Машиностроение. Металлургия Әож 669. 779. 052: 553. 322 МҰхтар а. А
жүктеу/скачать 5.16 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Для степени расхода серной кислоты полученные уравнения из таблицы 6 с учетом значимых функций обобщаются уравнением Протодьяконова в виде их произведения:  (10)
Адекватность полученной математической модели (10) подтверждается значением коэффициента корреляции R = 0,7873 и его значимостью tR = 9,93 > 2, ошибка уравнения составила: σ = 0,36 % абс., доверительный интервал, вычисленный через tR, составляет 5,26 %. По уравнению Протодьяконова, извлечение марганца в раствор превышает 100 %-й предел изучаемой функции. Для корректировки уравнения (10) подставляем его в экспоненту: Значения R = 0,8388 и tR = 13,57>2 указывают на высокую адекватность математической модели после корреляции описания данных эксперимента настоящим уравнением. Ошибка уравнения составила: σ = 0,744 % абс., доверительный интервал δ = 3,84 %. Выводы
1. Выщелачивание марганца в сернокислой среде с одновременным восстановлением окисленных форм марганца сероводородом, образующимся за счет электродных процессов, происходящих на комбинированном серо-графитовом электроде, является перспективным методом для переработки окисленного марганцевого сырья. Простота проведения процесса и аппаратурного оформления позволяют применять данный метод к различным объектам. 2. Анализ частных зависимостей и обобщенных уравнений предоставляет возможность для определения оптимальных условий выщелачивания марганецсодержащего сырья, позволяющих с наименьшими затратами добиться повышения извлечения марганца в раствор. 3. С помощью приведенных вероятностно-детерминированных математических моделей ввиду их широкого диапазона применимости и простоты аналитических преобразований можно прогнозировать основные параметры процесса для получения качественного продукта.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Салли А. Марганец. М.: Металлургиздат, 1959. 295 с. 2. Инновационный патент 21223 РК. Способ изготовления серо-графитового электрода / Нагуман П.Н. Опубл. 15.05.2009. Бюл. № 5. 3. Балезин С.А., Разумовский Г.С., Филько А.И. Практикум по неорганической химии. М.: Просвещение, 1967. 342 с. 4. Малышев В.П. Математическое планирование металлургического и химического эксперимента. Алма-Ата: Наука, 1977. 36 с. 5. Малышев В.П. К определению ошибки эксперимента, адекватности и доверительного интервала аппроксимирующих функций // Вестник МОН РК, НАН РК. 2000. № 4. С. 22-30. 6. Малышев В.П. Кинетический и технологический анализ обобщающих математических моделей химико-металлургических процессов // Доклады Национальной академии наук РК. 2008. № 2. С. 13-18.
Процесс самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) материалов основан на протекании экзотермической химической реакции между исходными реагентами (чаще всего порошками) в режиме горения [1, 2]. В работе [3] авторами было показано, что для получения СВС-огнеупоров при использовании различных марок алюминия в зависимости от дисперсности меняются температуры их воспламенения и характеристики горения. В данной статье проведено комплексное изучение свойств и дано сравнительное описание алюминиевых порошков четырех марок: дисперсного АСД-1, ПА-4, вторичного АПВ и алюминиевой вторичной крупки АКВ, – которые могут быть использованы при производстве СВС-огнеупоров в промышленных масштабах, а также изучены особенности их взаимодействия с оксидом хрома (Ш). Химический анализ проводили по ГОСТ 2642.4-86. Гранулометрический состав определяли ситовым методом по ГОСТ 181318-73 и микроскопическим по ГОСТ 23402-78. Электронно-оптические исследования проводили на ЭВМ-100 БР при увеличении 14 000 крат. Образцы готовили методами сухого препарирования и суспензии диспергацией в течение 2 секунд в дистиллированной воде. Петрографические исследования осуществляли с помощью микроскопа МВТ-71V4.2 при 50- и 500-кратном увеличении. Рентгенофазовый анализ проводили на дифрактометре ДРОН-3М, Со-Кα-излучение. Прочность образцов на сжатие определяли на гидравлическом прессе марки ПСУ-10. Для синтеза огнеупоров использовали оксид хрома (Ш) ТУ-6-09-4272-84. По данным химического анализа, на долю активного алюминия в исследуемых порошках приходится: 98 % масс. в АСД-I и ПА-4; 97 % масс. в АКВ и 92 % масс. в АПВ, то есть содержание его меняется мало от марки к марке, чего нельзя сказать о примесных компонентах (таблица 1). Таблица 1– Данные химического анализа порошков алюминия
* Данные ГОСТ 295-60 на вторичный алюминий и ЦТУ 24-58 на сплав АЦВ, являющиеся сырьем для получения АПВ Визуально анализируемые порошки существенно отличаются один от другого по дисперсности. Для получения количественной оценки этого параметра проводили изучение гранулометрического состава образцов ситовым и микроскопическим методами (рисунок 1). Наиболее грубодисперсные порошки АПВ и АКВ характеризуются наибольшим разбросом частиц по размерам. Основная масса последних (~ 70 %) имеет раз   мер от 80 до 350-400 мкм. Однако остальные 30 % масс. распределены неодинаково: в АКВ их составляют в основном крупные частицы диаметром от 350 до 700 мкм; в АПВ на долю аналогичной фракции (380-580 мкм) приходится менее 1 % массы и почти 23 % составляют мелкие частицы размером до 80 мкм. Наиболее мелкодисперсным и однородным по грансоставу является порошок АСД-1, свыше 84 % его массы составляют частицы диаметром 14-21 мкм. Порошок ПА-4 по дисперсности занимает промежуточное положение.
В ходе электронно-оптического исследования было установлено, что алюминиевые порошки различных марок образованы частицами одинаковой формы. 
Рисунок 1 – Дисперсность порошков алюминия разных марок: а) АСД; б) ПА-4; в) АКВ; г) АПВ Следующий этап исследований имел целью выявление закономерностей воспламеняемости смеси Al – Cr2O3 и определение влияния перечисленных выше различий в марках алюминия на развитие СВС-процесса. В качестве базового был выбран модельный состав шихты, включающий 85 % масс. Cr2O3 (с массовой долей оксида хрома (III) не менее 99 %) и 15 % масс. порошкообразного металлического алюминия исследованных марок. Образцы изготавливали в форме цилиндров высотой 20 мм и диаметром 20 мм. При использовании в качестве восстановителя алюминия марок АПB и АКВ самораспространяющийся высокотемпературный синтез шихты протекает при условии принудительного термитного удара. Замена их на более дисперсные и чистые марки ПA-4 и АСД-1 позволила возбудить CBС как в образцах, полученных при прессовании из сухой смеси, так и с добавлением воды. Как показано в работе [4], содержание активного металла и количество примесей, присутствующих в исходном алюминиевом порошке, могут оказывать влияние на процесс горения. Ввиду того, что степень завершенности реакции горения пропорциональна массовой доле активного алюминия в порошке [4], снижение температуры горения при использовании алюминия марки АПВ составляет 100-120 °С, а для марок алюминия ПА-4 и АСД-1 – 35-30 °С. На дериватограммах исследованных составов имеются эндоэффекты, связанные с плавлением алюминия в случае марки АПВ при максимальной температуре 675 °С, а для ПА-4 и АСД-1 – при температурах 640 и 625 °С соответстветственно. Максимальная температура экзоэффекта алюмотермической реакции при работе с алюминием марки АПВ приходится на 960 °С, при переходе к ПА-4 и АСД-1 она снижается до 920 и 900 °С соответственно. Наблюдаемые закономерности некоторого снижения температуры плавления и затруднения металлотермического твердофазного превращения связаны с различной дисперсностью алюминия. Увеличение дисперсности приводит к уменьшению локализации и энергетики протекающих процессов в связи с неравномерным распределением его частиц. В связи с тем, что в промышленности при проведении самораспространяющегося высокотемпературного синтеза в основном применяют алюминий марки АПВ, было необходимо определить нижний концентрационный предел для протекания СВС по содержанию алюминия (АПВ) и зависимость воспламеняемости шихты от его дисперсности в системе Al – Cr2O3. Для проведения экспериментов по решению поставленной задачи порошок алюминия рассевали на ситах с выделением следующих фракций: 1 – до 80 мкм, 2 – до 200 мкм. Содержание алюминия варьировали от 15,0 до 35,0 % масс., т.е. до и после стехиометрического соотношения – 28,5 % масс. Полученные результаты приведены в табл. 2, из которой видно, что минимально необходимое для начала синтеза содержание алюминия определяется дисперсностью порошка. Согласно расчетам, учитывающим количество активного металла в алюминиевом порошке марки АПВ в сопоставлении с марками ПА-4 и АСД-1, нижний уровень процентного содержания непросеянного АПВ, необходимого для воспламенения, должен располагаться ниже зафиксированного (35 %), вблизи 21 %, если основная роль принадлежит чистоте исходного алюминия, а не его дисперсности. Важным свойством огнеупорного материала является показатель огнеупорности, который определяется фазовым составом полученного материала. Показано, что в зависимости от количества алюминия в системе Al – Cr2O3 происходит изменение фазового состава конечного продукта СВС. Так, по данным петрографического и рентгенофазового анализов, при содержании 15 % алюминия образцы состоят из двух микроскопически различимых фаз, одна из которых, занимающая большую часть объема, мелкодисперсна и микросложение ее практически не зависит от марки алюминия и представляет собой смесь двух твердых растворов Al2O3 в Cr2O3, различающихся своей концентрацией. Другая фаза – металлический хром, распределение и дисперсность которого чувствительны к условиям приготовления и охлаждения образцов после синтеза. При увеличении содержания Al до 35 % в пробе отмечается большое количество монофазы металлического хрома, почти чистой α – Al2O3 и присутствие двух твердых растворов, но уже Cr2O3 на основе Al2O3. Таблица 2 – Воспламеняемость смеси Cr2O3 – Al при различных значениях дисперсности и содержания алюминия марки АПВ
Примечание: «+» – СВС прошел; «-» – СВС не прошел. Однако, как показано в [5], температура плавления твердых растворов понижается с возрастанием количества в них оксида алюминия, что проявляется в понижении огнеупорности синтезированного материала. Итак, исходя из результатов проведенных экспериментов в отношении осуществления СВС-процесса в системе Al – Cr2O3, можно сделать следующие выводы:
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Мержанов А.Г., Юхвид В.И., Боровинская И.П. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез литых тугоплавких неорганических соединений // Докл. АН СССР. 1980. Т. 255. № 2. С. 120-124. 2. Левашов Е.А., Рогачев А.С., Юхвид В.И., Боровинская И.П. Физико-химические и технологические основы самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. М.: БИНОМ, 1999. 175 с. 3. Мержанов А.Г. Физическая химия. Современные проблемы. М.: Химия, 1983. С. 6-14. 4. Диаграммы состояния силикатных систем: Справочник. Вып. 1. Двойные системы. / Торопов Н.А. и др. Л.: Наука, 1969. 821 с. 5. Диаграммы состояния силикатных систем: Справочник. Вып. 2. Металл – кислородные соединения силикатных систем. / Торопов Н.А. и др. Л.: Наука, 1970. 371 с.
жүктеу/скачать 5.16 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(11)