Вилшкерст, Янис Янович. Огнеупорные клеи на основе отработанного алюмохромового катализатора и фосфатных связующих

brief description

Вилшкерст, Янис Янович. Огнеупорные клеи на основе отработанного алюмохромового катализатора и фосфатных связующих : диссертация ... кандидата технических наук : 05.17.11.- Рига, 1988

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И
ЛА

СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

РИЖСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ им. А.Я ПЕЛЬШЕ
На правах рукописи УДК 691:666.768
Вилшкерст Янис Янович
ОГНЕУПОРНЫЕ КЛЕИ НА ОСНОВЕ ОТРАБОТАННОГО АЛХМОХРОМОВОГО КАТАЛИЗАТОРА И ФОСФАТНЫХ
СВЯЗУЮЩИХ
Специальность 05.17*11 - технология силикатных и тугоплавких неметаллических материалов
Диссертация
на соискание ученой степени кандидата технических
наук
д.т.н., профессор Эйдук Ю.Я.
Рига - 1988 
4
8
9
12
15
17
22
28
32
32
33
36
50
51
58
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ......
ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ .................
2.1. Некоторые вопросы теории адгезии
. и склеивания ................
2.2. Полимерная природа неорганических клеев . . .
2.3. Физико-химические основы получения
огнеупорных клеев на основе отходов катализаторов и фосфатных связующих
2.3.1. Физико-химические характеристики и термические превращения
фосфатных связующих . .
2.3.2. Фосфатные системы с оксидами алюминия,
хрома и кремния . .
2.4. Технические требования и опыт применения фосфатных огнеупорных
клеев
ЭКСПЕРШЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ .............
3.1. Характеристика исходных компонентов
3.2. Методика исследований . .
3.3. Исследование проявления вяжущих свойств
в системе отработанный алюмохромовый катализатор - фосфатные связующие
3.4. Исследование свойств композиций-: отходы алюмохромового катализатора - фосфатные связующие - глинистые добавки . . .
3.4.1. Влияние вида и количества глинистых
добавок на термомеханические свойства огнеупорных клеев .....
3.4.2. Исследование влияния концентрации и
содержания фосфатных связующих на физико-механические свойства клеевых композиций . . . . .
3.4.3. Регулирование сроков схватывания и актив¬ности огнеупорных фосфатных клеев .... 
- з -
Стр.
3.4.4* Исследование термомеханических
свойств фосфатных клеев • .•,•••••• 72
3.5* Физико-химические исследования клеящих композиций: отработанный алюмо- хромовый катализатор - глинистые добавки - фосфатные связующие .*.*• ... 84
3.5.1. Дифференциально-термический и термо¬гравиметрический анализы 85
3.5.2* Рентгенофазовый анализ ......... 90
3.5.3, Исследование макроструктуры и кристалло¬оптический анализ • 97
3.5.4, Электронно-микроскопические
исследования ...... •• 101
3.5.5, Хроматографические исследования 108
4, ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ОГНЕУПОРНОГО МЕЯ
И ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПРОМЫШЛЕННОГО
ВНЕДРЕНИЯ ..................... III
4.1. Оптимизация промышленного состава
огнеупорного клея III
4.2. Технология изготовления и применения
огнеупорного клея ..••••••••,••• II5
4.3. Экономические показатели производства
и внедрения огнеупорного клея • 120
5, ВЫВОДЫ ............ ....... 121
6. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ . 125
7. ПРИЛОЖЕНИЯ 150

bibliography

ВЫВОДЫ
1. Изучены закономерности взаимодействия промышленного от¬хода - отработанного алюмохромового катализатора с фосфатными связующими, теоретически обоснована и экспериментально доказана целесообразность создания на его основе огнеупорных клеев про¬мышленного назначения.
2. Комплексными физико-химическими исследованиями разрабо¬таны научные основы технологии фосфатных клеев и установлены основные закономерности "состав - структура - свойства", позво¬ляющие заранее прогнозировать технические характеристики полу¬чаемого огнеупорного клея.
3. Установлено, что отработанный алюмохромовый катализатор взаимодействует с фосфатными связующими (ортофосфорная кислота, алюмоборфосфатное связующее, алюмохромфосфатное связующее) при нормальной температуре, в системе проявляются вяжущие свойства и происходит отвердевание. PgOg связывается преимущественно в водорастворимые соединения, связывание происходит не полностью - в затвердевших композициях присутствует свободная НдРО^.
4. Взаимодействие отработанного катализатора с различными видами фосфатных связующих происходит по разному. В случае с АХФС фосфатные новообразования находятся в рентгеноаморфном состоянии, в композиции с АЕФС наблюдается слабая кристаллиза¬ция кислых и гидратированных алюмофосфатов, в системе с НдРО^ характерна интенсивная кристаллизация новообразований, преобла¬дающей фазой в которых является A^HgCPO^^.I-s^HgO.
5. Введение в композиции: отработанный катализатор - фос¬фатные связующие огнеупорной глины или каолина в количестве 13-15% улучшает технологические свойства и термомеханические характеристики огнеупорного клея. Связывание PgOg в этих сис¬темах зависит от температуры и продолжительности термической обработки. При температуре 200-300°С практически полное связы¬вание PgOg в водонерастворимые соединения завершается в тече¬ние 1-2 часов.
6, Исследованы реологические свойства и установлены опти-мальная плотность и соотношение ж/т .для клеевых композиций на трех фосфатных связующих. НдРО^ целесообразно использовать с плотностью 1,50-1,55 г/см3 при ж/т 0,79-0,85; для АХФС и АБФС эти величины составляют соответственно 1,52-1,54 и 1,56-1,58 при ж/т 0,88-0,93. Установленные параметры обеспечивают опти¬мальную растекаемость в пределах 70-90 мм.
7, Термомеханическими исследованиями установлено, что для всех клеевых композиций характерно снижение прочности при пер¬вичном нагревании в интервале температур 700-800°С, связанное с началом кристаллизации аморфной фазы, вторичное нагревание до П00°С снижения прочности не вызывает.
8. Дилатометрические исследования в интервале температур 20-700°С аномалий в термическом расширении не выявили, коэффи¬циенты линейного термического расширения для композиций на
г
НдР04, АБФС и АЖ! составляют соответственно 8,1.10 ,
7,З.Ю"6 и 6,6.Ю“6 град"1.
9. Определение температуры деформации под нагрузкой, огне-упорности и термостойкости показали преимущества клея на АХФС перед композициями на других фосфатных связующих. Оптимальный состав на АХФС характеризуется огнеупорностью более 1750°С, температурой деформации под нагрузкой 1430°С и термостойкостью более 20 воздушных теплосмен.
10. Дифференциально-термическим анализом в комплексе с термогравиметрией установлено, что в композициях: отработанный катализатор - каолин (огнеупорная глина) с Н3РО4 и АХФС взаимо-действуют оба:жомпонента. Взаимодействие наполнителя с Н3РО4 отличается от взаимодействия с АХФС, в последнем случае обра¬зуется дополнительная фаза, разлагающаяся в низкотемпературной области (Т = 40 и 80°С). При взаимодействии каолинсодержащей композиции с АХФС образуется фаза, разлагающаяся при 580°С с потерей 6,7$ массы.
11. Рентгенофазовым анализом установлено, что отражения кристаллических фаз исходного катализатора (кроме - А^^з)
присутствуют во всех композициях до И00°С включительно, взаимодействие с фосфатными связующими осуществляется за счет его рентгеноаморфной части. В интервале 300-700°С продукты взаимодействия в основном рентгеноаморфны, за исключением сос¬тавов на Н3РО4, в которых уже при 300°С фиксируются слабые от¬ражения смеси кристобалитовой и тридимитовой форм А^РО^. При 700-800°С начинается кристаллизация аморфной части фазового состава, которая усиливается в введением каолина и повышением температуры. Новообразования в интервале 7Q0-II00°C представлены фосфотридимитом и фосфокристобалитом. В высокотемпературном фазовом составе преобладают термически стабильные кристалличес¬кие ортофосфаты А£, что обусловливает высокие термические свой¬ства исследованных клеящих композиций при эксплуатации.
12. Исследованиями макроструктуры, кристаллооптическим ана-лизом и электронной микроскопией установлено, что фазовый сос¬тав фосфатных новообразований у клеевых композиций на Н3РО4 и АХФС аналогичен, только составы на АХФС содержат больше стекло- фазы* После термообработки при 300°С кристаллическая часть фазового состава представлена А№0д) в формах В и А,
AfHgCPO^Og. ttHgO, А№0^. HgO, AtPOg - берлинитом. После термо-обработки при П00°С обнаружены только кристаллы А^РО^ ромби¬ческой модификации и смесь фосфокристобалита и фосфотридимита, в составах на АХФС возможно присутствие об- СгРО^. Электронно¬микроскопические исследования показали, что при низких темпе¬ратурах в клее на АЖ преобладают аморфные новообразования, а в составе на НдРО^ - кристаллические соединения, С повышением температуры кристаллизация усиливается, однако в составах на АЖ после термообработки при П00°С остается значительное ко¬личество стеклофазы, чем можно объяснить их более высокую проч¬ность.
13. На основе исследований созданы оптимальные промышленные составы и технология изготовления и применения огнеупорных клеев, а также осуществлена широкая программа внедрения фосфат¬ных клеев при футеровке тепловых агрегатов промышленности строи¬тельных материалов,
14, Объем производства огнеупорного клея на основе отрабо-танного алюмохромового катализатора и фосфатных связующих в 1986г. на заводе строительной: керамики "Спартак" ШСМ ЛатвССР составил 246 т, годовой экономический эффект от производства и использования на предприятиях - 117 тыс.руб.