И. К. Бейсембетов ректор Зам главного редактора
жүктеу/скачать 51,43 Mb. Pdf көрінісі
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Исследование акустических и диссипативных свойств легированных сталей с наноструктурным покрытием
- Research of acoustic and dissipative properties from alloyed staley with nanostrukturnym coverage Snmmary
- Key words
- ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛУЧЕНИЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КОМПЛЕКСНЫХ ПОЛИМЕРСОДЕРЖАЩИХ УДОБРЕНИЙ СУПЕРФОСФАТА НА ОСНОВЕ ФОСФОРНОГО
- Химический анализ фосфорного шлама (прокаленного при температуре 1273 К)
- Рис. 1.
- Содержание фосфорного ангидрида в готовом продукте
№2 2016 Вестник КазНИТУ
534 ● Х и м ик о - ме та л л у рг и че ски е на ук и
ӘДЕБИЕТТЕР [1] Журавлев В.Н .,Николаев О:И., Машиностройтельный стали. Справочник.ИЗД. 3-е, перераб. И доп.- М.: Машиностроение 1981-391с. [2] Мелихов И.В. Физико- химическая эволюция твердого вещества .- М. БИНОМ. Лаборатория знаний, 2006г
[3] Сергеев Г.Б. Нанохимия .- Москва ,2007г.:. [4] Кобаяси Н. Введение в нанотехнологию. БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007г- 134с [5] Простиков В.С. . Внутреннее трение в металлах. Металлургия, 1974-352с. [6] Криштал М.А., Головин С.А Внутреннее трение и структура металлов, 1976,-376с [7] Утепов Т.Е. Разработка вибродемпфирующих металлических материалов на основе железа для снижения производственного шума – Алматы., КазНТУ им К.И. Сатпаева , 2012.- 252ст. REFERENCES [1] Zhuravlev VN., Nikolaev A: And., Machine steel. Spravochnik.IZD. 3rd, revised. And dop.- M .: Engineering 1981-391. [2] Melikhov IV Physico-chemical evolution of the solid .- M. BINOM. Knowledge Laboratory, 2006 [3] Sergeev GB Nanochemistry .- Moscow, 2007.:. [4] Kobayashi N. Introduction to nanotechnology. BINOMIAL. Laboratory knowledge 2007g- 134c [5] Prostikov VS . Internal friction in metals. Metallurgy, 1974-352 [6] Krishtal MA, SA Golovin internal friction and structure of metal, 1976, -376 [7] Utepov TE The development of vibration-damping metal materials on an iron basis in order to reduce the production of noise - Almaty., KazNTU KI Satpayev, 2012.- 252st.
Утепов Е.Б., Беркинбаева А.С., Баст Ю., Карменов К.К.
Резюме: В статье проводится оценка акустических, вибрационных, физико- механических и демпфируфщих своцств литых сталей,рассматриваются метды получения литых сталей с наноструктурным покрытием с повышенными демпфирющими свойствами.Провели исследование механических свойств литейных сталей с наноструктурным покрытием в зависимости от вида термообработки: нормализация,отжиг и закалка с отпуском нормализация,отжиг и закалка с отпуском.Наноструктурное покрытытие обеспечило рост прочностных характеристик и снижение звукоизлучения.
Utepov E.B., Berkinbaeveva A.S., Bast J., Karmenov K.K. Research of acoustic and dissipative properties from alloyed staley with nanostrukturnym coverage Snmmary: The article assesses the acoustic.vibrational, mechanical and demping properties of cast steels, this method for pproducing cast steel with nanostrukturnym coatings with high demping properties. Conducted research of mechanical properties of castings staley with nanostrukturnym coverage depending on the type of heat treatment: normalization, annealing and tempering with vacation normalization, annealing and tempering with vacation. Nanostructured coatings ensured the growth of the strength characteristics and reduced sound radiation .
УДК 541.18:678 О.К. Бейсенбаев, А.Б. Иса, Н. К. Сарыпбекова, А.Ш. Кыдыралиева (Южно-Казахстанский государственный университет им .М.Ауэзова oral-kb@mail.ru)
ПОЛИМЕРСОДЕРЖАЩИХ УДОБРЕНИЙ СУПЕРФОСФАТА НА ОСНОВЕ ФОСФОРНОГО ШЛАМА, КАТРЕЛЬНОЙ ПЫЛИ И ВЕРМИКУЛИТА
полимерсодержащих удобрений. Исследования влияния ВРП, показали, что применение их в производстве комплексных полимерсодержащих удобрении способствует получению качественных высококонцентрированных пролонгированных удобрений. ВРПЭ и вермикулит существенно влияют на относительное содержание водорастворимого Р 2 О 5 , видимо за счет образования новых структур комплексных ҚазҰТЗУ хабаршысы №2 2016
535 ● Х и м ия - ме т а л л ург ия ғ ы л ы мда ры
удобрений. Содержание одновременно в составе удобрений полиэлектролитов, вермикулита способствует улучшению мелиоративности за счет агрегирования почв, агрономические свойства солончаковых и сыроземных почв. Ключевые слова: удобрения суперфосфата, техногенные отходы, водорастворимые полиэлектролиты, структурообразователей почв, фосфорный шлам
В настоящее время перед химической промышленностью, остро стоит проблема утилизации крупнотоннажных отходов производства фосфора – фосфорного шлама. Большие объемы этого промышленного отхода не только заметно ухудшают экологическое положение в регионах Казахстана, но и занимают значительные производственные площади. В связи с этим для кардинального решения указанных проблем, разработаны способы переработки фосфорных шламов, с целью получения комплексных полимерсодержащих удобрений. Шлам обладает меньшей плотностью, чем чистый фосфор, который составляет 1200 кг/м 3 . При
его разогреве до температуры 333-353К происходит разделение фаз. Так как чистый фосфор имеет плотность 1720 кг/м 3 , он остается в нижней части, а шлам – более легкий собирается выше. Шлам обладает низкой плотностью из-за наличия включений воды. При производстве желтого фосфора могут образовываться шарообразные, бесформенные гранулы размером менее 20 мкм, похожие на песок, который принято называть «гранулированный». Такой шлам обычно образуется в сточных водах или при разогреве шлама. Содержание водной фазы в таких шламах достигает 50%. При действии разбавленной НNO 3 или K 2 Cr 2 O 7 +H 2 O шлам разрушается с выделением чистого желтого фосфора и нерастворимого осадка. Часть фосфора окисляется до H 3 PO 4 . В таблице 1 представлен химический анализ фосфорного шлама. Таблица 1. Химический анализ фосфорного шлама (прокаленного при температуре 1273 К)
Фосфорный шлам образуется в результате гидролиза фторида кремния, всегда содержащегося в небольших количествах в печных газах. Затем тонкодисперсный поверхностно-активный кремнезем адсорбирует фосфор. При образовании шлама одновременно с фосфором происходит, вероятно, и адсорбция кремнезёмом части воды. Количество шлама, получающегося по тому или другому механизму, зависит от содержания тонкой дисперсной пыли в печных газах и степени возгонки соединений фтора из фосфорита в процессе плавки в электропечи. Установлено, что вероятность образования шлама по первому пути составляет 90-95%, по второму (через SiF 4 ) – 5-10%. Фосфорный шлам является дешевым сырьем, однако при использовании его в качестве удобрения малоэффективен, что связано главным образом с небольшим содержанием усвояемых форм фосфорного ангидрида (рисунок 1). Результаты исследований показали, что содержание фосфорного ангидрида в фосфорном шламе составило 18,5%. Тем не менее на кислых почвах мелкодисперсный фосфорный шлам некоторых месторождений успешно применяют в качестве медленно действующего удобрения. Из фосфорного шлама таких месторождений можно получить целый ряд качественных удобрений: суперфосфат, двойной суперфосфат, аммофос, моноаммонийфосфат. Механизм разложения фосфорного шлама серной кислотой в присутствии водорастворимых полиэлектролитов (ВРПЭ), а также для установления состава комплексных полимерсодержащих суперфосфата и взаимодействия компонентов, содержащихся в них, проведены исследования рентгеновским энергодисперсионным микроанализатором INCAEnergy (OxfordINSTRUМENTS) установленном на растровом электронном микроскопе ISM-6490LV(IED). Съемки на РЭМ проводили при увеличении 1000 и 10000 раз (рисунок 1,4, таблица 2,4). Для изучения и установления кинетики и оптимизации процесса разложения фосфорного шлама исследованы: зависимость степени разложения фосфорного шлама и фосфорной муки от продолжительности процесса при 60°С (рисунок 2), зависимость выхода фосфорного ангидрида от Состав,% Удельная поверхность, м 2 /г Потери
при прокалива нии, % Состав
шлама Р 2 О 5 СаО MgO SiO
2
AL 2 O 3 F Na 2 O K 2 O Fe 2 O 3
Σ Богатый шлам
18,5 1,34
3,92 57,4
10,1 2,1 2,72 1,52 97,6
- 7,82
Теорети-
чекий
10,0- 29,8 0,7-7,8 5,9-5,1 - -
4,2 3,3-
9,0 - >100 12,4-33,0 №2 2016 Вестник КазНИТУ
536 ● Х и м ик о - ме та л л у рг и че ски е на ук и
температуры при разложении фосфорного шлама (рисунок 3), зависимость выхода фосфорного ангидрида от концентрации серной кислоты при разложении фосфорного шлама при 60°С (рисунок 4).
Таблица 2. Минералогический состав образца фосфорного шлама Элемент
Весовой % Химический состав оксидов, % % F 3.74 - - Na 0.77
NaО 1,04
Mg 1.86
MgО 3,08
Al 0.97
Al 2 О 3
1,83 Si 17.58
SiО 2 37,60 P 7.02
P 2 О 5 16,08
S 0.87
- - Cl 0.13 - - K 4.16
K 2 О 5,01 Ca
8.86 CaО
12,4 Ti
0.02 TiО
2 0,033
Mn 0.24
MnО 0,31
Fe 0.52
Fe 2 О 3 0,67
Рис. 2. Зависимость степени разложения фосфорного шлама от продолжительности проведения процесса при 60°С
ҚазҰТЗУ хабаршысы №2 2016
537 ● Х и м ия - ме т а л л ург ия ғ ы л ы мда ры
Рис. 3. Зависимость выхода фосфорного анг идрида от температуры при разложении фосфорного шлама
Из рисунков 2 и 3 видно, что выход фосфорного ангидрида зависит не только от продолжительности процесса, но и от температуры его проведения, т.е. максимальный выход фосфорного ангидрида достигается при 60°С в течение 60 минут. Процесс разложения фосфорного шлама проводят при 60 о С при непрерывном перемешивании в течение 60 минут. При этом происходит разложение фосфорного шлама с образованием монокальцийфосфата и сульфата кальция согласно суммарному уравнению:
2Ca
5 (PО
4 ) 3 F + 7H 2 SО 4 + 3H
2 О = 3Ca(H 2 P0
) 2 ·H 2 O + 7CaSO 4 + 2HF
Способ получения [2-4] комплексных полимерсодержащих удобрении заключается в разложении фосфорного шлама (100г) в присутствии 50%-ной серной кислоты (12 мл), 65-70мл воды и добавляют 2-4 гр вермикулита. Химический состав вермикулита отвечает приблизительной формуле (Mg +2
+2 ,Fe
+3 ) 3 [(AlSi) 4 O 10 ]∙(OH)
2 ∙4H
2 О. Однако вермикулит обычно содержит примеси. Для улучшения качественных характеристик и придания прочностных свойств комплексных удобрении добавляют этерифицированные производные гидролизованных полиакрилонитрила (ЭППАН) или полиакриламида (ЭППАА), т.е. ВРПЭ. Повышение прочностных характеристик и пролангированность обьясняетя капсулированием комплексных удобрении ВРПЭ. За 15 минут до конца термостатирования в смесь добавляют 0,2-0,4 мл этерифицированных производных гидролизованных полиэлектролитов на основе ПАН и ПАА. Полученные пасты подвергают грануляцию и сушке в течение 120 минут при температуре 100°С. Полученное комплексное полимерсодержащее удобрение – суперфосфат имеет следующий состав, представленный в таблице 3.
Таблица 3. Содержание фосфорного ангидрида в готовом продукте Наименование Термос татиро
вание, t °С
Н 2 О, мл ВРПЭ,
мл Р 2 О 5
общее Р 2 О 5
усвояе мое
Р 2 О 5
водораст воримое N
Вес готового продукта, гр
100 гр шлама термостатировали в течение 1 часа 60
70 0,2
13,12 12,75
9,12 2,0
70
Фосфор в суперфосфате находится главным образом в виде Са(Н 2 РО 4 )2·2Н 2 О и свободной фос- форной кислоты. Его твердая фаза состоит из Ca(H 2 PО 4 )·H
2 О, CaSО
4 с примесью CaSО 4 ·0,5Н
2 О,
неразложенных минералов, кремнегеля SiО 2 ·H 2 О и др. Доля твердых веществ в суперфосфате №2 2016 Вестник КазНИТУ
538 ● Х и м ик о - ме та л л у рг и че ски е на ук и
составляет 65-72%, в том числе 50-55% CaSО 4 . Жидкая фаза состоит из водного раствора фосфорной кислоты, насыщенного монокальцийфосфатом; в качестве примесей в растворе присутствуют катионы Na + ,К + , Mg 2+ , Al
3+ , Fe
2+ , Fe
3+ и анионы SiF 6 2-
6 3- и др. Качество суперфосфата оценивают по содержанию в нем усвояемого Р 2 О 5 , который присутствует в виде различных соединений: Н 3 РO 4 , Ca(H
2 PO 4 ) 2 , Mg(H 2 PO 4 ) 2 , СаНРO 4 , MgHPO
4 , фосфаты железа и алюминия. Полученное полимерсодержащие суперфосфатное удобрение представляет собой хорошо растворимые в воде светло-серые гранулы, размером 3-5 мм в диаметре, обладающие высокими прочностными характеристиками, что необходимо при экстплуатации. При добавлении вермикулита содержание усвояемого Р 2 О
понижается за счет удержания влаги, что благотворно сказывается на сохранении влажности почвы на длительное время. Содержание одновременно в составе удобрений полиэлектролитов, вермикулита способствует улучшению мелиоративности за счет агрегирования почв но и агрономические свойства солончаковых и сыроземных почв. На рисунке 4 и в таблице 3 представлены микроскопический снимок и элементный анализ образцов комплексных полимерсодержащих удобрений суперфосфата. Из полученных данных видно, что образцы имеют, в основном, аморфную структуру с небольшим включением металлов.
Рис. 4. Минерологический состав и микроструктура образца комплексного полимерсодержащего удобрения суперфосфата
Таблица 4. Минерологический состав образца комплексного полимерсодержащего удобрения суперфосфата
Элемент Весовой % Химический состав оксидов % O 44.86 - - F 6.55
- - Na 0.62 Na 2 О 0,84
Mg 1.79
MgО 2,97
Al 1.11
Al 2 О 3 2,1
Si 20.42
SiО 2 43,68 P 6.46
P 2 О 5 14,8
S 4.24
SО 3 10,6 K 4.05
К 2 О 4,88 Ca
9.02 CaО
12,62 Mn
0.25 MnО
0,32
Fe 0.61
Fe 2 О 3
0,87 При этом повышается водоудержание в почвенных агрегатах за счет структурообразующих свойств полимера, что положительно сказывается на урожайность сельхозкультур.
ҚазҰТЗУ хабаршысы №2 2016
539 ● Х и м ия - ме т а л л ург ия ғ ы л ы мда ры
Съемки на РЭМ проводили при увеличении 1000 и 10000. Результаты исследования показывают, что кальций содержащийся в фосфорном шламе при разложении переходит в сульфат кальция. Силикаты растворяются в серной кислоте, образуя кремневую килоту и в дальнейшим реагируя с HF-ом обраузуют SiF 4 . Оксиды металлов (Fe 2 O 3 и Al 2 O 3 ) в ратворе образуют AlPO 4 , FePO
4 . Калий и натрий находящиеся в фосфорном шламе геликатрельной пыли, при разложении образуют Na 4 P 2 O 7 b K 4 P 2 O 7 [ 8]. При изучении ИК спектров поглощения образцов комплексных органоминеральных удобрений в присутствии этерифицированных производных полиэлектролитов на основе ПАН в области 4000- 600∙10
-2 м -1 (рисунок 5) выяснили, что происходит взаимодействие с активными функциональными группами ВРПЭ (карбоксильных, амидных, метильных, сульфо-, метилольных, сульфометилированных, эфирных групп) частиц полученных полимерсодержащих комплексных удобрений. Можно также отметить, что при взаимодействии спектр претерпевает значительные изменения в изучаемой области. Наблюдается объединение полосы поглощения при 1080∙10 -2 м
(С–С), а также 1245∙10
-2 м -1 (СН), и образуется одна широкая полоса поглощения 1080-1480∙10 -2 м -1 . Видимо, это происходит за счет взаимодействия активных функциональных групп ПЭ и комплексных полимерсодержащих удобрений. Эту полосу можно отнести к валентным колебаниям связи С=С и группе – СООН. Ввиду того, что поглощения групп – СООNa соответсвуют частоте в 1620∙10 -2 м
и эти частоты довольно близко расположены, из-за перекрывания полос образуется одна широкая полоса в области 1500-1700∙10 -2 м -1 . Усиление интенсивности этих полос в области 1680 и 1570∙10 -2 м
, характерной для карбонильной, амидной групп и аммонийных соединений. Наблюдаются также полосы поглощения в области от 2700-3300∙10 -2 м -1 амидных групп, видимо, происходит взаимодействие амидных групп с активными центрами органоминеральных удобрений.
Рис. 5. ИК-спектр полимерсодержащих комплексных удобрений суперфосфата жүктеу/скачать 51,43 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|