формах. М.: Машиностроение, 1978. 208 с.
14. Кваша Ф.С. Дефект отливок «складчатость» и способы его предотвращения // Литейное производство. 2002. № 11. С. 34, 35.
15. и др. Формирование качества поверхности литейной формы и отливок /Илларионов И.Е., Шалунов Е.П., Стрельников И.А.// Проектирование и перспективные технологии в
машиностроении и металлургии: мат-лы II-й Республиканской научно-практической
конференции. Чебоксары: ФГБОУ ВО «Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова», 2016. С. 44-51.
16. Илларионов И.Е., Васин Ю.П. Формовочные материалы и смеси. Чебоксары: Изд-во Чуваш. гос. ун-та, 1992. Ч. 1. 223 с.
17. Илларионов И.Е., Васин Ю.П. Формовочные материалы и смеси. Чебоксары: Изд-во Чуваш. гос. ун-та, 1995. Ч. 2. 288 с.
18. Металлофосфатные связующие и смеси /Илларионов И.Е., Гамов Е.С., Васин Ю.П., Чернышевич Е.Г. Чебоксары: Изд-во Чуваш. гос. ун-та, 1995. 524 с.
19. Мамина Л.И. Теоретические основы механоактивации формовочных материалов и разработка ресурсосберегающих технологических материалов процессов в литейном производстве: дис. ... д-ра техн. наук. Красноярск, 1989. 426 с.
20. Получение графитсодержащих наноструктурированных материалов и композиций для литейного производства /Баранов В.Н., Гильманшина Т.Р., Мамина Л.И. и др. // Литейщик России. 2011. № 10. С. 42-45.
21. Наноструктурированные графитсодержащие изделия /Мамина Л.И., Баранов В.Н., Гильманшина Т.Р. и др. Красноярск: Сиб. фед. ун-т, 2013. 268 с.
22. Брагина В.И., Брагин В.И. Обогащение нерудных полезных ископаемых. Красноярск: ГАЦМиЗ, 1995. 100 с.
23. Технология получения малозольного графита /Шохин В.Н., Есепкин В.А. и др.// Графиты и их применение в промышленности : сб. тр. М.: Общество знаний РСФСР, Моск. дом науч. -техн. пропаганды, 1974. С. 68-71.
24. Мамина Л.И. , Королева Г.А., Гильманшина Т.Р. Перспективные способы обогащения графита // Литейное производство. 2003. № 2. С. 16-18.
25. Химико -механическая подготовка скрытокристаллического графита к дальнейшей переработке /Гильманшина Т.Р., Лыткина С.И., Жереб В.П., Королева Г.А. // Обогащение руд. 2016. № 2 (362). С. 14-19.
26. Лыткина С.И. Разработка и исследование противопригарных покрытий для чугунного литья на основе химически и механохимически активированных графитов: дис. . канд. техн. наук. Красноярск, 2013. 132 с.
27. Интеркалирование соединения [Электронный ресурс]. Режим доступа : http://femto.com.ua/articles/part_1/1386.html.
28. Баранов В.Н. Активация графита различного кристаллохимического строения для огнеупорных изделий и красок в литейном
производстве: дис. . канд. техн. наук. Красноярск, 2005. 131 с.
29. Влияние времени активации на параметры структуры графита /Гильманшина Т.Р., Мамина Л.И., Аникина В.И. и др. // Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2014. № 3. С. 21-25.
30. Рентгеновский дифрактометр XRD-7000 [Электронный ресурс]. Режим доступа : https://www.shimadzu.ru/sites/default/files/xrd-7000-flyer-07.2016.pdf
31. Лазерные приборы для измерения размера частиц [Электронный ресурс]. Режим доступа : http://gnr-
nord.ru/_/assets/brands/fritsch/%D0%91%D1%83 %D0%BA%D0%BB%D0%B5%D1%82_Fritsch_ Analysette_22.pdf
32. Дифрактометр рентгеновский ДРОН-3 [Электронный ресурс]. Режим доступа : http://kurs.znate.ru/docs/index-107235.html
33. Электронная микроскопия. Универсальный электронный микроскоп УЭМВ-100В [Электронный ресурс]. Режим доступа : http://www.laboratorium.dp.ua/item/67.
34. Композиционные наноматериалы на основе интеркалированного графита /Сорокина Н.Е., Авдеев В.В., Тихомиров А.С. и др./ М.: Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова; Научно-образовательный центр по нанотехнологиям, 2010. 50 с.
35. Melezhyk A.V., Tkachev A.G. Synthesis of gra-phene nanoplatelets from peroxosulfate graphite intercalation compounds // Nanosystems: physics, chemistry, mathematics. 2014, no. 5 (2), рр. 294306.
44. патентообладатель Мариупол. металлург. ин-т (RU) - №4471141/26; заявл. 01.07.88; опубл. 27.08.95.
45. Исследование свойств противопригарных покрытий для чугунного литья на основе химически и механохимически активированных графитов /Гильманшина Т.Р., Бабкин В.Г., Баранов В.Н. и др. // Огнеупоры и техническая керамика. 2014. № 9. С. 7-11.
36. Максимова, Н. В. Интеркалирование графита в системах C-HNO3-R, где R=CH COOH, H3PO4, H2SO4: автореф. дис. ... канд. хим. наук. М., 2002. 26 с.
37. Дунаев А., Шапорев А. Богатое семейство углеродных материалов [Электронный ресурс]. Режим доступа : http://www.modificator.ru/articles/carbon_mat2.ht ml.
38. Celzard A., Mareche J.F., Furdin G. Modelling of exfoliated graphite // Progress in Materials Science. 2005. Vol. 50, pp. 93-179.
39. Furdin G. Exfoliation process and elaboration of new carbonaceous materials // Fuel. 1998, no. 6 (77). pp. 479-485.
40. Сорокина Н.Е. Интеркалированные соединения графита с кислотами: синтез, свойства, применение: автореф. дис. ... д-ра хим. наук. М., 2007 46 с.
41. А. с. no 1786780 А1 СССР, МПК С 01 В 31/04. Окисленная смесь для получения расширенного графита из высокодисперсных фракций природного графита.
42. А. с. 1088253 СССР, МПК C 01 B 31/04. Способ получения расширенного графита / Шаталов А.Л., Кардашев Г.А., Антонов А.Н./ [и др.]; заявитель и патентообладатель Моск. ордена Трудового Красного Знамени ин-т хим. машиностроения, Всесоюз. науч.-исслед. ин-т по защите металлов и коррозии (RU). No. 3449768/23-26; заявл. 29.03.82.
43. А. с. 1727338 СССР, МПК C 01 B 31/04. Способ получения расширенного графита / Пустовалов Ю.П., Маслов В.А.; заявитель и
46. Фазовые превращения в графитовых покрытиях и их влияние на чистоту поверхности отливок /Бабкин В.Г., Леонов В.В., Гильманшина Т.Р., Степанова Т.Н. // Черные металлы. 2017. № 10. С. 54-59.
47. Свойства литейных суспензий на основе наноструктурированных графитов. Гильманшина Т.Р., Мамина Л.И., Баранов В.Н. и др. //Литейное производство. 2011. № 10. С. 31-35.
Сведения об авторах
Илларионов Илья Егорович - д-р техн. наук, заведующий кафедрой ФГБОУ ВО «ЧГУ им. И.Н. Ульянова». Чебоксары, Россия. E-mail: tmilp@rambler.ru.
Гильманшина Татьяна Ренатовна - канд. техн. наук, доц. ФГБОУ ВО «Сибирский федеральный университет». Красноярск, Россия. E-mail: gtr1977@mail.ru.
Ковалева Ангелина Адольфовна - канд. техн. наук, доц. ФГБОУ ВО «Сибирский федеральный университет». Красноярск, Россия. Email: angeli-kovaleva@yandex.ru.
Лыткина Светлана Игоревна - канд. техн. наук, доц. ФГБОУ ВО «Сибирский федеральный университет». Красноярск, Россия. E-mail: svetka-lisa@mail.ru.
Худоногов Сергей Александрович - ст. преп. ФГБОУ ВО «Сибирский федеральный университет». Красноярск, Россия. E-mail: doktor63@yandex.ru.
INFORMATION ABOUT THE PAPER IN ENGLISH
RESEARCH ON PHYSICO-CHEMICAL PROPERTIES OF FOUNDRY GRAPHITE PAST CHEMICAL AND CHEMICAL-MECHANICAL ACTIVATION
Illarionov Ilya Yegorovich - D. Sc (Eng.) Professor, head of department, I.N. Ulianov Chuvash State University, Cheboksary, Russian Federation. E-mail: tmilp@rambler.ru.
Gilmanshina Tatyana Renatovna- Ph. D (Eng.) associate professor, Siberian federal University, Krasnoyarsk, Russian Federation. E-mail: gtr1977@mail.ru.
Kovaleva Angelina Adolfovna - Ph. D (Eng.) associate professor, Siberian federal University, Krasnoyarsk, Russian Federation. E-mail: angeli-kovaleva@yandex.ru.
Lytkina Svetlana Igorevna - Ph. D (Eng.) associate professor, Siberian federal University, Krasnoyarsk, Russian Federation. E-mail: svetka-lisa@mail.ru.
Khudonogov Sergei Aleksandrovich - Senior lecturer, Siberian federal University, Krasnoyarsk, Russian Federation. E-mail: doktor63@yandex.ru.
Abstracts. The purpose of this work was to study the physico-chemical properties of natural and activated by various methods foundry cryptocrystalline graphites. During the research it was established that in the process of chemical and chemical-mechanical activation the average particle size of graphite changed from 14,8 to 12,3 and 6,8 pm, respectively. The elemental composition essentially depends on the technology of chemical activation of graphite. The calcium content decreases by 2,5-6,0 times, sulfur content in the oxidated graphite increases by 2,5-5,0 times depending on the type of oxidant, iron - in 2,0-2,5 times, while in the course of chemical activation sulfur compounds (pyrite, pyrrhotite and chalcopyrite) under the action of an oxidizing agent go into complex compounds of variable stoichiometric composition. Another elements content does not change significantly. The results of structural research showed that during graphite processing an increase in the width of the characteristic peak is observed, that indicates a saturation of the graphite structure by defects in packing layers due to the introduction the atoms of the oxidizer (the interplanar distance of chemically activated graphite increases from 0,3334 to 0,33349 nm). However, the layers themselves remain unchanged, i.e. graphite structure is not saturated with communication defects in carbon networks, so an increasing of graphite amorphization degree during chemical activation is not observed. The hexagonal lattice of mechanochemical and chemically-mechanically activated graphites, becomes rhombohedral (the interplanar spacing increases from 0,3364 to 0,3371 nm). The form and the microrelief during activation process does not change. Such parameters guarantee high properties of nonstick coatings, for example, sedimentation resistance, penetrating and covering abilities.
Keywords: Graphite, chemical activation, chemical-mechanical activation, medium particle size, fractional composition, particle shape, microrelief ofparticles, elemental composition,phase composition, structure.
Ссылка на статью:
Исследования физико-химических свойств литейного графита, прошедшего химическую и химико-механическую активацию / Илларионов И. Е., Гильманшина Т. Р., Ковалева А. А., С. И. Лыткина, С. А. Худоногов // Теория и технология металлургического производства. 2018. №3(26). С. 30-40.
Illarionov I.Y., Gilmanshina T.R., Kovaleva A.A., Lytkina S.I., Khudonogov S.A. Research on physico-chemical properties of foundry graphite past chemical and chemical-mechanical activation. Teoria i tecnología metallurgiceskogo proizvodstva. [The theory and process engineering of metallurgical production]. 2018, vol. 26, no. 3, pp.30-40.
