УДК 666

ИССЛЕДОВАНИЕ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ ОТХОДОВ  МЕТАЛЛУРГИИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЖАРОСТОЙКИХ МАТЕРИАЛОВ

 

THE STUDY OF ALUMINIUM ALLOYS WASTE METALLURGY FOR THE PRODUCTION OF HEAT-RESISTANT MATERIALS

 

Соколова С.В.

(Самарский государственный университет сообщения, г. Самара, РФ)

Sokolova S.V. (the Samara state University of means of communication )

 

Исследовано влияние различных по химическому составу шлаков и шламов Самарского металлургического завода на возможность применения их в составах жаростойких материалов фосфатного твердения.

 

The influence of the different chemical composition of slag and sludge Samara metallurgical plant, the possibility of their application in heat-resistant materials phosphate hardening.

             

Ключевые слова: огнеупоры, фосфатные растворы, модификация, термостойкость, отход

Keywords: refractories, phosphate solurions, modification, heat resistance, waste

 

На Самарском металлургическом заводе образуются   высокоглиноземистые отходы, в частности, нанотехногенные материалы, такие как шлам щелочного  травления алюминия или алюмощелочной шлам и алюмокальциевый шлам. Алюмощелочной шлам образуется в процессе щелочного травления или обработки алюмомагниевых изделий с помощью раствора NaOH определенной концентрации  Химический состав шлама щелочного травления алюминия   представлен в таблице 1.

 

Таблица 1 - Химический состав шлама щелочного травления алюминия (алюмощелочной шлам)

Содержание, масс %

Al2O3

Fe2O3

CaO

SO3

MgO

R2O

п.п.п.

Σ

pH

44.1

0.8

1.4

6.6

0.58

10.73

35.31

100.32

12.65

 

Свежеосажденный алюмощелочной шлам представляет собой сметанообразную массу с влажностью более 50%. В таком виде его можно применять в процессах синтезирования жидких фосфатных связок, представленных в виде однозамещенных и двузамещенных водорастворимых алюмофосфатов (Al(H2PO4)3 и Al2(HPO4)3).В наших исследованиях по разработке жидких фосфатных связок такие технические продукты, как Al(OH)3; CaCO3; MgCO3 и другие были заменены соответствующим шламовым сырьем. Так источником гидроксида  Al(OH)3 стал шлам щелочного травления алюминия. Такие соединения как CaCO3 и MgCO3, необюходимые для синтезирования кальцийфосфатной связки по реакции:

 (1)

 

были заменены карбонатным шламом химводоочистки, состоящим в основном из кальцита CaCO3.

На Самарском металлургическом заводе функционируют современные очистные сооружения, где происходит очистка технических сточных вод. В частности, шлам щелочного травления алюминия с pH = 12,65 с целью нейтрализации смешивается с жидким карбонатным шламом, а затем образующийся осадок отправляется на отжим с помощью фильтр-пресса. Полученный в «творожистом» состоянии алюмокальциевый шлам отправляется на спецполигон для захоронения.

Химический состав алюмокальциевого шлама [1, с.96] приведен в таблице 2.

 

Таблица 2 -Химический состав алюмокальциевого шлама

Содержание, масс %

Al2O3

Fe2O3

SiO2

CaO

SO3

MgO

R2O

п.п.п.

Σ

14,6

0,8

8,16

26,32

1,58

8,24

1,36

38,88

99,94

В результате смешивания, по отдельности алюмощелочного, алюмокальциевого и карбонатного шламов с ортофосфорной кислотой происходит экзотермическая реакция между минеральными составляющими нанотехногенных отходов с Н3PO4.

Исходя их химического состава шламов возможно предположить, что жидкая фосфатная связки на основе алюмощелочного шлама будет состоять из таких водорастворимых алюмофосфатов, как Al(H2PO4)3 и Al2(HPO4)3; на основе алюмокальциевого шлама – из таких соединений как Ca(H2PO4)2, Mg(H2PO4) и возможно Al(H2PO4)3 и на основе карбонатного шлама – Ca(H2PO4)2 и Mg(H2PO4)2.

Вышеперечисленные кислые водорастворимые фосфатные связки оказались весьма реакционно – активными компонентами в составах безобжиговых жаростойких растворов, бетонов плотного и пористого строения, набивных масс.

Продукт обжига солевого шлака-отхода Самарского металлургического завода оказался по химическому составу аналогом технического глинозема. В композиции с ортофосфорной кислотой данный продукт дает возможность получить алюмофосфатный цемент и жаростойкие бетоны на его основе с высокими температурами применения (1400-16000С).

Однако технологический процесс изготовления отдельных бетонных элементов на основе такого алюмофосфатного цемента затруднен тем, что для получения распалубочной прочности требуется термообработка от 200 до 5000С.

Весьма эффективным оказалось применение высокоогнеупорного продукта обжига солевого шлака в связующем, полученным на основе многотоннажного железосодержащего отхода сернокислого производства – пиритных огарков. [4]

Для получения смешанного алюможелезофосфатного связующего в качестве глиноземсодержащего компонента можно использовать технические продукты, такие как высокоглиноземистый технический глинозем, тонкодисперсный корунд и другие, а также отходы промышленности, например, алюмохромистый отработанный катализатор нефтехимии ИМ-2201, и обожженный солевой шлак, содержащий до 95% Al2O3. При введении последнего компонента в композицию пиритных огарков с ортофосфорной кислотой образуется смешанное вяжущее обладающее иными свойствами, чем чистое железофосфатное. Предел прочности при отрыве кладочных растворов на алюмокальцийфосфатной связке с повышением температуры обжига возрастает [2, с.51]. Результаты испытаний приведены в таблице 3.

 

Таблица 3 -Термические и адгезионные свойства кладочных растворов

№ п/п составов по табл.5

Прочность сцепления кладочного раствора с подложкой из шамота, МПа после нагрева при температуре 0С

Температура деформации под нагрузкой, 0С

Термостойкость, водные теплосмены

20 7 суток

400

800

1000

1300

Н.Р.

4%

40%

1

4,9

4,8

4,9

5,1

5,3

1180

1250

1370

24

2

4,8

4,5

5,8

5,6

5,6

1210

1300

1380

26

3

1,5

1,7

2,0

2,1

-

1080

1190

1230

20 (воздушных)

4

0,15

0,4

1,1

1,6

1,6

-

-

-

10

 

Список использованных источников

1. Соколова С.В., Ненашев В.О. Совершенствование технологии применения жаростойких композиций с целью модификации алюмосиликатных и высокоглиноземистых огнеупоров // Новые материалы и технологии в машиностроении. -2016. - Вып. 22. -С.93-96.

2. Хлыстов А.И., Соколова С.В., Широков В.А.  Использование отходов металлургии алюминиевых сплавов в составах жаростойких материалов фосфатного твердения // Огнеупоры и техническая керамика.- 2016.- №9.- М: С.44-52.