VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

Отходы, образующиеся в процессе деятельности предприятий современной химической, металлургической, нефтехимической, электрохимической и других отраслей промышленности приобретают угрожающие масштабы для всех отраслей жизни населения планеты. Проблема защиты оборудования и технических сооружений от разрушающего воздействия агрессивной химической среды для указанных отраслей промышленности всегда являлась важнейшей задачей, определяющей надежность этих объектов. Наряду с указанной проблемой, в настоящее время приоритетной задачей, позволяющей решить комплекс актуальных энергетических, экологических и экономических вопросов, является повышение энергоэффективности всех отраслей и энергосбережение.

Для решения данных проблем требуется организация производства композиционных материалов на основе отходов промышленности, перспективных в создании защитных покрытий, работающих в сильно агрессивных средах различных производств и не требующих термообработки, а следовательно и дополнительных энергозатрат.

В условиях постоянно возрастающего топливно-энергетического кризиса в нашей стане становится актуальным снижение топливоемкости композиционных защитных материалов. Одним из реальных и доступных приемов решения этой сложной задачи является широкое использование побочных продуктов основных производств, так как они являются ценным сырьем, прошедшим предварительно механическую и термическую обработку.

Самой энергоемкой отраслью в нашей республике является промышленность, которая потребляет более 70% электроэнергии [1]. Согласно требованиям Закона РК «Об энергосбережении и повышении энергоэффективности», в проектах строительства объектов, потребляющих энергетические ресурсы (например, предприятия химической, металлургической и др. отраслей промышленности) предусматривается обязательное использование энергосберегающих материалов.

При разработке энергосберегающих композиционных материалов, перспективных в агрессивных средах, мы остановили свой выбор на электрокорунде, являющемся отходом электрометаллургического производства, как материале с высоким содержанием оксида алюминия, более кислотоупорном и теплопроводным по сравнению с другими материалами.

Переплавленный оксид алюминия (корунд), который является ценным сырьем, прошедшим предварительную механическую и термическую обработку, представляет собой высокотемпературную α-фазу с вкраплениями частиц металлического ниобия. По результатам химического анализа в шлаке содержится около 1-4% ниобия в виде застывших капель и мелких корольков, который далее перерабатывается путем извлечения ниобия и измельчения очищенного от него шлака в порошки различной крупности (таблица 1).

Таблица 1 - Результаты химического анализа корунда

Основа	Массовая доля элементов, %
Al2О3	Si	Fe	Mg	Mn	Cr		Cu	Zn	Ni	Co
95,3	0,85	0,12	0,7	0,01	0,02	0,04	0,57	0,02	0,001	0,001	1,00

Рентгенофазовый и петрографический анализ показал, что корунд в шлаке по марке соответствует электроплавленному 23-25А с показателями преломления n_g=1,768 и np=1,760.

Остатки примесей ниобия в полученном нами кислотоупорном композиционном материале на основе электрокорунда, дают дополнительную коррозионную стойкость, так как ниобий - имеет ряд уникальных физических характеристик.Эти особенности определяют сферу его применения – изготовление коррозионно-стойких, огнеупорных кирпичей, футеровок, замазок и бетонов; возможность применения его как конструкционного материала для агрегатов химической промышленности.

Для приготовления энергосберегающих композиционных материалов нами также были использованы в качестве связующего - жидкое стекло (водный раствор силиката натрия) с модулем 2,7(ГОСТ 50418-92) и в качестве отвердителя - кремнефтористый натрий - Na₂SiF₆ («Тех» ТУ 113-08-587-86). Допустимое количество Na₂SiF₆, служащего ускорителем твердения, для электрокорунда составляет не более 5 % от общей массы.

Таким образом, получены оптимальные составы энергосберегающих композиционных материалов для футеровки химического оборудования, которые не требуют термообработки, а соответственно энергозатрат. Состав смеси состоит из жидкого стекла – 27,2-26,0%, кремнефтористого натрия – 4,8-4,0% (или 18,1% и 15,3% от массы жидкого стекла), отход производства, представляющий собой шлак электротермического восстановления алюминием Nb₂O₅ - измельченный и очищенный плавленый оксид алюминия (электрокорунд) 68,0-70,0% [2].

Полученные результаты можно применять для получения химически стойкихкомпозиционных материалов, предназначенных для защиты оборудования и технических сооружений от разрушающего воздействия агрессивной химической среды.

Энергосберегающие композиционные материалы на основе электрокорунда, являющемся отходом металлургического производства обладают высокими потребительскими свойствами: значительной механической прочностью, термической стойкостью, высокой теплопроводностью и могут быть также рекомендованы для защиты аппаратуры от агрессивной среды и в качестве конструкционного материала.

Литература:

1. Трофимов Г.Г. Анализ развития и распространения передовых технологий в области энергоэффективности и возобновляемой энергетики в Казахстане //Проект Европейской Экономической Комиссии ООН "Анализ развития и распространения передовых технологий в области энергоэффективности и возобновляемой энергетики в рамках проекта «Глобальная энергоэффективность 21» для стран Центральной Азии". - Алматы, 2012. - 49с.

2. Пат. РК № 21332 на изобретение. Химически стойкая футеровочная масса / А. А. Жарменов, С. К. Мырзалиева, Э. О. Аймбетова; опубл. 15.04.2011 // Бюл. 2011. № 4.

Код для цитирования: Скопировать