CC BY
6
УДК 54.057; 546.05; 699.81; 666.76
Кузнецов М.В.,
доктор химических наук, главный научный сотрудник,
Агеева К.А., младший научный сотрудник, ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), г. Москва, РФ
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ОБЪЕКТОВ И ИЗДЕЛИЙ ЗА СЧЁТ ЗАЩИТЫ ИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ОГНЕУПОРНЫМИ КОМПОЗИЦИЯМИ - ПРОДУКТАМИ САМОРАСПРОСТРАНЯЮЩЕГОСЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО СИНТЕЗА (СВС)
Аннотация
Исследованы смеси на базе хроматов щелочноземельных металлов (ЩЗМ), углеродсодержащие материалы, муллитовые структуры, а также некоторые другие соединения, в том числе наноматериалы, являющиеся перспективными огнеупорными композициями. В режиме горения были получены огнеупоры, которые могут быть использованы для защиты поверхностей строительных материалов, объектов и изделий от высокотемпературных воздействий. Исследованы их структурные и физико-химические характеристики, не уступающие аналогичным показателям огнеупоров, синтезированных с использованием традиционных технологий.
Ключевые слова:
хроматы ЩЗМ, муллит, углеродсодержащие материалы, огнеупоры, процессы горения, высокотемпературные воздействия, поверхности строительных материалов, объектов и изделий.
Современные технологии, основанные на процессах горения, позволяют значительно сократить технологические цепочки производства огнеупоров и, как следствие, удешевить готовую продукцию, а также уменьшить техногенный вред, наносимый окружающей среде. Основная масса огнеупоров изготавливается из природного минерального сырья - глинозема, доломита, кварцита, магнезита и т.д. В ряде случаев применяются и более дорогие синтетические материалы, в том числе оксиды и сложные оксиды. Из двух классов огнеупорных материалов - формованных и неформованных, для практики процессов гетерогенного горения конденсированных систем наиболее интересен первый. Одним из направлений исследований является получение СВС-огнеупоров класса «Фурнон». Эксплуатационные характеристики мертелей «Фурнон» приобретаются в процессе разогрева теплового агрегата и вывода его на рабочий режим. Это обстоятельство обеспечивает технологичность использования СВС-мертелей в качестве кладочного раствора. При этом СВС-мертели «Фурнон», не уступая по огнеупорности лучшим традиционным высокоглиноземистым и магнезиальным мертелям, существенно превосходят их по высокотемпературной прочности скрепления кирпичей: при температуре 14000 С прочность скрепления обычных мертелей составляет 5-7 МПа, в то время как аналогичный показатель для мертелей «Фурнон» достигает 12-15 МПа. При этом их огнеупорность сохраняется при температурах выше 17700 С. Перспективным представляется также использование в качестве компонентов сырья для производства огнеупоров хроматов ЩЗМ, которые были ранее синтезированы в режиме гетерогенного горения конденсированных систем (MCrO4+Mg+MgO и МСЮ4+А1+АЬ0з (М = Mg, Са, Ва)). Применение этих хроматов в качестве сырья для производства огнеупоров позволяет исключить из технологического процесса стадию предварительной термообработки. К положительным характеристикам получаемых материалов можно отнести то, что огнеупоры синтезируются в результате окислительно-восстановительных реакций горения алюминия, магния и других активных металлов с оксидами. Другим направлением в синтезе огнеупоров на базе сложных оксидов является получение алюмосиликатых муллитовых структур (3АЬ0з-28Ю2), силлиманита - АЬ8Юб и др. (А12812013, А1б8120в), в том числе в
сочетании с неоксидными алюмосиликатными соединениями - Л1481з. Ещё одним перспективным классом неоксидных СВС-огнеупоров являются углеродсодержащие материалы. Для их синтеза применяются очищенные до 98% и выше минеральные составляющие, продукты нефтяной переработки, нефтяной кокс и графит. Потребность в этих материалах неуклонно растет вследствие роста потребности в продукции металлургии металлов и сплавов. Использование процесса зауглероживания минерального сырья с последующим применением полученного продукта в качестве углеродсодержащего компонента по сравнению с использованием графита или сажи имеет ряд преимуществ: достигается равномерное образование каталитического углерода на всей поверхности и за счет высокой газопроницаемости в объеме образца; каждая частица обволакивается углеродом; повышается степень равномерности распределения углерода по сравнению с механическим перемешиванием компонентов за меньшее время; за счет образования ультрадисперсных частиц углерода с вкраплениями металлов (300-3000 А) они являются химически более активными при горении, при этом более полно расходуются в реакциях накопления металл-карбидных фаз. В отличие от стандартных металлотермических реакций, в которых целевыми являются не все продукты реакции, а только их часть, при гетерогенном горении конденсированных систем целевыми являются все продукты. Они формируют плотную спеченную пористую массу, которая при нанесении её на поверхности кирпичей, плит и других изделий перед процессом горения создаёт плотный защитный слой, стойкий к воздействию высоких температур, агрессивных сред и т.д. Образующиеся в результате экзотермических реакций структуры представляют собой плотные защитные каркасы, сформированные из спеченных между собой фаз и веществ. В перспективе интересным представляется также использование в качестве компонентов при изготовлении ультрадисперсных СВС-огнеупоров, в том числе и коллоидных, материалов с размерами частиц до 100 нм. В этом случае используются стабилизированные золи оксидов алюминия и кремния для прямого синтеза муллитокорундовых материалов, оксида кремния и пиролизного углерода и т. д. Прямое получение таких материалов без стадии компактирования, позволит расширить область применения СВС-технологии и продукции в производственных процессах промышленности.
© Кузнецов М.В., Агеева К.А., 2022
УДК 536.46; 666.3-128; 621.382
Кузнецов М.В.,
доктор химических наук, главный научный сотрудник,
Новицкая А.С., младший научный сотрудник, ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), г. Москва, РФ
ПОЛУЧЕНИЕ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ МИКРО- И НАНОРАЗМЕРНЫХ ПОРОШКОВЫХ КОМПОЗИЦИЙ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В ДАТЧИКАХ ГАЗОВ ПРИ МОНИТОРИНГЕ ЧС НА ПОТЕНЦИАЛЬНО ОПАСНЫХ ОБЪЕКТАХ И ТЕРРИТОРИЯХ
Аннотация
Была исследована газочувствительность шпинельных и орторомбических ферритов (NiFe2O4, СоРе204 и LaFeOз), никель-цинковых станнатов Zn2-xNixSnO4 ^=0,0.8), некоторых титансодержащих оксидов, полученных в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), а также наноразмерных порошков феррита никеля (NiFe204) и оксида никеля ^Ю), полученных методом левитационно-струйного синтеза (ЛСС). Отклики материалов на присутствие газов (этанола, аммиака,
