авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 ||

Технологические основы модифицирования бентонита тарасовского месторождения для формовочных смесей

-- [ Страница 3 ] --

Кислотное модифицирование, в сочетании с термической активацией, являясь методом глубокой трансформации пористой структуры, вызывает увеличение удельной поверхности до 3040 м2/г, а наиболее развитой поверхностью характеризуется образец, прокаленный при температуре 200 °С. В меньшей степени увеличение удельной поверхности наблюдается при обработке бентонита карбонатом натрия.

Данные об изменении механической прочности на раздавливание природного и модифицированных образцов бентонита, в зависимости от температуры прокаливания, представлены в таблице 8. В интервале температуре от 200 до 600 °С прочность природного бентонита также проходит через максимум, связанный с потерями различных форм влаги. Удаление посторонних включений при обогащении позволяет существенно повысить прочность образцов материалов на сжатие и может использоваться как метод увеличения прочности при получении гранулированных материалов. Так, прочность термообработанного при 200600 °С бентонита возросла 1,31,4 раза. Проведение кислотной обработки приводит к полной потере механической прочности. При температуре термообработки 200 °С величина прочности гранул на раздавливание для природного бентонита составляет 2,02 МПа, для модифицированного – не превышает 0,55 МПа, после прокаливания при температуре 400800 °С гранулы не формуются и определить прочность не представляется возможным.

Использование в качестве модификатора карбоната натрия является наиболее эффективным способом увеличения прочности гранул. Во всем диапазоне исследованных температур термообработки механическая прочность гранул к раздавливающим воздействиям возрастает. Для образцов, прокаленных при 400600 °С, её величина повышается в 4,05,5 раза.

Таблица 8 – Прочность природного и модифицированного бентонитов в зависимости от температуры прокаливания

Бентонит Прочность гранул, МПа, при температуре прокаливания, °С
200 400 600 800
природный 2,1 1,1 1,0 1,5
обогащенный 2,7 3,5 4,3 2,4
модифицированный серной кислотой 0,6 не формуются
модифицированный карбонатом натрия 2,9 4,6 5,7 11,1

Установлена возможность регулирования свойств бентонита путем модифицирования ПАВ. Известно, что органофильные бентониты находят применение в качестве связующих для приготовления безводных формовочных смесей в литейном производстве, адсорбентов, структурообразователей, а в последнее время – компонентов полимер-неорганических нанокомпозитов.

Для гидрофобизации поверхности частиц бентонита и повышения её сродства к органическим веществам использовали промышленные катионные ПАВ – четвертичные аммониевые соли (ЧАС) с большим углеводородным радикалом. В качестве ЧАС были апробированы алкилбензиламмоний хлорид и диалкилбензилметиламмоний хлорид с углеводородным радикалом С17С20, алкилбензилдиметиламмоний хлорид с углеводородным радикалом С8С22 и алкилтриметиламмоний хлорид с углеводородным радикалом С16С18.

Об эффективности обработки бентонита судили по степени гидрофобности поверхности, которую определяли как отношение поглощенных образцом объемов паров бензола и воды. Показано, что для модифицирования исследуемого бентонита следует использовать алкилбензилдиметиламмоний хлорид с углеводородным радикалом С8С22. Определена оптимальная концентрация ЧАС. Разработана новая технология получения порошкообразного органофильного бентонита на основе щелочноземельного сырья, имеющего невысокую ионообменную емкость, обеспечивающая значительное снижение расхода ПАВ.

Таким образом, проведенные нами исследования химико-минералогического состава и физико-химических свойств природных и модифицированных форм бентонита Тарасовского месторождения показали, что, изменяя метод модифицирования, можно получить набор бентонитов с заданными свойствами. Установлены закономерности трансформации свойств бентонита.

В пятой главе приведены результаты исследований по разработке технологии связующих для формовочных смесей в виде бентопорошков и её реализации в производственных условиях.

Установлено, что модифицирование щелочноземельного ионообменного комплекса бентонита Тарасовского месторождения карбонатом натрия по разработанной технологии существенно повышает его качество как связующего материала.

Исследование свойств бентонита в качестве связующего для формовочных смесей проводили в соответствии с требованиями ГОСТ 2817789. В качестве образцов для сравнения использовали бентониты Алтыбайского (Оренбургская обл.), Калиново-Дашуковского (Московская обл.) и Герпежского (г. Нальчик) месторождений. Образцы модифицировали карбонатом натрия в количестве 3,5 % от массы бентонита в процессе размола глины с остаточной влажностью – 78 %. Результаты исследования свойств связующих материалов представлены в табл. 9.

Таблица 9 – Свойства бентонитовых связующих

Месторождение бентонита Коллоидальность, % Предел прочности при сжатии во влажном состоянии, кПа
Бентонит Бентонит
природный модифицированный природный модифицированный
Тарасовское 22 55 78 83
Алтыбайское 17 22 51 65
Калиново-Дашуковское 20 21 68 73
Герпежское 21 28 70 78

Введение модификатора повышает прочность на сжатие всех образцов бентонитов. Однако, даже после модифицирования, бентониты Алтыбайского, Калиново-Дашуковского и Герпежского месторождений уступают по прочности образцам бентонита Тарасовского месторождения. Отличительным свойством бетонита является высокая степень модифицируемости – коллоидальность возрастает более чем в 2 раза и достигает 55 %.

Для исследования технологических свойств формовочных смесей (90 % кварцевого песка и 10 % глинистого связующего) использовали активированный бентонит производства Болгарии, модифицированные карбонатом натрия – бетонит Тарасовского месторождения и огнеупорную глину Дружковского месторождения. Свойства формовочных смесей оценивали в зависимости от влажности смеси (таблица 10).

Бентониты Болгарии являются качественным сырьем – высокая коллоидальность, в сочетании с другими свойствами, определяют физико-механические показатели при его использовании в роли связующего формовочных смесей. Бентонит Тарасовского месторождения также имеет достаточно высокие технологические показатели и обеспечивает, по сравнению с огнеупорной глиной Дружковского месторождения, повышение прочностных свойств формовочных смесей в 1,32 раза.

Таблица 10 – Свойства формовочных смесей

Показатели Величина показателя
Бентонит, глина
Б Т Д Б Т Д Б Т Д
Влажность расчётная, % 3,0 3,5 4,0
Газопроницаемость, единиц 163 110 100 186 112 93 193 145 90
Влажность, % 3,0 3,0 3,0 3,5 3,2 3,4 3,7 3,5 3,5
Предел прочности, кПа: при сжатии во влажном состоянии 200 110 64 120 110 69 150 100 62
при разрыве в зоне конденсации влаги 4,4 1,7 1,3 4,3 1,6 1,3 4,3 1,5 1,4

Обозначения:

Б – бентонит производства Болгарии,

Т – бентонит Тарасовского месторождения,

Д – огнеупорная глина Дружковского месторождения.

Технологии связующих для формовочных смесей на основе бентонита Тарасовского месторождения в виде бентопорошков были разработаны и реализованы в двух производственных вариантах на: I – АО «ЭМПИЛС» (г. Ростов-на-Дону), II – АО «Новочеркасский керамический завод» (г. Новочеркасск, Ростовская обл.).

Данные о свойствах формовочных смесей со связующим, полученным с использованием разработанных технологий, на основе модифицированного бентонита приведены в таблице 11.

Таблица 11 – Свойства формовочных смесей в зависимости от способа получения бентопорошка

Наименование показателя Способ получения бентопорошка
Технология I Технология II
Предел прочности, кПа: при сжатии во влажном состоянии при разрыве в зоне конденсации влаги 56 1,8 69 2,2
Термическая устойчивость, единиц 0,20 0,40
Массовая доля монтмориллонита, % 33 39
Концентрация обменных катионов, ммоль/100 г сухого вещества, не менее 34 44
Массовая доля железа в пересчете на Fe2O3, %, не более 3,4 3,4
Марка по ГОСТ 2817789 М3Т3А С2Т2А

Технология производства бентопорошка по классической схеме (I) предусматривает введение соли натрия на стадии размола высушенной глины – образование щелочного ионообменного комплекса происходит в процессе приготовления формовочной смеси. Технология включает стадии: подготовки (резка, измельчение бентонита с влажностью до 28 %), сушки в барабанной сушилке (до остаточной влажности 810 %), дозирования карбоната натрия и помола в шаровых мельницах (до частиц размером не более 160 мкм), затаривания.

Использование сушильного барабана с внешним обогревом (кондуктивная сушка) и четырехзонной системой обогрева (количество тепла, подаваемого по зонам печи, создается четырьмя независимыми топками с газовыми горелками) обеспечивает необходимые температурные параметры материала, не допуская его перегрева. Расчет статики и кинетики процесса сушки позволил обосновать расходные коэффициенты по природному газу, первичному, вторичному воздуху на горение и сушильному агенту. Расчетная производительность по высушенному материалу составила 2 т/ч. Однако размеры сушильного барабана не являются оптимальными, так как технология была адаптирована к существующему на АО «ЭМПИЛС» оборудованию. Переход на конвективный режим сушки позволит сократить расход энергоносителя на 2030 %.

Реализация технологии подтвердила правильность выполненных расчетов. За период производственной эксплуатации технологии получения связующих было наработано 600 т бентопорошка. Качество продукции подтверждено АО «Ростсельмаш».

Разработанная технология (II) предполагает модифицирование в процессе получения бентопорошка путем введения соли натрия в водную суспензию глины до стадии сушки. Технология обеспечивает получение порошка заданного гранулометрического состава без размола высушенного материала. Одновременно производится частичное обогащение бентонита – примеси крупнозернистых включений отделяются на сетках перед подачей суспензии в распылительную сушку.

Технология включает стадии: подготовки (резка, измельчение бентонита с влажностью до 28 %), размола в шаровых мельницах мокрого помола с получением водной суспензии концентрацией 5055 % и модифицирования – введения карбоната или пирофосфата натрия, фильтрации – отделения крупнозернистых включений, хранения в промежуточной емкости с постоянным перемешиванием, фильтрации, сушки в распылительной сушилке с получением гранулированного порошка, затаривания.

Использование распылительной сушилки значительно ускоряет процесс за счет создания развитой поверхности массо- и теплообмена между сушильным агентом и бентонитом. Образующиеся сферические частицы бентопорошка обладают повышенной пористостью – кажущийся удельный вес снижается на 1417 %.

Таким образом, технология обеспечивает химическое, макроструктурное модифицирование и одновременное обогащение бентопорошка, позволяет интенсифицировать процессы, протекающие при приготовлении формовочных смесей, повысить качество готовой продукции. По прочностным показателям бентопорошок превосходит образцы, произведенные с использованием кондуктивного режима сушки, на 23 %.

За период производственной эксплуатации технологии получения связующих было наработано 50 т бентопорошка. Качество продукции подтверждено АО «Ростсель-маш». Глина формовочная бентонитовая соответствует марке С2Т2А ГОСТ 2817789.

Полученный бентопорошок использован на ряде машиностроительных предприятий: АО «Ростсельмаш» (г. Ростов-на-Дону), судомеханический завод (г. Цимлянск), завод кузнечно-прессового оборудования (г. Азов).

ВЫВОДЫ

1. Исследованы химико-минералогический состав и состав ионообменного комплекса бентонита Тарасовского месторождения. Основными минералами бентонита являются монтмориллонит, кварц, каолинит, гидрослюда. Ионообменный комплекс бентонита относится к щелочноземельному типу.

2. Изучено влияние модифицирования на химико-минералогический состав и физико-химические свойства бентонита. Установлено, что обогащение, кислотное, солевое и термическое модифицирование позволяют регулировать состав ионообменного комплекса и физико-химические свойства бентонитов.

3. Удаление крупнозернистых включений увеличивает долю монтмориллонита, возрастают ионообменная емкость и гидрофильность. Модифицирование карбонатом натрия диспергирует бентонит, повышая удельную поверхность, ионообменную ёмкость и гидрофильные свойства. Кислотное модифицирование способствует развитию поверхности и пористой структуры.

4. Модифицирование катионными поверхностно-активными веществами – четвертичными аммониевыми солями, придает поверхности бентонита гидрофобные свойства и повышает адсорбционную активность по отношению к неполярным жидкостям. Предложена новая технология порошкообразного органофильного бентонита.

5. Проведены исследования бентонита Тарасовского месторождения в качестве связующего для приготовления формовочных смесей. Установлено, что высокие физико-химические свойства демонстрируют связующие, полученные при модифицировании бентонита солями натрия.

6. С учетом физико-химических свойств бентонита обоснованы технологические параметры процессов модифицирования и сушки при производстве бентопорошков для приготовления формовочных смесей в литейном производстве.

7. Разработана новая технология порошкообразного бентонита: с комбинированным модифицированием – совмещением стадий обогащения и химического модифицирования, с последующим макроструктурным модифицированием при сушке в башенно-распылительной сушилке.

8. Реализованы в производственных условиях технология с кондуктивным режимом сушки (АО «ЭМПИЛС», г. Ростов-на-Дону), технология с комбинированным модифицированием (АО «Новочеркасский керамический завод», г. Новочеркасск).

Научные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

  1. Исследования минералогического состава и физико-химических свойств бентонита Тарасовского месторождения /В.А. Таранушич, А.П. Савостьянов, В.Г. Бакун, С.А. Кононенко, А.И. Собчинский // Журнал прикладной химии.– 1996.– №11.– С. 1173-1176.– Библиогр.: с. 1176.
  2. Химический состав и ионообменный комплекс модифицированных бентонитов и диатомитов Ростовской области / В.Г. Бакун, С.А. Кононенко, А.И. Собчинский, А.П. Савостьянов; Новочерк. гос. техн. ун-т.– Новочеркасск, 1996.– 8 с.– Деп. в ВИНИТИ 27.02.97, №235-В97.
  3. Рентгенографические и термогравиметрические исследования модифицированных бентонитов Тарасовского месторождения / А.П. Савостьянов, В.Г. Бакун, А.И. Собчинский, С.А. Кононенко, В.А. Таранушич; Новочерк. гос. техн. ун-т.– Новочеркасск, 1996.– 10 с.– Деп. в ВИНИТИ 26.02.97, №599-В97.
  4. Пономарев, В.В. Изучение структуры и адсорбционных свойств природного и модифицированного бентонитов / В.В. Пономарев, В.Г. Бакун, С.А. Кононенко, А.П. Савостьянов, С.В. Пугачева // Изв. вузов. Северо-Кавказский регион. Технические науки.– 2008.– №3.– С. 94-97.– Библиогр.: с. 97.
  5. Пат. 2101258 Российская Федерация, МПК6 С04В33/04. Способ получения порошкообразного бентонита / Савостьянов А.П. Боев Н.И., Филимонова В.И., Кононенко С.А., Таранушич В.А., Герасимова О.Т., Бакун

    Pages:     | 1 | 2 ||
     





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.