Page 1

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ В ПРОИЗВОДСТВЕ АЛЮМОТЕРМИТНЫХ СВС-ОГНЕУПОРОВ Современные

технологические

процессы

осуществляемые

с

использованием различных тепловых агрегатов предъявляют все более высокие требования к футеровке их рабочего пространства. В связи с этим обращают на себя внимание известные технологические процессы получения оксидных огнеупоров с помощью

алюмотермии (далее АТ). Основное

преимущество алюмотермитных огнеупоров по сравнению со спеченными огнеупорами зернистой структуры – высокая коррозионная

стойкость в

металлических расплавах, шлаках , расплавах стекол и других агрессивных средах.

Огнеупорные

изделия

из

алюмотермитных

композиционных

материалов (АТКМ) имеют срок службы в несколько раз превышающий таковой при использовании традиционных огнеупоров в условиях постоянных термоциклических нагрузок. Упомянутые технологии обладают рядом неоспоримых преимуществ. АТ-реакции

сопровождаются

большим

экзотермическим

эффектом,

позволяющим получать жидкую окись алюминия даже при комнатной температуре. АТ-реакция горения.

Продукты

может протекать локализованно, во фронте АТ-реакции

хорошо

смачивают

большинство

стандартных огнеупоров. Все это позволило использовать АТ-реакции для сварки

огнеупоров, нанесения покрытий на футеровку, получения

огнеупорных набивных масс и изготовления огнеупорных изделий. Основной недостаток существующих АТ-огнеупоров их высокая стоимость по сравнению с обычными огнеупорами. Использование различных промышленных отходов - один из способов, позволяющих повысить конкурентоспособность

АТ-огнеупоров.

Помимо

этого,

использование

промышленных отходов улучшает экологическую обстановку в регионе. Алюмотермитные

реакции

позволяют

использовать

различные

промышленные отходы. Большая работа по использованию вторичного сырья


в производстве АТ-огнеупоров была проведена в 80-х годах Казахским межотраслевым научно-техническим центром СВС. В качестве реагентов использовались такие отходы производства, как шлаки выплавки стали, фосфорного производства, хромового выплавки

производства,

свинцовых заводов,

алюминия, отходы обогатительной фабрики, бой огнеупорного

кирпича. В 90-х годах проводились исследования процессов получения АТогнеупоров в лаборатории СВС Самарского НПО ВИТстройдормаш. Исследовалась возможность использования отработанных катализаторов химического и нефтехимического производства. В частности рассматривалась возможность использования отработанного катализатора ИМ 2201 вместо хромитовой руды. В

конце

90-х

г.

г.

ЗАО

«Волгаогнеупор»

была

проведена

исследовательская работа по использованию таких промышленных отходов, как

пиритный

производства,

огарок, бой

отработанные огнеупорных

катализаторы изделий,

нефтехимического

шламм

отстойников

гальванического производства, отходы металлообработки. Доля отходов в общей массе исходных компонентов производства АТКМ составила 55-65%. Разработаны составы кладочно-сварочного раствора и обмазки, на 90% состоящих из промышленных отходов. Одна

из

наиболее

существенных

проблем,

возникающая

при

использовании таких отходов, как пиритный огарок и отработанный среднетемпературный катализатор – снижение вяжущих свойств АТ-смесей, обусловленное наличием в отходах оксида трехвалентного железа. Проблема использования

Fe2O3 известна давно. Одно из решений предполагает

увеличение концентрации сульфат- ионов в растворе затворения. Однако, высокая

концентрация

сульфата

магния

в

растворе

приводит

к

нежелательному взаимодействию алюминия на стадии смешивания. Для поставленной задачи была разработана физико-химическая модель основных процессов смесеприготовления АТ-огнеупоров.


Основные задачи, которые решаются

во

время смешивания

компонентов АТ-смесей: 1.Равномерное распределение в объеме смеси компонентов,

имеющих

разную

плотность

и

фракционный

состав.

2.Получение необходимой прочности высушенной смеси. 3. Получение достаточно сильного адгезионного взаимодействия при нанесении смеси на вертикальную поверхность футеровки. 4.Обеспечение стабильного зажигания и горения смеси во время обжига изделий. 5.Улучшение виброуплотнения смесей. Поставленные задачи решаются с помощью образования геля при перемешивании компонентов смеси. Частицы алюминия в оболочке, состоящей из частично ионизированного гидрооксида являются основным гелеобразующим компонентом. При перемешивании смеси абразивные частицы нарушают целостность оксидной пленки на частицах алюминия и алюминий реагирует с водой. В кислой среде частицы новообразованного гидрооксида алюминия образуют положительно заряженный золь. Частицы золя тоже активно участвуют в образовании геля, который предотвращает выпадение в осадок более тяжелых компонентов смеси. Гидратация алюминия сопровождается повышением рН среды до 8-9. Это способствует активному связыванию воды компонентами смеси с образованием различных гидратов. Прочность смеси после сушки и адгезионные свойства смеси прямо зависят от наличия новообразованной гидратной связки и, следовательно, от количества химически связанной воды. Активность гелеобразования возрастает с ростом заряда ионов. Оксид алюминия амфотерен, поэтому в данном случае необходимо регулировать рН среды с целью получения ионов с максимально возможным зарядом. Гидрооксид алюминия ионизируется с образованием иона Al 3+ в кислой среде. В присутствии сульфат-ионов происходят ионнообменные процессы, в результате чего образуются мицеллы:


В

слабо

кислой

среде

гидрооксид

алюминия

ионизируется

образованием ионов Al(OH)2+ . Видно, что в слабо кислой

среде

с

заряд

частиц золя гидрооксида алюминия в три раза меньше. Соответственно, эффективность ионнообменной адсорбции сульфат-ионов ниже. Поэтому снижаются и возможности гелеобразования. В процессе смешивания рН неизбежно

меняется. Это связано со смещением равновесия в результате

образования гидратов и является необходимым условием схватывания смеси. Поэтому обеспечение низких значений рН имеет смысл только во время формирования сольватных оболочек частиц алюминия. Необходимость эффективной ионнообменной адсорбции сульфат-ионов обусловлена следующим. Прочность геля зависит от природы связей между частицами. Наиболее прочные связи образуются

за счет

химического

взаимодействия. В случае использования компонентов, содержащих Cr2O3 (например, хромитовой руды) происходят следующие процессы. Ионизация гидратированных поверхностей

частиц

руды приводит к образованию

сольватных оболочек следующего вида

Увеличение прочности геля в данном случае обеспечивается за счет образования двойного гидрата (Al•Cr)2( SO4)3•nH2O. Образование сложных гидратов наблюдается и в случае использования компонентов, содержащих слабодиссоциирующие соли (например, доломит). Поверхность частицы доломита ионизируется с образованием сольватных оболочек следующего вида:

Ионнообменные процессы в электролите содержащем сульфат-ион, изменяют состав сольватной оболочки:

В

результате,

происходит

интенсивное

гелеобразование

с


преобладанием химических связей за счет образования сложных гидратов (Аl, Са, Мg)SО4•nН2О. Гидрооксиды в воде создают определенное значение рН, что и вызывает осаждение соответствующих ионов. При равных значениях растворимые гидрооксиды будут осаждать

менее

рН более

растворимые. По

убывающей растворимости гидрооксиды расположены в ряд: Ca(OH)2  Mg(OH)2  Fe(OH)2  Cr(OH)3  Al(OH)3  Fe(OH)3 Видно, что гидрооксид алюминия осаждают все указанные соединения, кроме Fe(OH)3. Поэтому, если в состав смеси входит оксид трехвалентного железа, то образующийся в воде Fe(OH)3 смещает рН среды в сторону более низких значений, препятствуя осаждению Al(OH)3. Увеличение объема смеси в результате роста гидратов не наблюдается, смесь не схватывается при комнатной температуре и высушенная смесь имеет очень низкую прочность. Адгезионные свойства таких кладочных растворов незначительны. Поэтому нежелательно использование оксида трехвалентного железа одновременно с хром-содержащими компонентами, формирующими балласт АТ-смеси. Решение данной проблемы возможно при формировании балласта АТ-смесей из соединений, сдвигающих рН среды в сторону высоких значений. Такими свойствами обладает доломит. Разработан кладочно-сварочный раствор, имеющий в составе термитной составляющей пиритный огарок, а балласт сформирован в основном из доломита.

Разработанная

АТ-смесь

обладает

хорошими

вяжущими

свойствами. Указанный кладочно-сварочный раствор в течение нескольких лет успешно используется при футеровке вращающихся печей Жигулевского комбината строительных материалов. Опубликовано: Рязанов С. А., Хлыстов А. И.. Особенности применения неорганических отходов

промышленности

при

производстве

алюмотермитных

СВС-

огнеупоров. В сб.: Труды 8 Всероссийского Конгресса серии «Экология и


здоровье человека» по теме: «Актуальные проблемы экологии человека»; г. Самара 2002 г. С. 198-199.


Использование промышленных отходов  

алюмотермия, огнеупоры, алюмотермитные огнеупоры, метастабильные состояния гетерогенных систем

Advertisement
Read more
Read more
Similar to
Popular now
Just for you