WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |

Таким образом, анализ литературных данных и результаты поисковых исследований позволили выдвинуть гипотезу о возможности получения алюмосиликофосфатного связующего с использованием отходов муллито-кремнеземистого волокна, а также о возможности улучшения свойств жаростойкого фосфатного газобетона за счет введения добавки отходов огнеупорного волокна.

Материалы и методы исследования. При разработке связующих использовались 60%-ную термическую ортофосфорную кислоту по ГОСТ 10678, муллито-кремнеземистое и муллито-кремнеземистое хромсодержащее волокно – ТИАС по ТУ 1529-010-05802307-2003 и бой плит МКРП-340 производства ООО «Морган Термал Керамикс Сухой Лог» (г. Сухой Лог Свердловской обл.).

При разработке поризованной композиции и газобетона применяли алюминиевую пудру марки ПАП-2 по ГОСТ 5494, шамотный порошок и шамот тонкомолотый производства Челябинского металлургического комбината, шламы нормального электрокорунда ОАО «Абразивные заводы Урала» (г. Челябинск), удовлетворяющие требованиям ГОСТ 20910, шлак металлического хрома ООО «Ключевская обогатительная фабрика» (п. Двуреченск Свердловской обл.) по ТУ 14-141-41-99 и отработанный алюмохромовый катализатор ИМ-2201 ОАО «Каучук» (г. Стерлитамак) по ТУ 2123-093-16810126-2004. Химический состав и свойства заполнителей приведены в табл. 1, 2.

Таблица 1

Химический состав заполнителей

Тонкомолотая

добавка

Содержание, мас. %

Аl2О3

SiО2

Cr2О3

TiО2

CaО

MgО

Fe2О3

K2O

Na2O

п.п.п

Шамот

39,12

54,82

0,98

0,70

0,38

4,00

Шлам нор- маль­ного эле­ктрокорунда

89,16

1,96

0,60

3,29

1,68

0,80

2,51

Отработанный катализатор ИМ-2201

71,60

12,03

12,10

0,70

1,3

0,76

0,32

1,19

Шлак металлического хрома

75…80

до 2

6…8

6…12

до 3

до 1,5

0,5…1,5

Для изучения времени начала интенсивного взаимодействия связующего с алюминиевой пудрой и максимальной температуры взаимодействия использовали разработанную в ОАО «УралНИИстромпроект» установку, обеспечивающую автоматическую фиксацию изменения температуры смеси во времени и постоянное расположение датчика температуры в зоне активного протекания реакции.

При проведении физико-химических исследований применяли дифференциально-термический и рентгенофазовый анализ, ИК-спектроскопию. Плотность, предел прочности при сжатии, усадку, остаточную прочность и термостойкость определяли стандартными методами по ГОСТ 10180, ГОСТ 1 27 30.0, ГОСТ 12730.1, ГОСТ 20910.

Таблица 2

Физико-механические свойства исходных материалов

Материал

Насыпная плотность, кг/м3

Удельная по-

верхность, см2/г

Огнеупо­р­ность, °С

Шамот тонкомолотый

1320

2500...3000

1670

Шлам нормального

электрокорунда

1580

1100

2000

Отработанный катализатор

ИМ-2201

1150

2145

1900

Шлак металлического хрома

1850

4000

св. 1700

Количество образцов в одной серии устанавливалось исходя из условия, чтобы внутрисерийный коэффициент вариации не превышал 5 %. Эксперименты проводились с использованием методов математического планирования эксперимента. Для выбора оптимальных составов на основе полученных данных были рассчитаны регрессионные зависимости, описывающие влияние значимых факторов на предел прочности при сжатии и среднюю плотность фосфатного газобетона. Адекватность полученных на ПЭВМ моделей оценивали по критерию Фишера.

Основные результаты исследований. АСФС и АСХФС готовились введением расчетных количеств муллитокремнеземистого и муллитокремнеземистого хромсодержащего волокна в ОФК. Установлено, что можно использовать без подготовки отходы волокна, образующиеся при замене теплоизоляции печей, например керамической промышленности. В случае использования отходов волокна, образующихся при его производстве, необходима его термообработка, обеспечивающая удаление замасливателя, но не вызывающая впоследствии кристаллизации волокна. Установлено, что наилучшей реакционной способностью обладает муллитокремнеземистое и муллитокремнеземистое хромсодержащее волокно, предварительно термообработанное при 400…600 °С.

Было разработано три способа получения связки:

– по первому способу волокно выдерживали в ОФК в течение 2…3 сут без нагрева;

– по второму способу термообработку смеси волокна с ОФК проводили при 60…80 °С в течение 3…4 ч;.

– по третьему способу – смесь волокна и ОФК кипятили в течение 50…60 мин.

Получено АСФС и АСХФС со степенями замещения 0,25 и 0,5 при средней плотности 1,47…1,54 г/см3. Хромсодержащее волокно более активно, скорость взаимодействия с ОФК увеличивается.

Изучена реакция взаимодействия АСФС при различных степенях замещения с алюминиевой пудрой. Показано, что управлять временем начала интенсивного взаимодействия и его температурой можно путем изменения степени замещения и расхода металла. Установлено, что твердая поризованная композиция образуется при взаимодействии АСФС с алюминиевой пудрой в течение нескольких минут. Поризация происходит в результате газовыделения, а твердение обеспечивается выделением тепла за счет экзотермической реакции взаимодействия алюминиевой пудры и фосфатного связующего (температура смеси до 230 °С).

В дальнейшем методами физико-химического анализа (дериватография, ИК-спектроскопия, рентгенофазовый анализ) были исследованы процессы, протекающие при твердении и нагревании поризованных композиций, полученных на основе АСФС и дисперсного алюминия. Состав композиций представлен аморфными гидрофосфатами алюминия, однозамещенным фосфатом алюминия и непрореагировавшей пудрой. Силикофосфаты содержатся в небольших количествах. Фазовые превращения описываются следующей схемой:

Аморфные гидрофосфаты алюминия и кремния + А1 + Аl(Н2РО4)3110 °С

Аморфные гидрофосфаты алюминия и кремния + Аl(Н2РО4)3 + А1РО4 (берлинит) + А1300 °С

Аморфные продукты дегидратации ­­+ А1РО4 (берлинит) + Аl(Н2РО4)3 + А1(РО3)3 (В) + А1РО4 (кристобалитового типа) + А1560 °С А1(РО3)3 (В) + А1РО4 (берлинит)+ SiP2O7 + А1

700 °С А1(РО3)3 (В) + А1РО4 (кварцевого типа) + А1Р + SiP2O7 +

+ А1 (остаточный),

1000 °С

А1(РО3)3 + А1РО4 (тридимитового типа) + SiP2O7 + -А12О3

1300 °С

А1РО4 (кристобалитового типа) + -А12О3 + SiP2O7

При использовании АСХФС в поризованной композиции, наряду с указанными выше соединениями, образуется небольшое количество GrPO4.

Проведенные исследования показали, что при нагревании затвердевших поризованных алюмофосфатных композиций, полученных на основе АСФС и дисперсного металлического алюминия, образуются высокотемпературные соединения, аналогичные известным композициям алюмофосфатного состава.

При подборе составов жаростойкого фосфатного газобетона исследовали влияние степени замещения связующего и количества дисперсного алюминия, а также влияние добавки муллито-кремнеземистого волокна. Огнеупорные заполнители – шамот и шламы нормального электрокорунда – широко используются в технологии жаростойкого фосфатного газобетона, имеется большой положительный опыт их применения, они хорошо сочетаются с фосфатными связующими. Вводившаяся добавка алюмохромовых отходов нефтехимического производства (отработанного катализатора ИМ 2201) призвана обеспечить формирование фосфатов алюминия и хрома. Они повышают прочность газобетона при низких температурах (после вспучивания и после сушки), а также позволяют улучшают жаростойкие свойства.

На основании полученных данных были рассчитаны регрессионные зависимости (1)-(4), описывающие влияние количества алюминиевой пудры и отработанного катализатора на предел прочности при сжатии и среднюю плотность. Графическое отображение в виде линий равного уровня показано на рис. 1-4. Подбор составов производился на смесях с предельным напряжением сдвига 0,03…0,04 МПа. Установлено, что массы с таким показателем реологических свойств имеют оптимальную температуру саморазогрева, необходимую для последующего вспучивания и затвердевания газобетона без нарушения структуры.

Плотность корундового газобетона на 0,25-замещенной связке (в кодовых значениях):

0,25(x1,x2) = 720.8 + 131.0x1 – 42.9x2 + 15.3x1x2 + 25.6x12 – 2.1x22 (1)

где x1 – количество отработанного катализатора, в кодовых значениях (пределы изменения от –1 до +1, соответственно физические значения – от 10 до 40%);

x2 – количество дисперсного алюминия, в кодовых значениях (пределы изменения от –1 до +1, соответствующие физические значения от 3 до 5%);

Рис. 1. Влияние количества отработанного катализатора и алюминиевой пудры на среднюю плотность корундового газобетона:

а) 0,25-замещенное связующее; б) 0,5-замещенное связующее.

Сходный характер имеет зависимость при использовании 0,5-замещенной связки:

0,5(x1,x2) = 755.4 + 123.0x1 – 46.3x2 + 20.3x1x2 + 14.3x12 – 7.1x22 (2)

Регрессионные зависимости для предела прочности при сжатии корундового газобетона на 0,25 и 0,5-замещенных связках имеют вид (3, 4):

R0,25(x1,x2) = 2.96 + 1.08x1 – 0.19x2 + 0.11x12 (3)

R0,5(x1,x2) = 3.06 + 0.95x1 – 0.31x2 + 0.05x12 (4)

Рис. 2. Влияние количества отработанного катализатора и алюминиевой пудры на предел прочности при сжатии корундового газобетона:

а) 0,25-замещенное связующее; б) 0,5-замещенное связующее.

Для снижения плотности газобетона вводили заполнитель из боя отработанных муллитокремнеземистых плит МКРП-340, влияние которого на среднюю плотность и прочность газобетона показано на рис. 3. Установлено, что добавка волокнистого заполнителя в количестве до 20 % приводит к заметному снижению средней плотности.

Рис. 3. Средняя плотность (а) и прочность при сжатии (б) газобетона с различным содержанием волокнистого наполнителя: 1 – после вспучивания; 2 – после сушки при 200 °С; 3 – после термообработки при 1200 °С.

Анализ изменения величины температурной усадки шамотного газобетона показал, что наибольшие усадочные деформации наблюдаются после сушки – 0,24… 0,63 %, затем во всем интервале температур до 1200 °С происходит расширение, что можно объяснить процессами перекристаллизации фосфатов и окислением остаточного металлического алюминия (табл. 3). После 1200 °С величина температурной усадки составляет 0,27…0,38 %.

Остаточная прочность газобетона на корундовом заполнителе в среднем ниже, чем на шамотном (табл. 4). Это объясняется как гладкой поверхностью зерен корунда, не способствующей механическому сцеплению с вяжущим, так и низкой химической активностью корунда по отношению к вяжущему. Кроме того, у корунда и шамота разные коэффициенты линейного термического расширения. Минимальные значения остаточной прочности приходятся на интервал 1200…1400 °С. Заметно влияние отработанного катализатора – составы с высоким его содержанием показывают большую остаточную прочность. Тем не менее, при 1600 °С остаточная прочность для всех составов превышает 100 %.

Таблица 3

Свойства газобетона на основе алюмосиликохромфосфатного связующего,

шамота и отработанного катализатора

№ п/п

Pages:     | 1 || 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»