Использование фосфатной сажи в качестве наполнителей и модификаторов шинных резин
Введение ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..6
Основная часть ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .8
1 Литературный обзор ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...8
1.1. Минеральные наполнители и требования предъявляемые к ним ... ... .8
1.2. Физические основы различных методов утилизации
шлаковых материалов ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..14
1.3. Химика . минералогический состав и физические свойства
шлаков электротермофосфорного производства ... ... ... ... ... ... ... ... .16
1.4 Области применения электротермофосфорных шлаков ... ... ... ... ... 19
1.5 Применение продуктов переработки фосфорных шлаков
(фосфатной сажи) в резинотехнических изделиях ... ... ... ... ... ... ... ... ...25
2 Объекты и методы исследования ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .30
2.1 Определение состава фосфатной сажи ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .30
2.1.1 Метод рентгеновского структурного анализа с ионизационной
регистрацией излучения ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...30
2.1.2 Метод инфракрасной спектроскопии ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...32
2.2 Приготовление резиновых смесей и определение
физико.механических свойств вулканизатов ... ... ... ... ... ... ... .35
2.2.1 Смешение резиновых смесей ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .35
2.2.2 Определение технологических свойств резиновых смесей ... ... ... 35
2.2.3 Вулканизация резиновых смесей в прессах ... ... ... ... ... ... ... ...37
2.2.4 Определение физико.механических свойств вулканизатов ... ... ... 37
3 Экспериментальная часть ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..40
3.1.1 Рентгеноструктурный и ИК . спектрометрический анализ состава
фосфатных саж ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 40
3.1.2 Исследование свойств резин, наполненных фосфатными сажами ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ...42
3.1.3 Исследование свойств резин, модифицированных фосфатной сажой ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . ... ... 46
3.1.4 Разработка рецептур и приготовление резиновых смесей
с использованием фосфатной сажи ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 56
3.1.4.1 Рецепт резиновой смеси ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..56
3.1.4.2 Приготовление резиновых смесей и определение технологических свойств смесей и физико.механических свойств вулканизатов ... ... ... ...57
Заключение ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 83
Список использованных источников... ... ... ... ... ... ... ... 85
Аннотация ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . ... ... . 90
Основная часть ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .8
1 Литературный обзор ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...8
1.1. Минеральные наполнители и требования предъявляемые к ним ... ... .8
1.2. Физические основы различных методов утилизации
шлаковых материалов ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..14
1.3. Химика . минералогический состав и физические свойства
шлаков электротермофосфорного производства ... ... ... ... ... ... ... ... .16
1.4 Области применения электротермофосфорных шлаков ... ... ... ... ... 19
1.5 Применение продуктов переработки фосфорных шлаков
(фосфатной сажи) в резинотехнических изделиях ... ... ... ... ... ... ... ... ...25
2 Объекты и методы исследования ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .30
2.1 Определение состава фосфатной сажи ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .30
2.1.1 Метод рентгеновского структурного анализа с ионизационной
регистрацией излучения ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...30
2.1.2 Метод инфракрасной спектроскопии ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...32
2.2 Приготовление резиновых смесей и определение
физико.механических свойств вулканизатов ... ... ... ... ... ... ... .35
2.2.1 Смешение резиновых смесей ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .35
2.2.2 Определение технологических свойств резиновых смесей ... ... ... 35
2.2.3 Вулканизация резиновых смесей в прессах ... ... ... ... ... ... ... ...37
2.2.4 Определение физико.механических свойств вулканизатов ... ... ... 37
3 Экспериментальная часть ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..40
3.1.1 Рентгеноструктурный и ИК . спектрометрический анализ состава
фосфатных саж ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 40
3.1.2 Исследование свойств резин, наполненных фосфатными сажами ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ...42
3.1.3 Исследование свойств резин, модифицированных фосфатной сажой ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . ... ... 46
3.1.4 Разработка рецептур и приготовление резиновых смесей
с использованием фосфатной сажи ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 56
3.1.4.1 Рецепт резиновой смеси ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..56
3.1.4.2 Приготовление резиновых смесей и определение технологических свойств смесей и физико.механических свойств вулканизатов ... ... ... ...57
Заключение ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 83
Список использованных источников... ... ... ... ... ... ... ... 85
Аннотация ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . ... ... . 90
Актуальность проблемы. Одной из остро стоящих проблем эластомерной промышленности нашей Республики является недостаток доступных ингредиентов полифункционального действия. Сейчас к резиновым изделиям предъявляются вес более жесткие требования: они должны быть термостойкими, сохранять работоспособность в условиях агрессивных сред, высоких скоростей и частот деформации. Особенно высокие требования предъявляются к автомобильным шинам, которые должны обладать безопасностью при эксплуатации и долговечностью. Введение ингредиентов полифункционального действия является одним из эффективных способов улучшения физико-механических и технологических свойств резин.
Улучшение эксплуатационных характеристик резин до последнего времени достигалось преимущественно за счет синтеза новых эластомеров и наполнителей, совершенствования вулканизационных и стабилизирующих добавок в основном импортного производства.
В настоящее время важным направлением научно-исследовательской мысли в резиновой промышленности является поиск отечественных наполнителей полифункционального действия, так как решение этой проблемы позволит решить комплекс технологических и экономических проблем.
Цель и задачи работы. Целью магистерской диссертационной работы являлось исследование резин, наполненных и модифицированных фосфатной сажой.
Поставленная цель включала решение следующих основных задач:
• исследование состава фосфатной сажи методом рентгеноструктурного анализа и ИК – спектроскопии;
• выявление общих закономерностей и особенностей процесса смешения резиновых смесей, содержащих фосфатные сажи
• исследование технологических свойств резиновых смесей;
• исследование физико-механических свойств вулканизатов.
Научная новизна магистерской диссертационной работы.
• исследован структурный состав фосфатной сажи;
• разработаны рецепты резиновых смесей с введением в состав последних фосфатных саж;
Улучшение эксплуатационных характеристик резин до последнего времени достигалось преимущественно за счет синтеза новых эластомеров и наполнителей, совершенствования вулканизационных и стабилизирующих добавок в основном импортного производства.
В настоящее время важным направлением научно-исследовательской мысли в резиновой промышленности является поиск отечественных наполнителей полифункционального действия, так как решение этой проблемы позволит решить комплекс технологических и экономических проблем.
Цель и задачи работы. Целью магистерской диссертационной работы являлось исследование резин, наполненных и модифицированных фосфатной сажой.
Поставленная цель включала решение следующих основных задач:
• исследование состава фосфатной сажи методом рентгеноструктурного анализа и ИК – спектроскопии;
• выявление общих закономерностей и особенностей процесса смешения резиновых смесей, содержащих фосфатные сажи
• исследование технологических свойств резиновых смесей;
• исследование физико-механических свойств вулканизатов.
Научная новизна магистерской диссертационной работы.
• исследован структурный состав фосфатной сажи;
• разработаны рецепты резиновых смесей с введением в состав последних фосфатных саж;
1. Федоров В.Б., Тананаев И.В. Энергонасыщенные системы и кластеры. // Журн. Всесо¬юзного хим. общ. Им. Д.И. Менделеева - 1987. - № 1. с. 43-47
2. Механохимический синтез в неорганической химии./ Под ред. Е.Г. Аввакумова. - Но¬восибирск: Наука, 1991. 259с.
3. Петрунин В.Ф. Об искажениях атомной структуры в ультрадисперсных средах. //Изв. АНСССР.Сер.Физ.-Т50, 1978-№5. с. 1566- 1568.
4. Красильникова М.К., Соколов Б.Д. Современные тенденции применения природных и синтетических минеральных наполнителей в шинной промышленности. //производство шин: Тематический обзор. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1990. 76 с.
5. Усиление эластомеров. /Под ред. К.А.Печковской. М.: Химия, 1968. 216 с.
6. Наполнители для полимерных композиционных материалов. /Под. Ред. Г.С. Каца и Д.В. Милевски. М.: Химия, 1981. 736 с.
7. Туторский И.А., Потапов Е.Э., Шварц А.Г. Химическая модификация эластомеров. М.: Химия, 1993. 317 с.
8. Керча Ю.Ю., Онищенко З.В., Кутянина В.С., Шелковникова Л.А. Структурно-химическая модификация эластомеров. Киев.: Наукова думка, 1989. 213 с.
9. Сидоренко С. А., Сидоренко А. В.. Органическое вещество в осадочно-метаморфических породах докембрия, М., 1975. 320 с.
10. Сидоренко С. А., Сидоренко А. В.. Шунгиты Карелии и пути их комплексного использования, Петрозаводск, 1975. 245 с.
11. Борисов П. А.. Карельские шунгиты. М.: Химия, 1999. 350 с.
12. Соколов В. А.. Геология и литология карбонатных пород среднего протерозоя Карелии, М.: Химия, 2001. 277 с.
13. Peruchin J.W., Arkireev V.P., Kusnesow E.W. // Рlaste und Kautschuk. 1975. № 5. р. 394.
14. Архиреев B.П., Перухин Ю.В., Поликарпов А.П., Диколенко Э.П.// Каучук и резина. 1979. № 2. С.8.
15. Архиреев B.П., Перухин Ю.В., Абдулхакова З.З., Кузнецов Е.B.// Тез. докл. международн. симпозиума по
макромолекулярной химии. Ташкент, 1978, С. 4, 42.
16. Авт. свид. СССР № 499281 // Б.И. 1976, C 2.
17. Сирота А.Г. Модификация структуры и свойств полиолефинов. Л.: Химия, 1974. C.4.
18. Архиреев B.П., Абдулхакова З.З., Кузнецов Е.В. и др.// Пластмассы. 1980. № 3. C.13.
19. Керсон В. В кн.: Химические реакции полимеров. М.: Мир, 1967. Т.2. С.201.
20. Абдулхакова З.З., Перухин Ю.В., Архиреев B.П.// Химия и технология элементоорганических соединений и полимеров. Казань: КХТИ, 1977. № 6. C.3.
21. Арбузов Б.А., Зобова H.Н.// ДАН СССР. 1967. С.1317.
22. Зедгенидзе И.Г. Планирование эксперимента для исследования многокомпонентных смесей. М.: Наука,
1976. С.48.
23. Донцов А.А. Процессы структурирования эластомеров. М.: Химия, 1978. С.79.
24. Липатов Ю.С., Сергеева Л.И. Адсорбция полимеров. Киев: Наукова думка, 1972.
25. Виноградов Г.В., Малкин АЯ., Бережная Г.В., Бостанджиян Г.А.// Механика полимеров. 1971. № 4. С.714.
2. Механохимический синтез в неорганической химии./ Под ред. Е.Г. Аввакумова. - Но¬восибирск: Наука, 1991. 259с.
3. Петрунин В.Ф. Об искажениях атомной структуры в ультрадисперсных средах. //Изв. АНСССР.Сер.Физ.-Т50, 1978-№5. с. 1566- 1568.
4. Красильникова М.К., Соколов Б.Д. Современные тенденции применения природных и синтетических минеральных наполнителей в шинной промышленности. //производство шин: Тематический обзор. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1990. 76 с.
5. Усиление эластомеров. /Под ред. К.А.Печковской. М.: Химия, 1968. 216 с.
6. Наполнители для полимерных композиционных материалов. /Под. Ред. Г.С. Каца и Д.В. Милевски. М.: Химия, 1981. 736 с.
7. Туторский И.А., Потапов Е.Э., Шварц А.Г. Химическая модификация эластомеров. М.: Химия, 1993. 317 с.
8. Керча Ю.Ю., Онищенко З.В., Кутянина В.С., Шелковникова Л.А. Структурно-химическая модификация эластомеров. Киев.: Наукова думка, 1989. 213 с.
9. Сидоренко С. А., Сидоренко А. В.. Органическое вещество в осадочно-метаморфических породах докембрия, М., 1975. 320 с.
10. Сидоренко С. А., Сидоренко А. В.. Шунгиты Карелии и пути их комплексного использования, Петрозаводск, 1975. 245 с.
11. Борисов П. А.. Карельские шунгиты. М.: Химия, 1999. 350 с.
12. Соколов В. А.. Геология и литология карбонатных пород среднего протерозоя Карелии, М.: Химия, 2001. 277 с.
13. Peruchin J.W., Arkireev V.P., Kusnesow E.W. // Рlaste und Kautschuk. 1975. № 5. р. 394.
14. Архиреев B.П., Перухин Ю.В., Поликарпов А.П., Диколенко Э.П.// Каучук и резина. 1979. № 2. С.8.
15. Архиреев B.П., Перухин Ю.В., Абдулхакова З.З., Кузнецов Е.B.// Тез. докл. международн. симпозиума по
макромолекулярной химии. Ташкент, 1978, С. 4, 42.
16. Авт. свид. СССР № 499281 // Б.И. 1976, C 2.
17. Сирота А.Г. Модификация структуры и свойств полиолефинов. Л.: Химия, 1974. C.4.
18. Архиреев B.П., Абдулхакова З.З., Кузнецов Е.В. и др.// Пластмассы. 1980. № 3. C.13.
19. Керсон В. В кн.: Химические реакции полимеров. М.: Мир, 1967. Т.2. С.201.
20. Абдулхакова З.З., Перухин Ю.В., Архиреев B.П.// Химия и технология элементоорганических соединений и полимеров. Казань: КХТИ, 1977. № 6. C.3.
21. Арбузов Б.А., Зобова H.Н.// ДАН СССР. 1967. С.1317.
22. Зедгенидзе И.Г. Планирование эксперимента для исследования многокомпонентных смесей. М.: Наука,
1976. С.48.
23. Донцов А.А. Процессы структурирования эластомеров. М.: Химия, 1978. С.79.
24. Липатов Ю.С., Сергеева Л.И. Адсорбция полимеров. Киев: Наукова думка, 1972.
25. Виноградов Г.В., Малкин АЯ., Бережная Г.В., Бостанджиян Г.А.// Механика полимеров. 1971. № 4. С.714.
Дисциплина: Химия
Тип работы: Дипломная работа
Бесплатно: Антиплагиат
Объем: 68 страниц
В избранное:
Тип работы: Дипломная работа
Бесплатно: Антиплагиат
Объем: 68 страниц
В избранное:
СОДЕРЖАНИЕ
Стр.
Введение ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . .6
Основная часть ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .8
1 Литературный обзор ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...8
1.1. Минеральные наполнители и требования предъявляемые к ним ... ... .8
1.2. Физические основы различных методов утилизации
шлаковых материалов ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..1 4
1.3. Химика – минералогический состав и физические свойства
шлаков электротермофосфорного производства ... ... ... ... ... ... ... ... .16
1.4 Области применения электротермофосфорных шлаков ... ... ... ... ... 19
1.5 Применение продуктов переработки фосфорных шлаков
(фосфатной сажи) в резинотехнических изделиях ... ... ... ... ... ... ... ... ...25
2 Объекты и методы исследования ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .30
2.1 Определение состава фосфатной сажи ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .30
2.1.1 Метод рентгеновского структурного анализа с ионизационной
регистрацией излучения ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...30
2.1.2 Метод инфракрасной спектроскопии ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...32
2.2 Приготовление резиновых смесей и определение
физико-механических свойств вулканизатов ... ... ... ... ... ... ... .35
2.2.1 Смешение резиновых смесей ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .35
2.2.2 Определение технологических свойств резиновых смесей ... ... ... 35
2.2.3 Вулканизация резиновых смесей в прессах ... ... ... ... ... ... ... ...37
2.2.4 Определение физико-механических свойств вулканизатов ... ... ... 37
3 Экспериментальная часть ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..40
3.1.1 Рентгеноструктурный и ИК - спектрометрический анализ состава
фосфатных саж ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 40
3.1.2 Исследование свойств резин, наполненных фосфатными
сажами ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ...42
3.1.3 Исследование свойств резин, модифицированных фосфатной
сажой ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . ... ... 46
3.1.4 Разработка рецептур и приготовление резиновых смесей
с использованием фосфатной сажи ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 56
3.1.4.1 Рецепт резиновой смеси ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..56
3.1.4.2 Приготовление резиновых смесей и определение технологических
свойств смесей и физико-механических свойств вулканизатов ... ... ... ...57
Заключение ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 83
Список использованных источников... ... ... ... ... ... ... ... 85
Аннотация ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . ... ... . 90
Перечень сокращений, условных обозначений, символов,
единиц и терминов
ШЗФС – Шымкентский завод фосфорных солей;
РТИ – резинотехнические изделия;
ПАВ – поверхностно-активные вещества;
ЭКС – эпоксидная смола;
мкм – микрометр (1·10-6 м) – длина;
А0 – ангстрем (1·10-10 м ) – длина;
m – кг, г, т – масса вещества;
кг – килограмм – масса;
т – тонна (1000 кг) – масса;
τ – с, мин, ч – время;
с – секунда – время;
мин – минута (60 с) – время;
ч – час (3600 с) – время;
Р – Па – давление;
кгссм2 – килограмм-сила на квадратный сантиметр (9,80665·10 4 Па) –
давление;
моль (М) – моль – количество вещества;
м2 – квадратный метр – площадь;
м3 – кубический метр – объем, вместимость;
л – литр (1·10-3 м3) - объем;
V – литр, метр в кубе – объем;
кгс – килограмм в секунду – массовый расход;
кгм3 – килограмм на кубический метр – плотность;
мс – метр в секунду – скорость;
Н – ньютон – сила, вес;
Дж – джоуль – энергия, работа, колическтво теплоты;
В – вольт – электрическое напряжение, электрический потенциал;
Дж(кг · К) – джоуль на килограмм-кельвин – удельная теплоемкость;
ФС – фосфатная сажа:
Тст – температура стеклования;
КН – кинетика набухания.
Введение
Актуальность проблемы. Одной из остро стоящих проблем эластомерной
промышленности нашей Республики является недостаток доступных ингредиентов
полифункционального действия. Сейчас к резиновым изделиям предъявляются вес
более жесткие требования: они должны быть термостойкими, сохранять
работоспособность в условиях агрессивных сред, высоких скоростей и частот
деформации. Особенно высокие требования предъявляются к автомобильным
шинам, которые должны обладать безопасностью при эксплуатации и
долговечностью. Введение ингредиентов полифункционального действия является
одним из эффективных способов улучшения физико-механических и
технологических свойств резин.
Улучшение эксплуатационных характеристик резин до последнего времени
достигалось преимущественно за счет синтеза новых эластомеров и
наполнителей, совершенствования вулканизационных и стабилизирующих добавок
в основном импортного производства.
В настоящее время важным направлением научно-исследовательской мысли в
резиновой промышленности является поиск отечественных наполнителей
полифункционального действия, так как решение этой проблемы позволит решить
комплекс технологических и экономических проблем.
Цель и задачи работы. Целью магистерской диссертационной работы являлось
исследование резин, наполненных и модифицированных фосфатной сажой.
Поставленная цель включала решение следующих основных задач:
• исследование состава фосфатной сажи методом рентгеноструктурного
анализа и ИК – спектроскопии;
• выявление общих закономерностей и особенностей процесса смешения
резиновых смесей, содержащих фосфатные сажи
• исследование технологических свойств резиновых смесей;
• исследование физико-механических свойств вулканизатов.
Научная новизна магистерской диссертационной работы.
• исследован структурный состав фосфатной сажи;
• разработаны рецепты резиновых смесей с введением в состав последних
фосфатных саж;
• определены прочностные и адгезионные свойства вулканизатов;
• экспериментально доказана целесообразность наполнения и модификации
резин фосфатными сажами.
Публикации. По материалам магистерской диссертационной работы
опубликованы 3 статьи.
Положения, выносимые на защиту:
1. Физико-химический состав фосфатных саж из отходов ШФЗ.
2. Обоснование целесообразности наполнения и модификации фосфатными
сажами шинных резин.
3. Наиболее выгодные концентрации фосфатной сажи как модификатора и
наполнителя в составе шинных резин для получения необходимых
технологических и эксплутационных свойств.
Структура и объем магистерской диссертационной работы. Магистерская
диссертация изложена на 90 страницах машинописного текста и включает в себя
введение, перечень сокращений, условных обозначений, терминов, 3 главы,
заключение, список использованных источников, включающий 73наименований,
аннотацию на русском, казахском и английском языках, 9 рисунков, 32 таблиц.
Основная часть
1 Литературный обзор
Современное состояние проблемы использования отвальных шлаков фосфорной
промышленности
1.1. Минеральные наполнители и требования предъявляемые к ним
Основной усиливающий наполнитель шинных резин – технический углерод.
Минеральные наполнители не явились до последнего времени
конкурентоспособными заменителями технического углерода. Однако, в связи с
ограниченными запасами нефтяного сырья и непрерывным его удорожанием,
особенно за рубежом, появились много исследований по минеральным
наполнителям 1. Хотя страны СНГ обладают огромными нефтяными ресурсами,
но тем не менее и в нашей стране в последние годы возрос интерес к
минеральным наполнителям. Цены на технический углерод растут на мировом
рынке и в ближайшие годы ожидается дальнейший их рост 2. Цены же на
такие минеральные наполнители, как например, каолиновые глины, не
чувствительны к энергетическому кризису.
Синтетические минеральные наполнители, к которым относятся белые сажи
и силикаты, требуют гораздо меньших, по сравнению с техническим углеродом,
энергетических затрат на их производство. Ниже приведены энергетические (в
британских тепловых единицах) затраты на производство различных
наполнителей ( в расчете энергетических затрат на производство
технического углерода учтен возврат энергии за счет использования тепла
отходящих газов)2.
Планом развития шинной промышленности предусмотрено постоянное
улучшение качества применяемых материалов, модернизация и расширение их
ассортимента, внедрение новых перспективных материалов. К таким материалам
относятся минеральные наполнители как синтетические, так и природные.
Производимого в странах СНГ синтетического минерального наполнителя –белой
сажи не хватает для удовлетворения нужд шинной промышленности. В связи с
ежегодного возрастающей потребностью в белой саже работы ведутся в
нескольких направлениях. Это, во – первых, исследование и разработка
прогрессивных технологических процессов для интенсификации производства с
получением рекомендованной к применению в шинной промышленности
углекислотной белой сажи БС – 120. Во –вторых, это исследования и
разработка технологической схемы производства новых типов белых саж - БС
-150, БС -105С, БС-105С-1 и др.
Наполнители Энергетические затраты
ВТЦ фунт
Технический углерод полуусиливающий , печной 370800
Технический углерод усиливающий , печной 50,00
Технический углерод, термический 58,300
Модифицированный каолин (Нюкап 100) 1,675
Гидратированный аморфный крмнезем(Зеосил 100) 13,454
Гидратированный силикат (Зеолекс 23) 7,170
Мел
0,169
В- третьих, это поиск дешевых минеральных наполнителей, могущих в
ряде случаев заменить значительно более дорогую белую сажу.
Современная техника предъявляет серьезные разнообразные требования к
резиновым изделиям и материалам, предназначенных для эксплуатации в широком
диапазоне температур, различных агрессивных химических средах, в условиях
больших динамических нагрузок и т.д. Поэтому резиновые материалы
представляют собой многокомпонентную систему, включающую различные
химические вещества, придающие резинам необходимые технические свойства.
Одним из важнейших компонентов резиновой смеси приводит к резкому
возрастанию прочностных показателей резин: сопротивлению разрыва,
истиранию, раздора и увеличению модуля резин. К усилителям относятся
различные виды саж, синтетические смолы и минеральные наполнители, в том
числе – синтетические силикаты и окисли металлов. Основными усилителям
резин являются углеродные сажи. По мнению ряда исследователей 3-5,
усиления является результатом аддитивного действия между каучуком и
частицами сажи, приводит к фиксации молекул каучука на поверхности
усилителя и сил взаимодействия между частицами самой сажи, способствующих
образованию жестких сажевых структур. Имеются также данные 6, указывающие
на возможность непосредственного химического взаимодействия между каучуком
и сажей. Для получения резин с разнообразными техническими свойствами
применяются различные смесь сажи, определяется следующими ее свойствами
7:
1- дисперсностью, характеризуемой величиной частиц или удельной
поверхностью;
2- строением и формой сажевых частиц;
3- природной поверхностных частиц (строение и состав поверхностного соля);
4- структурностью сажи, характеризуемой величиной и формой первичного
агрегата.
Для получения высококачественных цветных резиновых изделий важное
значение имеет применяя белых усилителей. Последние характеризуются
некоторыми преимуществами перед углеродными усилителями в частности,
позволяют получить термостойкие резины, отвечающие современным требованиям
авиационной и ракетной техники8.
Кремнеземные усилители могут быть разделены на следующие группы:
а- аэрозоли;
б- осажденные;
в- полученные в паровой фазе;
г- специально обработанные.
Представителем первой группы является сантоцел С. К осажденным
кремнеземным усилителям относится двуокись кремния, выпускаемая за рубежом
под общим названием Хайсил- 303 - гидратированная SiО² высокой чистоты,
рекомендуемая для изготовления резин на основе силиконовых каучуков.
Хайсил - 202 применяется в качестве усилителя теплостойких резин на
основе фторкаучуков. Хайсил -233 и 101 наводят применения в каучуках
общего назначения.
Осажденные кремнекислоты выпускаются так же под марками : ульторсил
VN3 , дуросил, вулкосил С, микросил S. Ультросил представляет собой чистую
кремневую кислоту. При соответствующем способе получения частицы
ультросила могут быть уменьшены до размеров частиц активной газовой сажи
14. Дуросил состоит в основном из двуокиси кремния величиной частиц 20
мкм. Микросил – высокодисперсная SiО² более 85%. В странах СНГ согласно
156 выпускают следующие марки белых маж6 которые относятся к осажденным
кремнекислотным усилителям , БС- 30, БС-50, БС- 100 и БС-120.
Кремнеземные усилители 6 полученные в паровой фазе6 отличаются
однородностью6 высокой дисперсностью и чистотой. Представителем этой
группы усилителей является аэросил. За рубежом выпущен аэросил высокой
чистоты [SiО² -99,99%] с величиной частиц 4-15 мкм 6. Аэросил применяется
в качестве наполнителя каучука в тех случаях, когда требуется высокая
прочность резиновых изделий ( ремни для трансмиссий, прокладки, вальцы и
т.д.). Недостатками аэросила , как наполнителя, являются затруднения,
возникающие при изготовлении смеси: чем меньше частицы наполнителя, тем
больше тепла выделяется при смешивании, труднее происходит смешивание с
каучуком , смесь в процесса обработки становится жесткой.
К специально обработанным гидрофобным кремнеземным усилителям
относятся такие SiО2 ,поверхность которых обработана высокомолекулярным
спиртами и алифатическими аминами 7, во избежание агрегирования
мелкодисперсных частиц и придания им гидрофобности, что обусловливает
наилучшее смешение их с каучуком.
Эффективность действия минеральных наполнителей ( что установлено
рядом авторов и показано на примере белой сажи) зависит от их физика
–химических свойств. Авторами 1, исследована зависимость степени
дисперсного и состава кремнеземных наполнителей до и после введения в
резиновую смесь определяли микроскопическим методом. С помощью электронного
микроскопа в образцах наполнителей наблюдали отдельные частицы размером и
десятые и сотые доли микрона, а с помощью поляризационного микроскопа
–группа частиц, собранные в агрегаты. Форма зерен каждого из образцов
наполнителей в основным повторяет формы его отдельных частиц. Полученные
результаты 9, показало, что в процессе приготовления резиновой смеси
размеры зерен наполнителей умещаются, однако прямой связи между
диспергацией наполнителя и его усиливающим действием установить не
удалось. Усиливающее действия кремнеземных наполнителей в большой мере
зависит от концентрации свободных гидроксильных групп, имеющихся на
поверхности SiО2. .Белые сажи, предварительно прогретые при температуре
200ºС заметно снижают прочность связи резин с кордом 2. Аэросил,
характеризующийся низкой концентрацией ОН –групп, по эффективности в резина
– кордных системах уступает саже БС -50. При введении в резиновые смеси
белой сажи, не содержащей гидроксильных групп прогрев в муфельной печи
при 950ºС, улучшение адгезионных свойств резин практически не
наблюдалось2.
Напротив активированные поверхности кремнеземов за счет удаления
адсорбционной влаги при высушивании (до температуры 200ºС) приводит к
повышению прочности связи не менее чем на 10-15%. Значительный интерес
представляют активированные поверхности кремнеземе при введении в резины
дегидратированных молекулярных сил типа NaX, CaX в количествах,
обеспечивающих поглощение адсорбционной влаги. Проведенные исследования 2
использования белых саж с примерно равно концентрацией ОН – групп
показали, что удельная поверхность не оказывает заметного влияния на
адгезионные свойства модифицированных резин. При химической модификации
поверхности кремнеземов их эффективность зависит от природы вводимых
функциональных групп. В случае замещения реакционное– способных силанольных
групп на метил, винил, оксибутил и другие активность модифицированного
кремнезема снижается в системах со всеми испытанными адгезивами тем в
большей степени, чем выше уровень замещения 3. Эти данные подтверждают
вывод о влиянии ОН – групп на прочность связи резина – кордных систем.
Наряду с белой сажей широкое применение нашли силикаты кальция,
алюминия, циркония. Силикаты кальция и алюминия применяются для получения
теплостойких резин на основе нитрильных каучуков 24. Они придают резинам
повышенную выносливость при многократных деформациях.
В резиновой промышленности в качестве усиливающих материалов широко
используется окислы метталов титана, алюминия, железа, цинка, соли-
корбанаты, сульфаты, сульфиды кальция, бария, магния, железа и др.4. Эти
минеральные наполнители используется как усилители каучуков и как
реактивные добавкинаполнители к резиновым смесям. Некоторые наполнители
придают резинам специфические свойства –повышенное тепло-, масло-, и
светостойкость, стойкость к действию аггресивных сред, негорючесть и др.
Неактивные минеральные наполнители применяются для улучшения
технологических свойств резиновых смесей и их удешевления. Одним из
существенных недостатков наполнителей этого класса является их
дороговизна.
Поиск и разработка способов получения дешевых наполнителей этого
класса является одной из важнейших задач химической промышленности.
В институте метталургии и обогащения разработана экологические
приемлемая практически безотходная технология комплексной переработки
шлаков фосфорного производства с получениям ценных народно хозяйственных
продуктов – наполнителей для лакокрасочной и резинотехнической
промышленности , строительным материалов и триполифосфата 5. В основе ее
лежит выщелачивания тонко измельченного шлака насыщенным содовым раствором
при температуре 90-95%С и атмосферном давлении.
При карбонизации раствора метасиликата натрия отходящими газами
парокотельных, содержащих 8-12% углекислого газа , из раствора осаждают
высокодисперсный диоксид кремния при рН 9,8-9,9. Степень выделения кремния
в осадок составляют 80-85%. Маточный раствор после отделения осадка и
корректировки состава по соде возвращают на выщелачивания, а осадок
нейтрализуют концентрированной фосфорной кислотой , промывают
обессоленной водой , сушат при температуре 400ºС. Полученные
высокодисперсный диоксид кремния – белая сажа один из ценнейших
наполнители лаков, красок, искусственной кожи , автомобильных шин и других
резинотехнических изделий, удовлетворяет требованиям ГОСТ 180307-78 на
марку БС -120. Разработанная технология прошла стадии опытных и опытно
промышленных испытаний.
Из всех предложенных выше методов утилизация фосфорного шлака
внедряются лишь немногие. В настоящее время шлаки применяются в основном в
качестве добавки к цементному клинкеру и в виде литого щебня для
изготовления бетона. При этом используется только часть шлаков, в то
время как основная масса их по – прежнему вывозится в отвалы с
скапливается вблизи заводских территорий.
1.2. Физические основы различных методов утилизации шлаковых материалов
На базе месторождении фосфоритов Каратау в Казахстане в 1975 году
введено в действие четыре химических завода по производству фосфора и его
соединений. При получении 1т желтого фосфора электротермическим способом
выход шлака составляют 10-12т. В 1980 году количество этих отходов достигло
12-14 млн. тонн в год 6-8. Складирование такого объема шлаков требует
ежегодного изъятия их землепользования обширных площадей прилегающих к
городам земель. Большие средства тратятся на слив шлаков в отвал и
поддержание отвалов в должном состоянии.
Утилизация фосфорного шлака в промышленности является одной из
важнейших проблем рационального использования природных ресурсов,
комплексной переработки сырья и охраны окружающей среды.
В последнее время появляется все большее число работ, посвященных
методом переработки отходов фосфорного производства. Стремление
использовать электротермофосфорные шлаки повлекло за собой тщательное
исследование физика – химических и технологических свойств этих шлаков, а
также получаемых из них материалов и изделий. По опубликованным данным
применение фосфорных шлаков в основном ограничивается промышленностью
строительных и стеклокристаллических материалов 2-3. Проблема полного
использования фосфорных шлаков еще далеко не решена и имеет важнейшее
народно – хозяйственное значение. В этой связи большой интерес представляет
исследование возможности применения гранулированного шлака Шымкентского
фосфорного завода в качестве наполнителя резиновых смесей.
В последние годы из – за повышения цен на сырье для полимерных
материалов наблюдается снижение темпов роста производства и переработки
пластических масс и эластомеров 4. В создавшейся обстановке значительно
возросла роль сравнительно недорогих минеральных наполнителей. Введение
наполнителей способствует не только уменьшению стоимости полимера за счет
увеличения объема материала, но и улучшению его физика – механических и
технологических свойств. Такие известные синтетические наполнители как
кремнеземы, силикат кальция и алюминия, углеродная и белая сажа достаточно
дороги и дефицитны. Поэтому их все чаще стараются заменить природными
минеральными наполнителями или вводить их в комбинации друг с другом 5.
Основными минералами, используемыми в пластиках и эластомерах являются
асбесты, полевой шпат, каолин, перелит, кремнеземы, карбонат кальция,
волластонит. Перед введением в полимеры эти минералы как правила
подвергаются обработке специальными поверхностно – активными веществами и
аппретами для повышения адгезии к материалу основы.
Кроме природных минералов в последнее время как дешевые наполнители
используются древесная мука, пробка, размолотая скорлупа орехов,
целлюлозная пульпа и т.п. 4. Известны работы по использованию в качестве
наполнителей полимеров, в частности резиновыз смесей, отходов различных
производств: шлакозольного продукта, получающегося при сжигании углей
5,6, эгринового концентрата – отвального продукта обогащения руд редких
металлов.
Вышеизложенное позволяет предполагать, что и фосфорный шлак, на 80
-90% состоящий из окисей кремния и кальция, может быть использован после
обескремнивания фосфорной кислотой как наполнитель резиновых смесей.
Эффективное диспергирования и модифицирования поверхности шлака
поверхностно –активными веществами в частности обработкой водой, будет
несомненно способствовать улучшению его совместимости с эластомером.
1.3. Химика – минералогический состав и физические свойства шлаков
электротермофосфорного производства.
Целый ряд работ посвящен детальному химика – минералогическому
исследованию фазового состава гранулированных и плотных шлаков
электротермического производства фосфора 3-4.
По содержанию основных компонентов состав шлаков колеблется в
довольно узких пределах 3,4. Исключение составляют фосфорный ангидрид.
Данные химического анализа фосфорного шлака представленные в таблице 1.
Таблица 1 - Данные химического анализа фосфорного шлака
Составляющие SiO2 CaO Al2O3 MqO SO2 P2O5 Fe2 O5
вещества
Содержание, 39,0- 45,0- 1,0- 3,0- 0,3- 0,4- 0,2-
вес. % 43,0 48,0 3,0 5,0 1,0 2,6 1,5
Как видно из таблицы в составе фосфорного шлака преобладают два
компонента СаО и SiО2 88-89%.
При электротермическом производство фосфора выработка шлака
осуществляется двумя способами: мокрой грануляцией, обеспечивающей резкое
охлаждения расплава, и сливом в траншей, при котором шлак кристаллизируются
при медленном охлаждении. Вследствие этого структура, минеральный состав и
физика – механические свойства гранулированного и плотного шлаков
значительно отличаются.
Резкое охлаждения шлакового расплава при грануляции обусловливает в
основном его стекловидное строение. Однако скорость охлаждения недостаточна
для того , чтобы получилось чистое стекло. Содержания стекловидной фазы в
граншлаке Шымкентского завода фосфорных солей ШЗФС составляет, как
правило, 92-95, реже 65% 3,4, кристаллическая фаза составляют обычно 5-
8%.
Установлено, что степень закристаллизованности гранулированных шлаков
находится в прямой зависимости от содержания в них фосфорного ангидрида
9. С увеличением содержания P2O5 в шлаке количество кристаллической
фазы уменьшается, количество стеклофазы растет.
Закристаллизованная масса гранулированных шлаков представлена в
основном довольно крупными 15-30мкм зернами минералов, величина которых
достаточна для микроскопического определения 9. В меньшей доле содержатся
тонкозернистые агрегаты.
Проведенные Л.А. Владимировой с сотрудниками исследования фазового
и минералогического состава электортермофосфорных шлаков показали, что
основными минералами их являются волластонит и псевдоволластанит –
СаО* SiO2 , мелинит -[m (2CaO*MqO*2SiO2) xn (2CaO*Al 2O3 *SiO2)]6 куспидин
- 3CaO*CaF2 *2SiO2 48. Однако по данным С.Т.Сулейменова микроскопическими
исследованиям большого числа проб гранулированных шлаков ШЗФС
фторсодержащих материалов не обнаружено 9,5. Основных минералом со всех
пробах является псевдоволластанит α – СаО* SiO2, встречаются мелинит
3,4. Количество и состав фторсодержащих фаз не стабильны и зависят не
сколько от количества P2O5 , сколько от условий кристаллизации.
Стекловидная фаза граншлаков Чимкентского завода фосфорных солей
характеризуется неоднородностью состава, о чем свидетельствует наличие в
одной пробе стекол различного показателя преломления.
Гранулированный шлак ЧЗФС имеет следующие физика – механические
показатели табл. 2 ,5.
Таблица 2 - Физика – механические показатели гранулированного шлака
Модуль Удельный Объемный Пустотность Водопоглоще-
Крупности Вес, гсм³ Насыпной % ние
Вес, гсм³
3,0 2,86 1,15 66 16,5
Плотный шлак электротермофосфорного производства получается при
медленном охлаждении расплава на воздухе. При Этом условия для частичного
или полного равновесия кристаллизации жидкого шлака и основная масса
приобретает кристаллическое строение. Исследования большого числа проб
плотного шлака показали, что общая степень закристаллизованности в нем
колеблется в пределах от 93 до 73% 5.
Данные по минералогическому составу плотных шлаков, полученных на
основе и того же сырья – фосфоритов Каратау -не различных заводах не
одинаковы. Фосфорные шлаки Волжских заводов имеют следующий
минералогический состав 5. Основной фазой является псевдоволластанит 30-
70%, второй по количеству фазой оказался куспидин 15-25%, обнаружены
также мелинит, волластонит и сульфиды железа и кальция.
В отвальных шлаках Джамбульского завода двойного суперфосфата
преобладает мелилит, обнаружены псевдоволластонит, фтроапатит 5.
Микроскопические исследования плотных закристаллизированных шлаков
Шымкентского завода показали их преимущественно псевдоволластонитовый
состав 5. Вторым по значению минералом обнаружен мелилит, затем β –
волластонит. В шлаках, содержащих более 0,9% пятиокиси фосфора образются
сомостоятельные фосфорсодержащие минералы –фторапатит и силикокарнатит.
Фтор, входящий в шлаковый расплав, при значительном содержаний P2O5 в
основном остается в стекле и лишь частично расходуется на образование
фторапатита. В составах с низким содержаниям фосфорного ангидрида ,
отличающихся стекла невелико6 и фтор идет на образование самостоятельного
минерала – куспидина.
1.4 Области применения электротермофосфорных шлаков
Полученный при электровозгонке фосфора расплавленный шлак в
химической промышленности практически не используется. Работы по применению
фосфорных шлаков относятся в основном к промышленности строительных и
стеклокристаллических материалов 9.
По химическому составу фосфорные шлаки напоминают широко используемые
в промышленности стройматериалов доменные шлаки. Однако между ними имеются
и существенные отличия 10. Шлаки влияние сказывается на процессах
размягчения, кристаллизации, спекания, изменения вязкость пр., то есть на
тех процессах, которые происходят при переработке шлаков в строительные
материалы. Кроме того, в них присутствуют псевдоволластонит и волластонит,
не обладающие вяжущим свойствами 5. В результате фосфорные шлаки
значительно менее активны и в естественных условиях практически не твердеют
6,7. Для ускорения твердения шлаков в их состав вводят различные
активизаторы и производят смешанные вяжущие вещества. Из смешанных шлаковых
цементов наиболее изученными являются шлакопортландцемент.
Шлакопротландцемент это гидравлическое вяжущие вещество, получаемое
путем совместного помола портландцементного клинкера и гранулированного
шлака, или тщательным смешением в сухом виде тех же раздельно измельченных
материалов.
В работах 8,9 показано, что при введении в портландцементную смесь
40-50 % электротермофосфорного шлака может быть получен
шлакопортландцемент марки 300.
Установлена принципиальная возможность использования фосфорных шлаков
в качестве глинистого компонента при получении белого портландцемента 10.
Причем, шлак может использоваться как для полной замены глинистого
компонента, так и для составления трехкомпонентной известняковое – шлака
–каолиновой смеси. Сырьевые смеси на основе фосфорного шлака обладают
исключительно высокой реакционной способностью, вследствие чего может быть
достигнута значительная экономия при их обжиге 6. Сообщается об
экономическом эффекте при введении добавок электротермофосфорного шлака в
сырьевую смесь для получения клинкера сульфатостойкого портландцемента
6.
Исследована возможность получения водостойкого магнезиального цемента
на основе обожженного доломита и добавок гранулированного фосфорного шлака
6.
Сырьевые смеси, состоящие из гранулированного электротермофосфорного
шлака и карбоната кальция испытывались для получения двухкальциевого
белитового и трехкальциевого альтового клинкера 9.
Для повышения эффективности фосфорных шлаков при использовании их в
качестве силикатного вяжущего цементных смесей применяются различные
активизирующие добавки: негашеная известь, отходы пыли цементных завод и
др. 7. При активизации фосфорных шлаков добавками бокситовой руды и
высокощелочной пыли электрофильтров цементного завода вяжущие свойства
шлака значительно повышались 7. Цементы с добавкой шлака фосфорного
производства не уступали по прочности цементами с добавкой доменного
шлака.
В некоторых работах активизацию фосфорного шлака проводят в растворах
электролитов. Например, для повышения прочности вяжущего на основе
электротермофосфорного шлака предлагается вводить в его состав 1-2%
сульфата натрия. Установлено также, что на твердение гранулированных
фосфорных шлаков благоприятное влияние оказывает жидкое стекло.
Сочетания активизирующих добавок с тепловлажностной обработкой шлака
позволяет получать на его основе высококачественные автоклавные
строительные материалы.
Для активизации гидратации шлаков электровозгонки фосфора исследована
летучая пыль вращающихся печей цементного завода и различные химические
добавки в количестве 2-2,5% от веса вяжущего 7. По активности в условиях
тепловлажностной обработки добавки располагаются в ряд: NaOHKOH NaF
Na2 SiF6 * 9H 2O K 2CO3 . Указанные активизаторы способны обеспечить
прочность образцов до 600 кгсм².
Влияние гидротермальной обработки и различных добавок на активность
фосфорных шлаков и вода- и кислотощелочестойкость изделий из фосфорное -
шлаковых вяжущих изучалась в работах. Найдены оптимальные режимы
автоклавирования. Показано, что лучшим из исследованных активизаторов
твердения гидроокиси натрия и калия, кремнефтористый натрий, известь,
гипс является добавка 1% едкого калия.
Свойства электротермофосфорных шлаков и их состав также влияют на
качество изготовляемых из них цементов. Оказалось, для каждого шлака
существует оптимальная температура грануляций, причем перегрев приводит к
снижению активности гранулированного шлака в шлакопортладцемента.
Существует определенная зависимость между прочностными показателями
цементов и содержаниям в шлаке соединений фосфора. При увеличении
количества фосфорного ангидрида прочность цементов уменьшается. Это
связано, по мнению авторов, с изменением структуры стекловидной фазы шлака
за счет образования фосфорсодержащих анионов и их полимеризации.
Гранулированный и плотный шлаки электротермического производства
могут использоваться в качестве заполнителей для изделий из бетона.
Установлено, что шлаковые расплавы пригодны для производства литого щебня
без корректировки его химического состава. Литой фосфорношлаковый щебень
обладает высокими физика – механическими свойствами и не уступает по
качеству щебню из доменных шлаков и горных пород. На основе этого щебня
могут быть приготовлены бетоны различных марок.
Г.Н.Ермаковым изучены свойства щебня из фосфорного шлака,
применяемого в качестве заполнителя для железобетонных конструкций.
Отмечено, что для получения заполнителя плотной структуры и высокой
прочности необходимо ограничить содержания в шлаке фосфорного ангидрида до
2%. Предлагается шире использовать граншлак при изготовлении конструкций,
учитывая такие его особенности , как повышенный модуль упругости, низкая
деформативность и повышенная хрупкость при разрушении.
Гранулированный фосфорный шлак имеет постоянный зерновой состав,
соответствующий крупнозернистому песку. Поэтому граншлак может служить для
полной или частичной замены природного песка в бетоне 5.
В ряде работ изучена возможность применения электротермофосфорных
шлаков в керамической промышленности. Показано, что данный шлак в
производстве керамических масс может иметь ограниченное применение. В то же
время закристаллизованные фосфорные шлаки могут с успехом использоваться
для улучшения качества керамических масс в производстве облицовочных плиток
взамен природного волластонита 8.
В последние годы появились исследования по использованию фосфорного
шлака для производства стеклокристаллических материалов 3.
Систематические исследования по разработке технологии получения
шлакоситаллов проводятся в Казахском химика – технологическом институте.
Установлено, что при выборе режима варки использование шлака для получения
стеклокрситаллических материалов требует учета исходного фазового состава
шлака 3.
Однако из чистых фосфорных шлаков получаются высококальциевые
1короткие1 стекла, выработка которых обычными методами стекольной
технологии затруднена 9. Применение указанных шлаков в стеклоизделии
требует соответвующей корректировки их состава 3-5. Установлено, что на
основе шелковых стекол с добавками хромомагнезитового кирпича и пиритных
огарков возможно получение стеклокристаллических материалов.
О применении фосфорного шлака в качестве сырьевого материала для
получение стекла сообщается в заявке ФРГ 6. С этой целью в огненно –
жидкий шлак дополнительно вводят двуокись кремния в количестве 42-59 %.
Из кускового или гранулированного фосфорного шлака предлагается
получать стекловолокно методом вытягивания из расплава 9,10. Для
повышения щелочестойкости в состав расплава вводили модифицирующие
добавки оксидов цинка, циркония, хрома, титана в количестве 0,1-10%.
Особенно высокой стойкостью против действия щелочной среды обладали
волокна, содержащие 2-5 вес. % окиси цинка. Предлагаемые волокна
рекомендуется применять как наполнитель искусственных смол. Для
армирования бетона могут быть использованы связки длиной 05-5см.
Из расплавленных фосфорных шлаков можно получать высококачественную
минеральную вату 10. Показана целесообразность изготовления мягких,
полужестких и жестких минеральных плит из шлаковых распевов ШЗФС на
карбамидной смоле 10. Шлаковую вату для повышению теплостойкости и
твердости прессованных изделий вводят в пресскомпозиции на основе резольных
фенол- формальдегидных смол 10. Наполнитель пропитывают смолой
водоэмульсионным способом, сушат, измельчают и перерабатывают в изделия
прессованием при 170º и давлении 100-300 кгсм². Полученный прессматериал
имеет удельный вес 1,42 гсм³, водопоглощение 0,05% и ударную вязкость до 9
кгссм².
Авторы работ предлагают перерабатывать фосфорные шлаки в шлаковую
пемзу. Сообщается, что пемза, полученная вододутьевым способом
непосредственно у печей для возгонки фосфора превосходит по качеству пемзу
доменных шлаков, характеризуется однородной структурой, отсутствием
деформированных пор.
В отдельных статьях указываются и другие возможные области применения
электротермофосфорных шлаков: для получения асбестошлакового
теплоизоляционного материала, для изготовления литых изделии, для
укрепления грунтов в дорожном строительстве 10.
Целью настоящей работы явилось изучения условии диспергирования
гранулированного шлака Шымкентского фосфорного завода, поверхностных
свойств измельченного шлака с фосфорной кислотой, а также исследования
возможности его использования в качестве наполнителя резиновых смесей.
Применение сыпучих материалов в технологических процессах, связанных
с получением продуктов и изделий с заданными техническими
характеристиками, таких, например как получение пигмента- наполнителя
медленным коагуляционным пресыщением или активацией поверхности шлакового
слоя быстрым пептизированием водой, предъявляет высокие требования к
показателям дисперсности и однородности компонентов сырьевой смеси,
качеству смешения. Дозированная кислотная обработка шлака фосфорной
кислотой позволяет добиваться необходимой степени обескремнивания и
направленно менять соотношение SiO2 СаО.
1. В настоящее время отвальные шлаки применяются в основном в качестве
добавки к цементному клинкеру и в виде литого щебня для изготовления
бетона. Проведенный анализ литературы за последние 20 лет не выявил
исследований радиологических излучений шлаков и перспективные развития
производства фосфатных пигментов - наполнителей основанных на базе
кислотных способов.
2. Актуальность исследования новых фосфатных пигментов - наполнителей
объясняется необходимостью расширения сырьевой базы с целью внедрения их в
рецептуры действующего ассортимента – ликвидация дефицита белых саж и отказ
от закупок по импорту.
3. Сформулирована комплексная задача, включающая в единую модель этапы
жизненного цикла материала.
4 .Приведена концептуальная схема математической моделей , универсально
описывающей стадии формирования материала из сыпучей смеси, его
переработка в конечный продукт и измельчение этого продукта в процессе
эксплуатации.
1.5 Применение продуктов переработки фосфорных шлаков (фосфатной сажи)
в резинотехнических изделиях
Основной усиливающий наполнитель шинных резин -технический углерод.
Минеральные наполнители не являлись до последнего времени
конкурентоспособными заменителями технического углерода . Однако в связи с
ограниченными запасами нефтяного сырья и непрерывным его удорожанием,
особенно за рубежом, появилось много исследований по минеральным
наполнителям ! . Хотя Казакстан обладает огромными нефтяными ресурсами,
но те не менее и в нашей стране в последние годы возрос интерес к
минеральным наполнителям. Цены на технический углерод растут на мировом
рынке и в ближайшие годы ожидается дальнейший их рост 2. Цены же на такие
минеральные наполнители, как например каолиновые вы, не чувствительные к
энергетическому кризису .
Целью настоящего разделе является с одной стороны изучение
возможности применения в шинной промышленности фосфатных саж, а также
уточнение требовании, предъявляемых к ним шинной промышленностью, и с
другой стороны, исследование возможности применения взамен белых саж в
обкладочных резинах. Заменах определяются действующими в системе силами ,
зависящими от природы к концентрации компонентов , размере и формы их
частиц , фракционного состава , примесей и т.д. Однако периодичность
строение присуща и резина – техническим изделиям , которые являются
тиксотропными дисперсными системами из наполнителей , диспергированных в
непрерывной фазе вулканизованного каучука , включающих другие добавляемые с
различными целями ингредиенты. Частицы активного наполнителя , раздельные
прослойками полимера, образуют пространственную решетку, которая влияет на
физико – механические свойства вулканизата. Характер этого влияния и
толщина разделяющих прослоек установленный еще недостаточно, несмотря на
большое число работ , посвященных изучению структуры резин.
Определения усиливающей активности новых типов минеральных
наполнителей и физико – химический анализ фосфатных саж.
В таблице 3 приведены результаты физико – химического анализа двух
фосфатных саж, изготовленных по различным технологиям. № 1 фосфатная сажа
получена медленной коагуляцией (насыщением шлака фосфорной кислотой) при
соотношениях шлак : кислота =2:1.2 фосфатная сажа изготовлена
модифицированием продукта 1 обработкой водой 1%(масс.) и дегидратацией
(после полураспада экзотермической реакции) при 150ºС с продолжительностью
14 минут (быстрым пептизированием).
Полученные данные показывают , что дисперсность частиц (остаток на
сите) обоих образцов соответствуют требованиям ТУ на фосфатную сажу
разработанной нами и требованиям шинной промышленности.
Отмечено также, что образец фосфатной сажи №1 (коагулированной)
характеризуется высоким содержанием летучих.
В стандартном рецепте JSO на основе 100 мас.ч. БСК и 50 мас.ч.
наполнителя проведена оценка технологических свойств резиновых смесей и
физико – механических свойств вулканизатор. Резиновые смеси были
изготовлены в научно – исследовательском институте шинной промышленности
(НИИШП г. Москва).
Таблица 3 - Результаты физико – химического анализа фосфатных саж
№ Наименование ТУ 3903- Образец №1 Образец №2
показателей 05-01-90
1 Внешний вид Тонкодисперсный Медленно Быстро
порошок бело- коагулированный пептизированный
серого света
2 Массовая доля 97-99 77 83,44
фосфатов нм,%
3 рН водной вытяжки 4,5-6,5 6,0 4,2
4 Потери массы при 3,5-7,0 12,6 6,2
прокаливании, %
5 Влага, нб % 6,5 4,8 3,4
6 Насыпная плотность 900-1165 -- 570-800
,гл
7 Остаток на сите 1,7 1,67 1,7
0,25 К,нб
0,14 К, %*) --- 3,2 0,02
8 Содержания железа --- 0,22 0,19
%
9 Содержания --- 0,069 0,031
марганца %
10 Содержания меди % --- отс отс
11 Содержания фтора --- 0,02 0,019
%
12 Летучие, % 170ºС --- 10,41 5,9
*2 час
Для сравнительных испытаний были изготовлены резины с серийной белой
сажей БС -120 (среднеусиливающая), БС (малоусиливающая) и низкоусиливающим
наполнителем в виде каолина. Результаты испытаний приведены в таблице 3.
Из представленных следует, что по усиливающему действию образцы
фосфатной сажи не уступают каолину и приравнивают к кремнекислотным
наполнителям, что подтверждается результатами оценки удельной поверхности
по низкотемпературной адсорбции азота:
БС – 120 -120м² г
БС – 50 - 50м² г
Каолин - 25м² г
Образец № 1 -52м²г
(коагулированный)
Образец № 2 - 120м²г
(пептизированный)
Установлено, что по усиливающему действию оба образца сажи не
уступают кремнекислотному наполнителю БС – 120, применяемому в производстве
шин в соответствии с требованием государственного стандарта (см. акты
испытания от 23.09.92г. НИИШП г. Москва).
2 Объекты и методы исследования
2.1 Определение состава фосфатной сажи
2.1.1 Метод рентгеновского структурного анализа с ионизационной
регистрацией излучения
Объектом исследований являлись фосфатные сажи, полученные из отходов
Шымкентского фосфорного завода и резины шинного назначения.
При использовании этого метода регистрация отраженных лучей
осуществляется с помощью счетчиков Гейгера-Мюллера в рентгеновских
аппаратах. Большим преимуществом этого метода является его высокая
чувствительность по отношению к отдельным минералам и значительное
сокращение времени анализа.
Рентгеновский фазовый анализ исследуемых проб проводился на установке УРС
– 50ИМ (рис. 1).
Блок схема рентгеновского аппарата УРС – 50ИМ
1 – стабилизатор напряжения (СН-1); 2 – рентгеновская трубка (РТ); 3 –
кристалл - монохроматор (КМ); 4 – торцевой счетчик (МСТР-4); 5 –
усилительное пересчетное, интегрирующее устройства; 6 – система управления
и блокировки (ЭМС); ЩУ – щит управления; ВВС-СТ - высоковольтный
выпрямитель; УИ – усилитель импульсов; ПС – пересчетная схема; ИС –
измеритель скорости счета; ВВВ – высоковольтный выпрямитель.
Рис. 1
Сфокусированные рентгеновские лучи из трубки попадают на образец,
отражаются и направляются в счетчик квантов Гейгера-Мюллера. Импульсы тока,
возникающие при попадании лучей в счетчик, проходят последовательно
усилитель, пересчетную систему и попадают на самопишущий потенциометр,
который и производит записывание их величины. Рентгенограмма получается
последовательно линия за линией в результате поворота счетчика квантов
вокруг образца в пределах требуемой области углов отражения от 2 до 750.
Углы отражения отсчитываются на гониометрическом устройстве или считываются
с диаграммной ленты, на которой самописец производит соответствующие
отметки. Для обеспечения попадания под рентгеновский пучок большого числа
кристаллов данной фазы образец часто также приводится во вращение, но со
скоростью в два раза меньшей, чем скорость вращения счетчика квантов.
Монохроматизация излучения медного анода обеспечивалась фильтром из
никелевой фольги. Режим работы аппарата выбран оптимальным при скорости
вращения счетчика гониометра 2 и 40 мин., при этом давалась количественная
оценка интенсивности линий в максимуме. Для получения воспроизводимых
результатов пробы измельчались до полного прохождения через сито 0063.
Подготовленный материал набивается в держатель из органического стекла,
имеющий диаметр кольца 20-25 мм и глубину до 3 мм. Набивка производится
постепенно слой за слоем, причем каждый слой смачивается несколькими
каплями абсолютированного спирта. Излишек порошка с поверхности заполненной
до краев кюветы срезается острым ножом так, чтобы поверхность образца ... продолжение
Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.
Стр.
Введение ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . .6
Основная часть ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .8
1 Литературный обзор ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...8
1.1. Минеральные наполнители и требования предъявляемые к ним ... ... .8
1.2. Физические основы различных методов утилизации
шлаковых материалов ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..1 4
1.3. Химика – минералогический состав и физические свойства
шлаков электротермофосфорного производства ... ... ... ... ... ... ... ... .16
1.4 Области применения электротермофосфорных шлаков ... ... ... ... ... 19
1.5 Применение продуктов переработки фосфорных шлаков
(фосфатной сажи) в резинотехнических изделиях ... ... ... ... ... ... ... ... ...25
2 Объекты и методы исследования ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .30
2.1 Определение состава фосфатной сажи ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .30
2.1.1 Метод рентгеновского структурного анализа с ионизационной
регистрацией излучения ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...30
2.1.2 Метод инфракрасной спектроскопии ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...32
2.2 Приготовление резиновых смесей и определение
физико-механических свойств вулканизатов ... ... ... ... ... ... ... .35
2.2.1 Смешение резиновых смесей ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .35
2.2.2 Определение технологических свойств резиновых смесей ... ... ... 35
2.2.3 Вулканизация резиновых смесей в прессах ... ... ... ... ... ... ... ...37
2.2.4 Определение физико-механических свойств вулканизатов ... ... ... 37
3 Экспериментальная часть ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..40
3.1.1 Рентгеноструктурный и ИК - спектрометрический анализ состава
фосфатных саж ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 40
3.1.2 Исследование свойств резин, наполненных фосфатными
сажами ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ...42
3.1.3 Исследование свойств резин, модифицированных фосфатной
сажой ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . ... ... 46
3.1.4 Разработка рецептур и приготовление резиновых смесей
с использованием фосфатной сажи ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 56
3.1.4.1 Рецепт резиновой смеси ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..56
3.1.4.2 Приготовление резиновых смесей и определение технологических
свойств смесей и физико-механических свойств вулканизатов ... ... ... ...57
Заключение ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 83
Список использованных источников... ... ... ... ... ... ... ... 85
Аннотация ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . ... ... . 90
Перечень сокращений, условных обозначений, символов,
единиц и терминов
ШЗФС – Шымкентский завод фосфорных солей;
РТИ – резинотехнические изделия;
ПАВ – поверхностно-активные вещества;
ЭКС – эпоксидная смола;
мкм – микрометр (1·10-6 м) – длина;
А0 – ангстрем (1·10-10 м ) – длина;
m – кг, г, т – масса вещества;
кг – килограмм – масса;
т – тонна (1000 кг) – масса;
τ – с, мин, ч – время;
с – секунда – время;
мин – минута (60 с) – время;
ч – час (3600 с) – время;
Р – Па – давление;
кгссм2 – килограмм-сила на квадратный сантиметр (9,80665·10 4 Па) –
давление;
моль (М) – моль – количество вещества;
м2 – квадратный метр – площадь;
м3 – кубический метр – объем, вместимость;
л – литр (1·10-3 м3) - объем;
V – литр, метр в кубе – объем;
кгс – килограмм в секунду – массовый расход;
кгм3 – килограмм на кубический метр – плотность;
мс – метр в секунду – скорость;
Н – ньютон – сила, вес;
Дж – джоуль – энергия, работа, колическтво теплоты;
В – вольт – электрическое напряжение, электрический потенциал;
Дж(кг · К) – джоуль на килограмм-кельвин – удельная теплоемкость;
ФС – фосфатная сажа:
Тст – температура стеклования;
КН – кинетика набухания.
Введение
Актуальность проблемы. Одной из остро стоящих проблем эластомерной
промышленности нашей Республики является недостаток доступных ингредиентов
полифункционального действия. Сейчас к резиновым изделиям предъявляются вес
более жесткие требования: они должны быть термостойкими, сохранять
работоспособность в условиях агрессивных сред, высоких скоростей и частот
деформации. Особенно высокие требования предъявляются к автомобильным
шинам, которые должны обладать безопасностью при эксплуатации и
долговечностью. Введение ингредиентов полифункционального действия является
одним из эффективных способов улучшения физико-механических и
технологических свойств резин.
Улучшение эксплуатационных характеристик резин до последнего времени
достигалось преимущественно за счет синтеза новых эластомеров и
наполнителей, совершенствования вулканизационных и стабилизирующих добавок
в основном импортного производства.
В настоящее время важным направлением научно-исследовательской мысли в
резиновой промышленности является поиск отечественных наполнителей
полифункционального действия, так как решение этой проблемы позволит решить
комплекс технологических и экономических проблем.
Цель и задачи работы. Целью магистерской диссертационной работы являлось
исследование резин, наполненных и модифицированных фосфатной сажой.
Поставленная цель включала решение следующих основных задач:
• исследование состава фосфатной сажи методом рентгеноструктурного
анализа и ИК – спектроскопии;
• выявление общих закономерностей и особенностей процесса смешения
резиновых смесей, содержащих фосфатные сажи
• исследование технологических свойств резиновых смесей;
• исследование физико-механических свойств вулканизатов.
Научная новизна магистерской диссертационной работы.
• исследован структурный состав фосфатной сажи;
• разработаны рецепты резиновых смесей с введением в состав последних
фосфатных саж;
• определены прочностные и адгезионные свойства вулканизатов;
• экспериментально доказана целесообразность наполнения и модификации
резин фосфатными сажами.
Публикации. По материалам магистерской диссертационной работы
опубликованы 3 статьи.
Положения, выносимые на защиту:
1. Физико-химический состав фосфатных саж из отходов ШФЗ.
2. Обоснование целесообразности наполнения и модификации фосфатными
сажами шинных резин.
3. Наиболее выгодные концентрации фосфатной сажи как модификатора и
наполнителя в составе шинных резин для получения необходимых
технологических и эксплутационных свойств.
Структура и объем магистерской диссертационной работы. Магистерская
диссертация изложена на 90 страницах машинописного текста и включает в себя
введение, перечень сокращений, условных обозначений, терминов, 3 главы,
заключение, список использованных источников, включающий 73наименований,
аннотацию на русском, казахском и английском языках, 9 рисунков, 32 таблиц.
Основная часть
1 Литературный обзор
Современное состояние проблемы использования отвальных шлаков фосфорной
промышленности
1.1. Минеральные наполнители и требования предъявляемые к ним
Основной усиливающий наполнитель шинных резин – технический углерод.
Минеральные наполнители не явились до последнего времени
конкурентоспособными заменителями технического углерода. Однако, в связи с
ограниченными запасами нефтяного сырья и непрерывным его удорожанием,
особенно за рубежом, появились много исследований по минеральным
наполнителям 1. Хотя страны СНГ обладают огромными нефтяными ресурсами,
но тем не менее и в нашей стране в последние годы возрос интерес к
минеральным наполнителям. Цены на технический углерод растут на мировом
рынке и в ближайшие годы ожидается дальнейший их рост 2. Цены же на
такие минеральные наполнители, как например, каолиновые глины, не
чувствительны к энергетическому кризису.
Синтетические минеральные наполнители, к которым относятся белые сажи
и силикаты, требуют гораздо меньших, по сравнению с техническим углеродом,
энергетических затрат на их производство. Ниже приведены энергетические (в
британских тепловых единицах) затраты на производство различных
наполнителей ( в расчете энергетических затрат на производство
технического углерода учтен возврат энергии за счет использования тепла
отходящих газов)2.
Планом развития шинной промышленности предусмотрено постоянное
улучшение качества применяемых материалов, модернизация и расширение их
ассортимента, внедрение новых перспективных материалов. К таким материалам
относятся минеральные наполнители как синтетические, так и природные.
Производимого в странах СНГ синтетического минерального наполнителя –белой
сажи не хватает для удовлетворения нужд шинной промышленности. В связи с
ежегодного возрастающей потребностью в белой саже работы ведутся в
нескольких направлениях. Это, во – первых, исследование и разработка
прогрессивных технологических процессов для интенсификации производства с
получением рекомендованной к применению в шинной промышленности
углекислотной белой сажи БС – 120. Во –вторых, это исследования и
разработка технологической схемы производства новых типов белых саж - БС
-150, БС -105С, БС-105С-1 и др.
Наполнители Энергетические затраты
ВТЦ фунт
Технический углерод полуусиливающий , печной 370800
Технический углерод усиливающий , печной 50,00
Технический углерод, термический 58,300
Модифицированный каолин (Нюкап 100) 1,675
Гидратированный аморфный крмнезем(Зеосил 100) 13,454
Гидратированный силикат (Зеолекс 23) 7,170
Мел
0,169
В- третьих, это поиск дешевых минеральных наполнителей, могущих в
ряде случаев заменить значительно более дорогую белую сажу.
Современная техника предъявляет серьезные разнообразные требования к
резиновым изделиям и материалам, предназначенных для эксплуатации в широком
диапазоне температур, различных агрессивных химических средах, в условиях
больших динамических нагрузок и т.д. Поэтому резиновые материалы
представляют собой многокомпонентную систему, включающую различные
химические вещества, придающие резинам необходимые технические свойства.
Одним из важнейших компонентов резиновой смеси приводит к резкому
возрастанию прочностных показателей резин: сопротивлению разрыва,
истиранию, раздора и увеличению модуля резин. К усилителям относятся
различные виды саж, синтетические смолы и минеральные наполнители, в том
числе – синтетические силикаты и окисли металлов. Основными усилителям
резин являются углеродные сажи. По мнению ряда исследователей 3-5,
усиления является результатом аддитивного действия между каучуком и
частицами сажи, приводит к фиксации молекул каучука на поверхности
усилителя и сил взаимодействия между частицами самой сажи, способствующих
образованию жестких сажевых структур. Имеются также данные 6, указывающие
на возможность непосредственного химического взаимодействия между каучуком
и сажей. Для получения резин с разнообразными техническими свойствами
применяются различные смесь сажи, определяется следующими ее свойствами
7:
1- дисперсностью, характеризуемой величиной частиц или удельной
поверхностью;
2- строением и формой сажевых частиц;
3- природной поверхностных частиц (строение и состав поверхностного соля);
4- структурностью сажи, характеризуемой величиной и формой первичного
агрегата.
Для получения высококачественных цветных резиновых изделий важное
значение имеет применяя белых усилителей. Последние характеризуются
некоторыми преимуществами перед углеродными усилителями в частности,
позволяют получить термостойкие резины, отвечающие современным требованиям
авиационной и ракетной техники8.
Кремнеземные усилители могут быть разделены на следующие группы:
а- аэрозоли;
б- осажденные;
в- полученные в паровой фазе;
г- специально обработанные.
Представителем первой группы является сантоцел С. К осажденным
кремнеземным усилителям относится двуокись кремния, выпускаемая за рубежом
под общим названием Хайсил- 303 - гидратированная SiО² высокой чистоты,
рекомендуемая для изготовления резин на основе силиконовых каучуков.
Хайсил - 202 применяется в качестве усилителя теплостойких резин на
основе фторкаучуков. Хайсил -233 и 101 наводят применения в каучуках
общего назначения.
Осажденные кремнекислоты выпускаются так же под марками : ульторсил
VN3 , дуросил, вулкосил С, микросил S. Ультросил представляет собой чистую
кремневую кислоту. При соответствующем способе получения частицы
ультросила могут быть уменьшены до размеров частиц активной газовой сажи
14. Дуросил состоит в основном из двуокиси кремния величиной частиц 20
мкм. Микросил – высокодисперсная SiО² более 85%. В странах СНГ согласно
156 выпускают следующие марки белых маж6 которые относятся к осажденным
кремнекислотным усилителям , БС- 30, БС-50, БС- 100 и БС-120.
Кремнеземные усилители 6 полученные в паровой фазе6 отличаются
однородностью6 высокой дисперсностью и чистотой. Представителем этой
группы усилителей является аэросил. За рубежом выпущен аэросил высокой
чистоты [SiО² -99,99%] с величиной частиц 4-15 мкм 6. Аэросил применяется
в качестве наполнителя каучука в тех случаях, когда требуется высокая
прочность резиновых изделий ( ремни для трансмиссий, прокладки, вальцы и
т.д.). Недостатками аэросила , как наполнителя, являются затруднения,
возникающие при изготовлении смеси: чем меньше частицы наполнителя, тем
больше тепла выделяется при смешивании, труднее происходит смешивание с
каучуком , смесь в процесса обработки становится жесткой.
К специально обработанным гидрофобным кремнеземным усилителям
относятся такие SiО2 ,поверхность которых обработана высокомолекулярным
спиртами и алифатическими аминами 7, во избежание агрегирования
мелкодисперсных частиц и придания им гидрофобности, что обусловливает
наилучшее смешение их с каучуком.
Эффективность действия минеральных наполнителей ( что установлено
рядом авторов и показано на примере белой сажи) зависит от их физика
–химических свойств. Авторами 1, исследована зависимость степени
дисперсного и состава кремнеземных наполнителей до и после введения в
резиновую смесь определяли микроскопическим методом. С помощью электронного
микроскопа в образцах наполнителей наблюдали отдельные частицы размером и
десятые и сотые доли микрона, а с помощью поляризационного микроскопа
–группа частиц, собранные в агрегаты. Форма зерен каждого из образцов
наполнителей в основным повторяет формы его отдельных частиц. Полученные
результаты 9, показало, что в процессе приготовления резиновой смеси
размеры зерен наполнителей умещаются, однако прямой связи между
диспергацией наполнителя и его усиливающим действием установить не
удалось. Усиливающее действия кремнеземных наполнителей в большой мере
зависит от концентрации свободных гидроксильных групп, имеющихся на
поверхности SiО2. .Белые сажи, предварительно прогретые при температуре
200ºС заметно снижают прочность связи резин с кордом 2. Аэросил,
характеризующийся низкой концентрацией ОН –групп, по эффективности в резина
– кордных системах уступает саже БС -50. При введении в резиновые смеси
белой сажи, не содержащей гидроксильных групп прогрев в муфельной печи
при 950ºС, улучшение адгезионных свойств резин практически не
наблюдалось2.
Напротив активированные поверхности кремнеземов за счет удаления
адсорбционной влаги при высушивании (до температуры 200ºС) приводит к
повышению прочности связи не менее чем на 10-15%. Значительный интерес
представляют активированные поверхности кремнеземе при введении в резины
дегидратированных молекулярных сил типа NaX, CaX в количествах,
обеспечивающих поглощение адсорбционной влаги. Проведенные исследования 2
использования белых саж с примерно равно концентрацией ОН – групп
показали, что удельная поверхность не оказывает заметного влияния на
адгезионные свойства модифицированных резин. При химической модификации
поверхности кремнеземов их эффективность зависит от природы вводимых
функциональных групп. В случае замещения реакционное– способных силанольных
групп на метил, винил, оксибутил и другие активность модифицированного
кремнезема снижается в системах со всеми испытанными адгезивами тем в
большей степени, чем выше уровень замещения 3. Эти данные подтверждают
вывод о влиянии ОН – групп на прочность связи резина – кордных систем.
Наряду с белой сажей широкое применение нашли силикаты кальция,
алюминия, циркония. Силикаты кальция и алюминия применяются для получения
теплостойких резин на основе нитрильных каучуков 24. Они придают резинам
повышенную выносливость при многократных деформациях.
В резиновой промышленности в качестве усиливающих материалов широко
используется окислы метталов титана, алюминия, железа, цинка, соли-
корбанаты, сульфаты, сульфиды кальция, бария, магния, железа и др.4. Эти
минеральные наполнители используется как усилители каучуков и как
реактивные добавкинаполнители к резиновым смесям. Некоторые наполнители
придают резинам специфические свойства –повышенное тепло-, масло-, и
светостойкость, стойкость к действию аггресивных сред, негорючесть и др.
Неактивные минеральные наполнители применяются для улучшения
технологических свойств резиновых смесей и их удешевления. Одним из
существенных недостатков наполнителей этого класса является их
дороговизна.
Поиск и разработка способов получения дешевых наполнителей этого
класса является одной из важнейших задач химической промышленности.
В институте метталургии и обогащения разработана экологические
приемлемая практически безотходная технология комплексной переработки
шлаков фосфорного производства с получениям ценных народно хозяйственных
продуктов – наполнителей для лакокрасочной и резинотехнической
промышленности , строительным материалов и триполифосфата 5. В основе ее
лежит выщелачивания тонко измельченного шлака насыщенным содовым раствором
при температуре 90-95%С и атмосферном давлении.
При карбонизации раствора метасиликата натрия отходящими газами
парокотельных, содержащих 8-12% углекислого газа , из раствора осаждают
высокодисперсный диоксид кремния при рН 9,8-9,9. Степень выделения кремния
в осадок составляют 80-85%. Маточный раствор после отделения осадка и
корректировки состава по соде возвращают на выщелачивания, а осадок
нейтрализуют концентрированной фосфорной кислотой , промывают
обессоленной водой , сушат при температуре 400ºС. Полученные
высокодисперсный диоксид кремния – белая сажа один из ценнейших
наполнители лаков, красок, искусственной кожи , автомобильных шин и других
резинотехнических изделий, удовлетворяет требованиям ГОСТ 180307-78 на
марку БС -120. Разработанная технология прошла стадии опытных и опытно
промышленных испытаний.
Из всех предложенных выше методов утилизация фосфорного шлака
внедряются лишь немногие. В настоящее время шлаки применяются в основном в
качестве добавки к цементному клинкеру и в виде литого щебня для
изготовления бетона. При этом используется только часть шлаков, в то
время как основная масса их по – прежнему вывозится в отвалы с
скапливается вблизи заводских территорий.
1.2. Физические основы различных методов утилизации шлаковых материалов
На базе месторождении фосфоритов Каратау в Казахстане в 1975 году
введено в действие четыре химических завода по производству фосфора и его
соединений. При получении 1т желтого фосфора электротермическим способом
выход шлака составляют 10-12т. В 1980 году количество этих отходов достигло
12-14 млн. тонн в год 6-8. Складирование такого объема шлаков требует
ежегодного изъятия их землепользования обширных площадей прилегающих к
городам земель. Большие средства тратятся на слив шлаков в отвал и
поддержание отвалов в должном состоянии.
Утилизация фосфорного шлака в промышленности является одной из
важнейших проблем рационального использования природных ресурсов,
комплексной переработки сырья и охраны окружающей среды.
В последнее время появляется все большее число работ, посвященных
методом переработки отходов фосфорного производства. Стремление
использовать электротермофосфорные шлаки повлекло за собой тщательное
исследование физика – химических и технологических свойств этих шлаков, а
также получаемых из них материалов и изделий. По опубликованным данным
применение фосфорных шлаков в основном ограничивается промышленностью
строительных и стеклокристаллических материалов 2-3. Проблема полного
использования фосфорных шлаков еще далеко не решена и имеет важнейшее
народно – хозяйственное значение. В этой связи большой интерес представляет
исследование возможности применения гранулированного шлака Шымкентского
фосфорного завода в качестве наполнителя резиновых смесей.
В последние годы из – за повышения цен на сырье для полимерных
материалов наблюдается снижение темпов роста производства и переработки
пластических масс и эластомеров 4. В создавшейся обстановке значительно
возросла роль сравнительно недорогих минеральных наполнителей. Введение
наполнителей способствует не только уменьшению стоимости полимера за счет
увеличения объема материала, но и улучшению его физика – механических и
технологических свойств. Такие известные синтетические наполнители как
кремнеземы, силикат кальция и алюминия, углеродная и белая сажа достаточно
дороги и дефицитны. Поэтому их все чаще стараются заменить природными
минеральными наполнителями или вводить их в комбинации друг с другом 5.
Основными минералами, используемыми в пластиках и эластомерах являются
асбесты, полевой шпат, каолин, перелит, кремнеземы, карбонат кальция,
волластонит. Перед введением в полимеры эти минералы как правила
подвергаются обработке специальными поверхностно – активными веществами и
аппретами для повышения адгезии к материалу основы.
Кроме природных минералов в последнее время как дешевые наполнители
используются древесная мука, пробка, размолотая скорлупа орехов,
целлюлозная пульпа и т.п. 4. Известны работы по использованию в качестве
наполнителей полимеров, в частности резиновыз смесей, отходов различных
производств: шлакозольного продукта, получающегося при сжигании углей
5,6, эгринового концентрата – отвального продукта обогащения руд редких
металлов.
Вышеизложенное позволяет предполагать, что и фосфорный шлак, на 80
-90% состоящий из окисей кремния и кальция, может быть использован после
обескремнивания фосфорной кислотой как наполнитель резиновых смесей.
Эффективное диспергирования и модифицирования поверхности шлака
поверхностно –активными веществами в частности обработкой водой, будет
несомненно способствовать улучшению его совместимости с эластомером.
1.3. Химика – минералогический состав и физические свойства шлаков
электротермофосфорного производства.
Целый ряд работ посвящен детальному химика – минералогическому
исследованию фазового состава гранулированных и плотных шлаков
электротермического производства фосфора 3-4.
По содержанию основных компонентов состав шлаков колеблется в
довольно узких пределах 3,4. Исключение составляют фосфорный ангидрид.
Данные химического анализа фосфорного шлака представленные в таблице 1.
Таблица 1 - Данные химического анализа фосфорного шлака
Составляющие SiO2 CaO Al2O3 MqO SO2 P2O5 Fe2 O5
вещества
Содержание, 39,0- 45,0- 1,0- 3,0- 0,3- 0,4- 0,2-
вес. % 43,0 48,0 3,0 5,0 1,0 2,6 1,5
Как видно из таблицы в составе фосфорного шлака преобладают два
компонента СаО и SiО2 88-89%.
При электротермическом производство фосфора выработка шлака
осуществляется двумя способами: мокрой грануляцией, обеспечивающей резкое
охлаждения расплава, и сливом в траншей, при котором шлак кристаллизируются
при медленном охлаждении. Вследствие этого структура, минеральный состав и
физика – механические свойства гранулированного и плотного шлаков
значительно отличаются.
Резкое охлаждения шлакового расплава при грануляции обусловливает в
основном его стекловидное строение. Однако скорость охлаждения недостаточна
для того , чтобы получилось чистое стекло. Содержания стекловидной фазы в
граншлаке Шымкентского завода фосфорных солей ШЗФС составляет, как
правило, 92-95, реже 65% 3,4, кристаллическая фаза составляют обычно 5-
8%.
Установлено, что степень закристаллизованности гранулированных шлаков
находится в прямой зависимости от содержания в них фосфорного ангидрида
9. С увеличением содержания P2O5 в шлаке количество кристаллической
фазы уменьшается, количество стеклофазы растет.
Закристаллизованная масса гранулированных шлаков представлена в
основном довольно крупными 15-30мкм зернами минералов, величина которых
достаточна для микроскопического определения 9. В меньшей доле содержатся
тонкозернистые агрегаты.
Проведенные Л.А. Владимировой с сотрудниками исследования фазового
и минералогического состава электортермофосфорных шлаков показали, что
основными минералами их являются волластонит и псевдоволластанит –
СаО* SiO2 , мелинит -[m (2CaO*MqO*2SiO2) xn (2CaO*Al 2O3 *SiO2)]6 куспидин
- 3CaO*CaF2 *2SiO2 48. Однако по данным С.Т.Сулейменова микроскопическими
исследованиям большого числа проб гранулированных шлаков ШЗФС
фторсодержащих материалов не обнаружено 9,5. Основных минералом со всех
пробах является псевдоволластанит α – СаО* SiO2, встречаются мелинит
3,4. Количество и состав фторсодержащих фаз не стабильны и зависят не
сколько от количества P2O5 , сколько от условий кристаллизации.
Стекловидная фаза граншлаков Чимкентского завода фосфорных солей
характеризуется неоднородностью состава, о чем свидетельствует наличие в
одной пробе стекол различного показателя преломления.
Гранулированный шлак ЧЗФС имеет следующие физика – механические
показатели табл. 2 ,5.
Таблица 2 - Физика – механические показатели гранулированного шлака
Модуль Удельный Объемный Пустотность Водопоглоще-
Крупности Вес, гсм³ Насыпной % ние
Вес, гсм³
3,0 2,86 1,15 66 16,5
Плотный шлак электротермофосфорного производства получается при
медленном охлаждении расплава на воздухе. При Этом условия для частичного
или полного равновесия кристаллизации жидкого шлака и основная масса
приобретает кристаллическое строение. Исследования большого числа проб
плотного шлака показали, что общая степень закристаллизованности в нем
колеблется в пределах от 93 до 73% 5.
Данные по минералогическому составу плотных шлаков, полученных на
основе и того же сырья – фосфоритов Каратау -не различных заводах не
одинаковы. Фосфорные шлаки Волжских заводов имеют следующий
минералогический состав 5. Основной фазой является псевдоволластанит 30-
70%, второй по количеству фазой оказался куспидин 15-25%, обнаружены
также мелинит, волластонит и сульфиды железа и кальция.
В отвальных шлаках Джамбульского завода двойного суперфосфата
преобладает мелилит, обнаружены псевдоволластонит, фтроапатит 5.
Микроскопические исследования плотных закристаллизированных шлаков
Шымкентского завода показали их преимущественно псевдоволластонитовый
состав 5. Вторым по значению минералом обнаружен мелилит, затем β –
волластонит. В шлаках, содержащих более 0,9% пятиокиси фосфора образются
сомостоятельные фосфорсодержащие минералы –фторапатит и силикокарнатит.
Фтор, входящий в шлаковый расплав, при значительном содержаний P2O5 в
основном остается в стекле и лишь частично расходуется на образование
фторапатита. В составах с низким содержаниям фосфорного ангидрида ,
отличающихся стекла невелико6 и фтор идет на образование самостоятельного
минерала – куспидина.
1.4 Области применения электротермофосфорных шлаков
Полученный при электровозгонке фосфора расплавленный шлак в
химической промышленности практически не используется. Работы по применению
фосфорных шлаков относятся в основном к промышленности строительных и
стеклокристаллических материалов 9.
По химическому составу фосфорные шлаки напоминают широко используемые
в промышленности стройматериалов доменные шлаки. Однако между ними имеются
и существенные отличия 10. Шлаки влияние сказывается на процессах
размягчения, кристаллизации, спекания, изменения вязкость пр., то есть на
тех процессах, которые происходят при переработке шлаков в строительные
материалы. Кроме того, в них присутствуют псевдоволластонит и волластонит,
не обладающие вяжущим свойствами 5. В результате фосфорные шлаки
значительно менее активны и в естественных условиях практически не твердеют
6,7. Для ускорения твердения шлаков в их состав вводят различные
активизаторы и производят смешанные вяжущие вещества. Из смешанных шлаковых
цементов наиболее изученными являются шлакопортландцемент.
Шлакопротландцемент это гидравлическое вяжущие вещество, получаемое
путем совместного помола портландцементного клинкера и гранулированного
шлака, или тщательным смешением в сухом виде тех же раздельно измельченных
материалов.
В работах 8,9 показано, что при введении в портландцементную смесь
40-50 % электротермофосфорного шлака может быть получен
шлакопортландцемент марки 300.
Установлена принципиальная возможность использования фосфорных шлаков
в качестве глинистого компонента при получении белого портландцемента 10.
Причем, шлак может использоваться как для полной замены глинистого
компонента, так и для составления трехкомпонентной известняковое – шлака
–каолиновой смеси. Сырьевые смеси на основе фосфорного шлака обладают
исключительно высокой реакционной способностью, вследствие чего может быть
достигнута значительная экономия при их обжиге 6. Сообщается об
экономическом эффекте при введении добавок электротермофосфорного шлака в
сырьевую смесь для получения клинкера сульфатостойкого портландцемента
6.
Исследована возможность получения водостойкого магнезиального цемента
на основе обожженного доломита и добавок гранулированного фосфорного шлака
6.
Сырьевые смеси, состоящие из гранулированного электротермофосфорного
шлака и карбоната кальция испытывались для получения двухкальциевого
белитового и трехкальциевого альтового клинкера 9.
Для повышения эффективности фосфорных шлаков при использовании их в
качестве силикатного вяжущего цементных смесей применяются различные
активизирующие добавки: негашеная известь, отходы пыли цементных завод и
др. 7. При активизации фосфорных шлаков добавками бокситовой руды и
высокощелочной пыли электрофильтров цементного завода вяжущие свойства
шлака значительно повышались 7. Цементы с добавкой шлака фосфорного
производства не уступали по прочности цементами с добавкой доменного
шлака.
В некоторых работах активизацию фосфорного шлака проводят в растворах
электролитов. Например, для повышения прочности вяжущего на основе
электротермофосфорного шлака предлагается вводить в его состав 1-2%
сульфата натрия. Установлено также, что на твердение гранулированных
фосфорных шлаков благоприятное влияние оказывает жидкое стекло.
Сочетания активизирующих добавок с тепловлажностной обработкой шлака
позволяет получать на его основе высококачественные автоклавные
строительные материалы.
Для активизации гидратации шлаков электровозгонки фосфора исследована
летучая пыль вращающихся печей цементного завода и различные химические
добавки в количестве 2-2,5% от веса вяжущего 7. По активности в условиях
тепловлажностной обработки добавки располагаются в ряд: NaOHKOH NaF
Na2 SiF6 * 9H 2O K 2CO3 . Указанные активизаторы способны обеспечить
прочность образцов до 600 кгсм².
Влияние гидротермальной обработки и различных добавок на активность
фосфорных шлаков и вода- и кислотощелочестойкость изделий из фосфорное -
шлаковых вяжущих изучалась в работах. Найдены оптимальные режимы
автоклавирования. Показано, что лучшим из исследованных активизаторов
твердения гидроокиси натрия и калия, кремнефтористый натрий, известь,
гипс является добавка 1% едкого калия.
Свойства электротермофосфорных шлаков и их состав также влияют на
качество изготовляемых из них цементов. Оказалось, для каждого шлака
существует оптимальная температура грануляций, причем перегрев приводит к
снижению активности гранулированного шлака в шлакопортладцемента.
Существует определенная зависимость между прочностными показателями
цементов и содержаниям в шлаке соединений фосфора. При увеличении
количества фосфорного ангидрида прочность цементов уменьшается. Это
связано, по мнению авторов, с изменением структуры стекловидной фазы шлака
за счет образования фосфорсодержащих анионов и их полимеризации.
Гранулированный и плотный шлаки электротермического производства
могут использоваться в качестве заполнителей для изделий из бетона.
Установлено, что шлаковые расплавы пригодны для производства литого щебня
без корректировки его химического состава. Литой фосфорношлаковый щебень
обладает высокими физика – механическими свойствами и не уступает по
качеству щебню из доменных шлаков и горных пород. На основе этого щебня
могут быть приготовлены бетоны различных марок.
Г.Н.Ермаковым изучены свойства щебня из фосфорного шлака,
применяемого в качестве заполнителя для железобетонных конструкций.
Отмечено, что для получения заполнителя плотной структуры и высокой
прочности необходимо ограничить содержания в шлаке фосфорного ангидрида до
2%. Предлагается шире использовать граншлак при изготовлении конструкций,
учитывая такие его особенности , как повышенный модуль упругости, низкая
деформативность и повышенная хрупкость при разрушении.
Гранулированный фосфорный шлак имеет постоянный зерновой состав,
соответствующий крупнозернистому песку. Поэтому граншлак может служить для
полной или частичной замены природного песка в бетоне 5.
В ряде работ изучена возможность применения электротермофосфорных
шлаков в керамической промышленности. Показано, что данный шлак в
производстве керамических масс может иметь ограниченное применение. В то же
время закристаллизованные фосфорные шлаки могут с успехом использоваться
для улучшения качества керамических масс в производстве облицовочных плиток
взамен природного волластонита 8.
В последние годы появились исследования по использованию фосфорного
шлака для производства стеклокристаллических материалов 3.
Систематические исследования по разработке технологии получения
шлакоситаллов проводятся в Казахском химика – технологическом институте.
Установлено, что при выборе режима варки использование шлака для получения
стеклокрситаллических материалов требует учета исходного фазового состава
шлака 3.
Однако из чистых фосфорных шлаков получаются высококальциевые
1короткие1 стекла, выработка которых обычными методами стекольной
технологии затруднена 9. Применение указанных шлаков в стеклоизделии
требует соответвующей корректировки их состава 3-5. Установлено, что на
основе шелковых стекол с добавками хромомагнезитового кирпича и пиритных
огарков возможно получение стеклокристаллических материалов.
О применении фосфорного шлака в качестве сырьевого материала для
получение стекла сообщается в заявке ФРГ 6. С этой целью в огненно –
жидкий шлак дополнительно вводят двуокись кремния в количестве 42-59 %.
Из кускового или гранулированного фосфорного шлака предлагается
получать стекловолокно методом вытягивания из расплава 9,10. Для
повышения щелочестойкости в состав расплава вводили модифицирующие
добавки оксидов цинка, циркония, хрома, титана в количестве 0,1-10%.
Особенно высокой стойкостью против действия щелочной среды обладали
волокна, содержащие 2-5 вес. % окиси цинка. Предлагаемые волокна
рекомендуется применять как наполнитель искусственных смол. Для
армирования бетона могут быть использованы связки длиной 05-5см.
Из расплавленных фосфорных шлаков можно получать высококачественную
минеральную вату 10. Показана целесообразность изготовления мягких,
полужестких и жестких минеральных плит из шлаковых распевов ШЗФС на
карбамидной смоле 10. Шлаковую вату для повышению теплостойкости и
твердости прессованных изделий вводят в пресскомпозиции на основе резольных
фенол- формальдегидных смол 10. Наполнитель пропитывают смолой
водоэмульсионным способом, сушат, измельчают и перерабатывают в изделия
прессованием при 170º и давлении 100-300 кгсм². Полученный прессматериал
имеет удельный вес 1,42 гсм³, водопоглощение 0,05% и ударную вязкость до 9
кгссм².
Авторы работ предлагают перерабатывать фосфорные шлаки в шлаковую
пемзу. Сообщается, что пемза, полученная вододутьевым способом
непосредственно у печей для возгонки фосфора превосходит по качеству пемзу
доменных шлаков, характеризуется однородной структурой, отсутствием
деформированных пор.
В отдельных статьях указываются и другие возможные области применения
электротермофосфорных шлаков: для получения асбестошлакового
теплоизоляционного материала, для изготовления литых изделии, для
укрепления грунтов в дорожном строительстве 10.
Целью настоящей работы явилось изучения условии диспергирования
гранулированного шлака Шымкентского фосфорного завода, поверхностных
свойств измельченного шлака с фосфорной кислотой, а также исследования
возможности его использования в качестве наполнителя резиновых смесей.
Применение сыпучих материалов в технологических процессах, связанных
с получением продуктов и изделий с заданными техническими
характеристиками, таких, например как получение пигмента- наполнителя
медленным коагуляционным пресыщением или активацией поверхности шлакового
слоя быстрым пептизированием водой, предъявляет высокие требования к
показателям дисперсности и однородности компонентов сырьевой смеси,
качеству смешения. Дозированная кислотная обработка шлака фосфорной
кислотой позволяет добиваться необходимой степени обескремнивания и
направленно менять соотношение SiO2 СаО.
1. В настоящее время отвальные шлаки применяются в основном в качестве
добавки к цементному клинкеру и в виде литого щебня для изготовления
бетона. Проведенный анализ литературы за последние 20 лет не выявил
исследований радиологических излучений шлаков и перспективные развития
производства фосфатных пигментов - наполнителей основанных на базе
кислотных способов.
2. Актуальность исследования новых фосфатных пигментов - наполнителей
объясняется необходимостью расширения сырьевой базы с целью внедрения их в
рецептуры действующего ассортимента – ликвидация дефицита белых саж и отказ
от закупок по импорту.
3. Сформулирована комплексная задача, включающая в единую модель этапы
жизненного цикла материала.
4 .Приведена концептуальная схема математической моделей , универсально
описывающей стадии формирования материала из сыпучей смеси, его
переработка в конечный продукт и измельчение этого продукта в процессе
эксплуатации.
1.5 Применение продуктов переработки фосфорных шлаков (фосфатной сажи)
в резинотехнических изделиях
Основной усиливающий наполнитель шинных резин -технический углерод.
Минеральные наполнители не являлись до последнего времени
конкурентоспособными заменителями технического углерода . Однако в связи с
ограниченными запасами нефтяного сырья и непрерывным его удорожанием,
особенно за рубежом, появилось много исследований по минеральным
наполнителям ! . Хотя Казакстан обладает огромными нефтяными ресурсами,
но те не менее и в нашей стране в последние годы возрос интерес к
минеральным наполнителям. Цены на технический углерод растут на мировом
рынке и в ближайшие годы ожидается дальнейший их рост 2. Цены же на такие
минеральные наполнители, как например каолиновые вы, не чувствительные к
энергетическому кризису .
Целью настоящего разделе является с одной стороны изучение
возможности применения в шинной промышленности фосфатных саж, а также
уточнение требовании, предъявляемых к ним шинной промышленностью, и с
другой стороны, исследование возможности применения взамен белых саж в
обкладочных резинах. Заменах определяются действующими в системе силами ,
зависящими от природы к концентрации компонентов , размере и формы их
частиц , фракционного состава , примесей и т.д. Однако периодичность
строение присуща и резина – техническим изделиям , которые являются
тиксотропными дисперсными системами из наполнителей , диспергированных в
непрерывной фазе вулканизованного каучука , включающих другие добавляемые с
различными целями ингредиенты. Частицы активного наполнителя , раздельные
прослойками полимера, образуют пространственную решетку, которая влияет на
физико – механические свойства вулканизата. Характер этого влияния и
толщина разделяющих прослоек установленный еще недостаточно, несмотря на
большое число работ , посвященных изучению структуры резин.
Определения усиливающей активности новых типов минеральных
наполнителей и физико – химический анализ фосфатных саж.
В таблице 3 приведены результаты физико – химического анализа двух
фосфатных саж, изготовленных по различным технологиям. № 1 фосфатная сажа
получена медленной коагуляцией (насыщением шлака фосфорной кислотой) при
соотношениях шлак : кислота =2:1.2 фосфатная сажа изготовлена
модифицированием продукта 1 обработкой водой 1%(масс.) и дегидратацией
(после полураспада экзотермической реакции) при 150ºС с продолжительностью
14 минут (быстрым пептизированием).
Полученные данные показывают , что дисперсность частиц (остаток на
сите) обоих образцов соответствуют требованиям ТУ на фосфатную сажу
разработанной нами и требованиям шинной промышленности.
Отмечено также, что образец фосфатной сажи №1 (коагулированной)
характеризуется высоким содержанием летучих.
В стандартном рецепте JSO на основе 100 мас.ч. БСК и 50 мас.ч.
наполнителя проведена оценка технологических свойств резиновых смесей и
физико – механических свойств вулканизатор. Резиновые смеси были
изготовлены в научно – исследовательском институте шинной промышленности
(НИИШП г. Москва).
Таблица 3 - Результаты физико – химического анализа фосфатных саж
№ Наименование ТУ 3903- Образец №1 Образец №2
показателей 05-01-90
1 Внешний вид Тонкодисперсный Медленно Быстро
порошок бело- коагулированный пептизированный
серого света
2 Массовая доля 97-99 77 83,44
фосфатов нм,%
3 рН водной вытяжки 4,5-6,5 6,0 4,2
4 Потери массы при 3,5-7,0 12,6 6,2
прокаливании, %
5 Влага, нб % 6,5 4,8 3,4
6 Насыпная плотность 900-1165 -- 570-800
,гл
7 Остаток на сите 1,7 1,67 1,7
0,25 К,нб
0,14 К, %*) --- 3,2 0,02
8 Содержания железа --- 0,22 0,19
%
9 Содержания --- 0,069 0,031
марганца %
10 Содержания меди % --- отс отс
11 Содержания фтора --- 0,02 0,019
%
12 Летучие, % 170ºС --- 10,41 5,9
*2 час
Для сравнительных испытаний были изготовлены резины с серийной белой
сажей БС -120 (среднеусиливающая), БС (малоусиливающая) и низкоусиливающим
наполнителем в виде каолина. Результаты испытаний приведены в таблице 3.
Из представленных следует, что по усиливающему действию образцы
фосфатной сажи не уступают каолину и приравнивают к кремнекислотным
наполнителям, что подтверждается результатами оценки удельной поверхности
по низкотемпературной адсорбции азота:
БС – 120 -120м² г
БС – 50 - 50м² г
Каолин - 25м² г
Образец № 1 -52м²г
(коагулированный)
Образец № 2 - 120м²г
(пептизированный)
Установлено, что по усиливающему действию оба образца сажи не
уступают кремнекислотному наполнителю БС – 120, применяемому в производстве
шин в соответствии с требованием государственного стандарта (см. акты
испытания от 23.09.92г. НИИШП г. Москва).
2 Объекты и методы исследования
2.1 Определение состава фосфатной сажи
2.1.1 Метод рентгеновского структурного анализа с ионизационной
регистрацией излучения
Объектом исследований являлись фосфатные сажи, полученные из отходов
Шымкентского фосфорного завода и резины шинного назначения.
При использовании этого метода регистрация отраженных лучей
осуществляется с помощью счетчиков Гейгера-Мюллера в рентгеновских
аппаратах. Большим преимуществом этого метода является его высокая
чувствительность по отношению к отдельным минералам и значительное
сокращение времени анализа.
Рентгеновский фазовый анализ исследуемых проб проводился на установке УРС
– 50ИМ (рис. 1).
Блок схема рентгеновского аппарата УРС – 50ИМ
1 – стабилизатор напряжения (СН-1); 2 – рентгеновская трубка (РТ); 3 –
кристалл - монохроматор (КМ); 4 – торцевой счетчик (МСТР-4); 5 –
усилительное пересчетное, интегрирующее устройства; 6 – система управления
и блокировки (ЭМС); ЩУ – щит управления; ВВС-СТ - высоковольтный
выпрямитель; УИ – усилитель импульсов; ПС – пересчетная схема; ИС –
измеритель скорости счета; ВВВ – высоковольтный выпрямитель.
Рис. 1
Сфокусированные рентгеновские лучи из трубки попадают на образец,
отражаются и направляются в счетчик квантов Гейгера-Мюллера. Импульсы тока,
возникающие при попадании лучей в счетчик, проходят последовательно
усилитель, пересчетную систему и попадают на самопишущий потенциометр,
который и производит записывание их величины. Рентгенограмма получается
последовательно линия за линией в результате поворота счетчика квантов
вокруг образца в пределах требуемой области углов отражения от 2 до 750.
Углы отражения отсчитываются на гониометрическом устройстве или считываются
с диаграммной ленты, на которой самописец производит соответствующие
отметки. Для обеспечения попадания под рентгеновский пучок большого числа
кристаллов данной фазы образец часто также приводится во вращение, но со
скоростью в два раза меньшей, чем скорость вращения счетчика квантов.
Монохроматизация излучения медного анода обеспечивалась фильтром из
никелевой фольги. Режим работы аппарата выбран оптимальным при скорости
вращения счетчика гониометра 2 и 40 мин., при этом давалась количественная
оценка интенсивности линий в максимуме. Для получения воспроизводимых
результатов пробы измельчались до полного прохождения через сито 0063.
Подготовленный материал набивается в держатель из органического стекла,
имеющий диаметр кольца 20-25 мм и глубину до 3 мм. Набивка производится
постепенно слой за слоем, причем каждый слой смачивается несколькими
каплями абсолютированного спирта. Излишек порошка с поверхности заполненной
до краев кюветы срезается острым ножом так, чтобы поверхность образца ... продолжение
Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.
Похожие работы
Дисциплины
- Информатика
- Банковское дело
- Оценка бизнеса
- Бухгалтерское дело
- Валеология
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Религия
- Общая история
- Журналистика
- Таможенное дело
- История Казахстана
- Финансы
- Законодательство и Право, Криминалистика
- Маркетинг
- Культурология
- Медицина
- Менеджмент
- Нефть, Газ
- Искуство, музыка
- Педагогика
- Психология
- Страхование
- Налоги
- Политология
- Сертификация, стандартизация
- Социология, Демография
- Статистика
- Туризм
- Физика
- Философия
- Химия
- Делопроизводсто
- Экология, Охрана природы, Природопользование
- Экономика
- Литература
- Биология
- Мясо, молочно, вино-водочные продукты
- Земельный кадастр, Недвижимость
- Математика, Геометрия
- Государственное управление
- Архивное дело
- Полиграфия
- Горное дело
- Языковедение, Филология
- Исторические личности
- Автоматизация, Техника
- Экономическая география
- Международные отношения
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности), Защита труда
