CC BY
17ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ГЛИНОЗЕМСОДЕРЖАЩЕГО ОТХОДА НА ПРОЦЕССЕ ВАРКИ СТЕКЛОЭМАЛИ
Хакимова Гулноз Нигмановна
Ташкентский химико-технологический институт
В статье используя физико-химические и ИК-спектроскопические методы установлено чередование ликвационных и квазигомогенных строение в микроструктуре стеклоэмали в зависимости от содержания глиноземсодержащего отхода Шуртанского ГХК. Выявлено появление небольшого максимума на кривой выщелачиваемости в стеклоэмали содержащие 2,5 масс. % глиноземсодержащего отхода. При увеличение количества вводимого отхода до 5,0-7,5 масс.% величина этого показателя снижется. При содержании в составе стеклоэмали глиноземсодержащего отхода Шуртанского ГХК до 10 %, существенных изменений на физико-химических свойствах не наблюдается.
Ключевые слова: глиноземсодержащий отход, выщелачиваемость, отработанный катализатор, щелочно-силикатное стекло, бесщелочные и малощелочные, щелочноземельные. катионы.
ШИША ЭМАЛ ПИШИРИШ ЖАРАЁНИГА ГЛИНОЗЁМЛИ ЧИЦИНДИ ТАЪСИРИНИ УРГАНИШ
Мацолада физик кимёвий ва инфрацизил спектроскопик усуллардан фойдаланиб, шиша эмал микротузилишида унинг таркибига цушилаётган глинозёмли чициндини таъсири асосида ликвацион ва квазигомоген тузилишларни узаро хосил булиш кетма-кетлиги аницланган. Шиша эмал таркибига 2,5 масс % глинозёмли чицинди цушилганда сув билан ювиш таъсирида ишцорсизланиш чизигида кичик максимумни хосил булиши аницланган. Шиша эмал таркибига 5,0-7,5 масс.% юцоридаги чицинди цушилганда бу курсатгични циймати пасайади. Шиша эмал таркибида цушилаётган Шуртан ГКМ чицинди мицдори 10% гача булганда физик кимёвий хоссалари курсатгичини кескин узгариши аницланмаган.
Калит сузи: таркибида глинозём булган чицинди, сув билан ювиш таъсирида ишцорсизланиш, ишлатилган катализатор, ишцорли силикатли шиша, ишцорсиз ва кам ишцорли ва ишцорий ер катионли силикатлар.
STUDY OF THE INFLUENCE OF ALUMINUM CONTAINING WASTE ON THE MELTING
PROCESS OF GLASS-ENAMEL
In the article by using the physic-chemical and infrared spectroscopic methods the alternation of phase separation and quasi-homogeneous structure in the microstructure of glass enamel, depending on the content of alumina-containing waste has been studied. It has been also detected the appearance of a small peak on the leaching curve in the vitreous containing 2.5 wt % of alumina-containing waste. When you increase the amount of waste by adding from 5.0 to 7.5 wt. %, this rate is decreased. Containing 10% of alumina-containing waste of GChC Shurtan no significant change of physic-chemical properties observed in the condition of glass enamel.
Keywords: alumina-containing waste, leaching, wasted catalyst, alkali-silicate glass, alkali-free and low-alkali, alkali-earth cations.
DOI: 10.24411/2181-0753/2020-10005
Специалисты занимающихся разработкой технологии стеклоэмалевых материалов все больше привлекают глиноземсодержащие стекла, характеризующиеся высокой химической устойчивостью. В научно-технической литературе имеются сведения о составах стекол, содержащих до 20% глинозема [1,2]. При введении в щелочно-силикатное стекло оксида алюминия повышается степень связности структурной сетки так, как он встраивается в кремнекислородный каркас и изменяет структурную роль щелочного компонента.
Формирование ионов алюминия в структуре стекла в шестерной координации наиболее вероятно в бесщелочных и малощелочных составах с выраженным кислотным характером. Щелочноземельные катионы малого радиуса наибольшей степени способствуют стабилизации в стекле шестерной координации алюминия. В литературе опубликованы данные, согласно которым, в зависимости от химического состава, в стеклах системы R2O-RO-B2O3-AI2O3-SÍO2 присутствует две области ликвации [3]. Известно, что AI2O3 может способствовать глушению титано-кальциевых эмалей при условии, если содержание T1O2 находится в пределах 4-5% [4].
В работе для выяснения эндотермических и экзотермических эффектов возникающие из-за присутствия в составе сырьевых компонентов неорганических и органических компонентов, а также возможных модификационных фазовых изменений использован метод ДТА.
ДТА осуществляли на дериватографе Q-1500D по системе Ф.Паулик, У. Паулик, Л.Эрдей. Скорость нагрева составила 20 град/мин. Расшифровка термограммы осуществлена на основе данных приведенных в [5].
Запись инфракрасных спектров поглощения образцов проводили на спектрометре (фирма «Nicolet») AVATAR -360 в области пропускании 400-4000 см -1. В качестве диска использован таблетки из КВ2.
Спектры, ЭПР некоторых составов стеклоэмалей получены для одинаковых навесок образцов на спектрометре марки JES - FA200 производство Японии ( в РТУ, Латвия) при стабильности поля 1х10-6 , частоте генерации от 8,8 до 9,6 ГГц, максимальной мощности 1Кв , диапазоне полосы импульсов от 10 до 100 с (с целью оценки изменения интенсивности сигнала ЭПР содержащие линии с факторами спектроскопического расщепления g ).
Определение химической устойчивости стеклоэмали в воде, кислоте и щелочи определяли упрощенным немецким методом (DIN №12111) [6] и по ГОСТ 22291-83 [7].
В данной статье приведены результаты по изучению влияния глиноземсодержащего отхода на процессе варки и свойства грунтовой стеклоэмали. Глиноземсодержащий отход - отработанный катализатор образуется в процессе полимеризации за счет адсорбции алюминийсодержащим катализатором титановых и ванадиевых солей, поглощения летучих компонентов HCl, CH3COOH и некоторых других соединений. По внешнему виду гранулы глиноземсодержащего отхода (оксида алюминия) имеют форму цилиндра или шарика и являются не огнеопасными. Химический состав отработанного катализатора включает (масс. %>): AhO3-75,00; Na2O-1,40; Fe2O3-0,16; FeO-0,14; TíO2-0,14; CaO-0,90; MgO-0,48; п.п.п.-19,7 и в незначительном количестве другие примеси.
В качестве исходного стекла был взят состав содержащие следующие ингредиенты (масс.%): SíO2-47,0; В203-15,0; ^2O-15,0; К2О-2,7; Fe2O3 -4,0; СаF2-4,0; Р2О5-1,5; MgO-1,5; CaO-1,5; CoO-0,6; NiO-1,7. При этом составы опытных стекол изменялись таким образом, чтобы суммарное количество Na2O+ B2O3 оставалось постоянным, равным 30,0%, а
количество АЬОз изменялось от 2,5 до 10,0% с интервалом 2,5%. Содержания остальных компонентов исходного стекла оставались также неизменными (табл. 1).
Таблица 1
Состав опытных стекол с глиноземсодержащим компонентом
Составы Соотношения Компоненты, масс. %
Ыа2О: Б2О3 (Ыа2О+Б2О3): А12О3 Ыа2О А12О3 Б2О3
АГ - 1 1:1 12:1 15,00 2,50 15,00
АГ - 2 1:1 6:1 15,00 5,00 15,00
АГ - 3 1:1 4:1 15,00 7,50 15,00
АГ - 4 1:1 3:1 15,00 10,00 15,00
Варка опытных стекол и образцов проводились по традиционной методике общепринятой в технологии стекловарения. При этом отмечено, что составы стекол с высоким содержанием оксида алюминия получались более тугоплавкими, хотя качество стеклонити не имели признаков не провара.
Глиноземсодержащий отход вызывает резкое изменение микроструктуры стекла: вместо ликвационного строения появляется квазигомогенное строение. С повышением содержания глинозема возникает новый тип ликвационного строения, которое заметно слабеет при соотношении А12Оз>(Б2Оз+На2О). Расслаивание эмалевого стекла на очень мелкие капли способствует равномерному распределению титансодержащей фазы в структуре стекла и росту небольших кристалликов, которые обеспечивают высокий степень глушения и блеск покрытия, что согласуется с данными работ [3-7].
В соответствии с рис. 1, интенсивность экзотермических эффектов снижается не только с увеличением оксида алюминия и уменьшением содержания Б2О3, но и при невысоком содержании Б2О3. На термических кривых нагреваний стеклоэмалей имеются несколько экзотермических и эндотермических эффектов, что указывает на наличие нескольких кристаллических и стекловидных фаз. Для определения состава кристаллических фаз, эмалевые покрытия выдерживались в течение часа при температурах возникновения экзоэффектов, после чего подвергались рентгенофазовому анализу. В дифрактограммах эмалевых покрытий с глиноземсодержащим отходом выявлены в основном наличие кристаллических фаз сфена, рутила и геленита. Белизна эмалевых покрытий, заглушенных сфеном, не превышает 75%
По данным работ [8], эти изменения могут быть вызваны образованием единого кварцеподобного каркаса [Б1(А1)О4]. Изменения, происходящие в структуре эмалей при постепенном замещении одного компонента другим, отражается и на их свойствах.
Рис. 1. Фрагменты ДТА опытных стеклоэмалей с глиноземсодержащим отходом
-I---
400 ЯИ 600 700 800 900 ГС
Рис. 2. Зависимость показателя выщелачиваемости (В) и растекаемости (Р) опытных грунтовых стеклоэмалей от концентрации глиноземсодержащего
отхода.
С помощью электронно-микроскопического и ИК-спектроскопического анализов в изученном диапазоне составов было установлено чередование ликвационных и квазигомогенных микроструктур в зависимости от содержания Al2Oз. В такой же
зависимости меняется выщелачиваемость и растекаемость стекол (см. рис 2). Введение 2,5 масс. % глиноземсодержащего отхода вызывает появление небольшого максимума на кривой выщелачиваемости, интервал составов с глиноземсодержащим отходом 5,0-7,5 масс.% характеризуется сначала снижением, а потом ростом величины выщелачиваемости. Растекаемость составов сначала растет, а затем при достижений содержания глиноземсодержащего отхода 7,5% начинается спад. Следовательно, можно заключить, что решающим фактором не всегда является химический состав эмалей, а их микроструктура, в которой формируются определенные кристаллические фазы.
Используя современные физико-химические методы анализа, нами были изучены основные свойства полученных стекол. В основу исследования были взяты методы анализа предложенной в [9]. Результаты исследования представлены в табл.2. Анализ полученных данных показывает, что с повышением содержаний глиноземсодержащего отхода показатели физико-механических свойств увеличивается.
Таблица 2.
Основные физико-механические свойства грунтовых стеклоэмалей с глиноземсодержащим отходом
Свойства Составы, масс. %:
Исх. АГ - 1 АГ -2 АГ -3 АГ - 4
состав
ТКЛР, а«10-7, град-1 115,1 116,2 119,4 120,6 126,2
Поверхностное натяжения, н/м 0,020 0,023 0,027 0,029 0,035
Температура начала размягчения, 0С 540 545 555 560 570
Плотность, кг/м3 2310 2328 2375 2385 2398
Микротвердость, кг/мм2 398,2 399,0 405,6 416,5 422,0
Теплоемкость, дЖ/(кг • к) 780 785 790 792 795
Теплопроводность, Вт/(м • к) 0,96 0,98 0,96 0,97 0,98
Термостойкость, количество теплосмен, 6 6 6 7 7
400-20-400 0С
Краевой угол смачивания, град 52,5 51,2 51,4 51,3 51,2
Таким образом, на основе полученных данных можно предполагать, что с введением в состав стеклоэмали глиноземсодержащего отхода Шуртангского ГХК до 10 %, существенные негативные изменения в физико-химических свойствах не наблюдается, при этом оптимальным количеством вводимого в состав шихты стеклоэмалей глинозем содержащего отхода является 7,5 %.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Петцольд А., Пешманн Г. Эмаль и эмалирование. Справ. изд. пер. с нем. - М.: Металлургия, 1990. - 576 с.,
2. Технология эмали и эмалирование металлов. Под ред. В.В. Варгина. М.: Стройиздат. 1972. 308 с.
3. Матвиенко В.Н. Исследование кристаллизационной способности титансодержащих стекол и синтез титано-кальциевых эмалей: Дис.... канд.тех наук. - Днепропетровск, 1978. -22 с.
4. Паукш П.Г., Эйдук Ю.Я. и др. Титановые эмали, содержащие окиси кальция. // Неорганические стекловидные покрытия по керамике и металлу / - Рига. 1969. С.335-337.
5. Берг Л.Г. Введение в термографию. - М.: Наука, 1969. - 396 с.
6. Павлушкин Н.М., Сентюрин Г.Г., Ходаковская Р.Я. Практикум по технологии стекла и ситаллов. - М.: Стройиздат, 1970. - 512 с.
7. Паукш П.Г., Эйдук Ю.Я., Редала С.Э. и др. Кальций содержащие титановые эмали //Новые легкоплавкие глазури, эмали и фосфорсодержащие стекла. -Рига. :РПИ. 1983. -92с.
8. Инфракрасные спектры щелочных силикатов /Под ред. А.Г. Власова. Л.: Химия. 1970. - 234 с.
9. Горботенко В.Е., Гузий В.А., Зубехин А.П. и др. Методы и средства контроля в стеклоэмалировании. Уч.пособие. -Новочеркасск, 1995.-170с.
ВЫБОР ПОДХОДЯЩЕГО СВЯЗУЮЩЕГО ДЛЯ ПЛЕНКООБРАЗУЮЩЕЙ ЧАСТИ ГРУНТОВКИ КАТОДНОГО ЭЛЕКТРООСАЖДЕНИЯ
Усманов Хумоюн Абдуносир угли
Андижанский машиностроительный институт
В статье рассмотрены характеристики основных связующих применяемых в рецептурах катафорезных грунтовок. Выявлено что наиболее подходящими связующими для пленкообразующей части являются эпоксидные смолы модифицированные полиэфирными группами для придания эластичности и полиаминами первичные аминогруппы которых блокированы кетиминами для придания функциональности за счет введения ОН- и NH-групп нейтрализованные органическими кислотами.
Ключевые слова. Катодное электроосаждение, эпоксидная смола, нейтрализация, модификация, дибутилоксид олова, кетимины, плёнкообразователь.
