Синтез фосфосульфатної речовини та властивості її структурованої суміші із кварцовим піском

Рейтинг користувача:  / 0
ГіршийКращий 

Authors:


Р.В.Лютий, orcid.org/0000-0001-6655-6499, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», м. Київ, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

М.В.Тишковець, orcid.org/0000-0001-9621-5249, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», м. Київ, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

M.M.Ямшинський, orcid.org/0000-0002-2293-2939, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», м. Київ, Україна, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

В.Ю.Селівьорстов, orcid.org/0000-0002-1916-625X, Український державний університет науки і технологій, м. Дніпро, Україна

В.Г.Іванов, orcid.org/0000-0002-9216-3493, Національний університет «Запорізька політехніка», м. Запоріжжя, Україна


повний текст / full article



Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2022, (4): 059 - 065

https://doi.org/10.33271/nvngu/2022-4/059



Abstract:



Мета. Створення зв’язувального компонента на основі ортофосфорної кислоти й сульфату алюмінію, вивчення його будови та фізико-хімічних закономірностей утворення, визначення властивостей структурованих сумішей для потреб ливарного виробництва.


Методика. У роботі проводили рентгенофазовий якісний і кількісний аналіз на установці «Rigaku Ultima IV», диференційний термічний аналіз – на синхронному термічному аналізаторі «STA 449 C Jupiter». У роботі використовували ортофосфорну кислоту технічну термічну 85 % концентрації, 18-водний сульфат алюмінію Al2(SO4)· 18H2O технічної чистоти та кварцовий пісок марки 3К5О3025. Міцність стрижневих сумішей визначали на установці УС-700 на стандартних циліндричних зразках діаметром і висотою по 50 мм. Шорсткість литих поверхонь визначали на профілометрі мод. 107622 з комп’ютерною обробкою отриманих даних і побудовою профілограм. Для визначення схильності стрижневих сумішей до утворення пригару використовували зразок шестикутника за методикою М. Федорова. Вибиваємість визначали на стандартних циліндричних зразках діаметром і висотою по 50 мм за оригінальною методикою, описаною в тексті статті.



Результати. Уперше досліджено механізм утворення фосфатів алюмінію із зв’язувальними властивостями під час взаємодії кристалогідратного сульфату алюмінію Al2(SO4)· 18H2O з ортофосфорною кислотою в інтервалі температур 100–200 °С. Доведено утворення при нагріванні проміжної фази – гідроксиду алюмінію Al(ОН)3, який, на відміну від його сульфату, за результатами термодинамічного аналізу здатен взаємодіяти з кислотою. Установлено утворення в системі орто- та метафосфату алюмінію, що наділені зв’язувальними властивостями й забезпечують високу міцність зразків на основі кварцового наповнювача. Досліджені термічні перетворення отриманого зв’язувального компонента, що складається із поєднання фосфатів алюмінію з його залишковим сульфатом. Зафіксовані стадії поступового розпаду кристалогідратів, утворення нових фосфатів алюмінію й термічного розпаду залишкового сульфату. Визначена схильність до пригару й вибиваємість розроблених стрижневих сумішей.


Наукова новизна. Уперше розроблено опис механізму утворення фосфатів алюмінію зі зв’язувальними властивостями під час взаємодії його сірчанокислого кристалогідрату Al2(SO4)· 18H2O з ортофосфорною кислотою в інтервалі температур 100–200 °С.


Практична значимість. Отримано новий для ливарного виробництва неорганічний зв’язувальний компонент із ортофосфорної кислоти та 18-водного сульфату алюмінію. Схема його приготування передбачає попереднє змішування й нагрівання вказаних реагентів з утворенням у підсумку сухого порошкового матеріалу, що складається із фосфатів і залишкового сульфату алюмінію, а тому його названо фосфосульфатним. Зв’язувальний компонент має тривалий термін придатності, уводиться до складу суміші в уже готовому вигляді, а технологія його виготовлення менш енергоємна та тривала в порівнянні із приготуванням традиційних металофосфатних зв’язувальних компонентів.


Ключові слова: зв’язувальний компонент, ливарний стрижень, ортофосфорна кислота, сульфат алюмінію, термогравіметричний аналіз, фазовий аналіз, фосфат алюмінію

References.


1. Fesenko, M. A., & Fesenko, A. M. (2020). In-Mould Graphitizing, Spheroidizing, and Carbide Stabilizing Inoculation of Cast Iron Melt. Progress in Physics of Metals, 1, 83-101. https://doi.org/10.15407/ufm.21.01.083.

2. Fesenko, M. A., Kosyachkov, V. A., Fesenko, A. N., & Fesenko, E. V. (2014). Obtaining two-layer and two-sided cast-iron olives by the method of in-mould modification of the melt. Visnik DDMA, 1(32), 149-152.

3. Hryhoriev, S., Petryshchev, A., Belokon’, K., Krupey, K., Yamshinskij, M., Fedorov, G., …, & Savvin, A. (2018). Determining the physical-chemical characteristics of the carbon-thermal reduction of scale of tungsten high-speed steels. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2/6(92), 10-15. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.125988.

4. Hryhoriev, S., Petryshchev, A., Yamshinskij, M., Shyshkanova, G., Yakimtsov, Yu., Zhuravel, S., …, & Goliev, Ye. (2017). Study into properties of the resource-saving chromium-containing briquetted alloying additive from ore raw materials. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4/12(88), 38-43. https://doi.org/10.15587/ 1729-4061.2017.108191.

5. Klochikhin, V., & Naumyk, V. (2019). Improvement of technological processes obtaining a heat-resistant nickel alloys for turbine blades using foundry return. Materials science and technology, 1454-1458. https://doi.org/10.74 49/2019/MST_2019_1454_1458.

6. Grimzin, I., Ponomarenko, O., Marynenko, D., Yevtushenko, N., & Berlizeva, T. (2020). The Technological Process of Obtaining Sand-Plaster Molds for Complex Thin-Walled Aluminum Castings. In Tonkonogyi, V. (Ed.). Advanced Manufacturing Processes. Lecture Notes in Mechanical Engineering, (pp. 405-414). InterPartner 2019. https://doi.org/10.1007/978-3-030-40724-7_ 41.

7. Ponomarenko, O., Berlizeva, T., Grimzin, I., Yevtushenko, N., & Lysenko, T. (2020) Strength Properties Control of Mixtures Based on Soluble Glass with Ethereos Solidifiers. In Ivanov, V., Trojanowska, J., Pavlenko, I., Zajac, J., & Peraković, D. (Eds.). Advances in Design, Simulation and Manufacturing III. DSMIE, 511-521. Lecture Notes in Mechanical Engineering. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-030-50794-7_50.

8. Mimboe, A. G., Abo, M. T., Djobo, J. N. Y., Tome, S., Kaze, R. C., & Deutou, J. G. N. (2020). Lateritic soil based-compressed earth bricks stabilized with phosphate binder. Journal of Building Engineering, 31, 101465. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2020.101465.

9. Li, Ya., Chen, L., Hong, L., Ran, K., Zhan, Yo., & Chen, Q. (2019). Fabrication of porous silicon carbide ceramics at low temperature using aluminum dihydrogen phosphate as binder. Journal of Alloys and Compounds, 785, 838-845. https://doi.org/10.1016/j. jallcom.2019.01.114.

10. Abyzov, V. A. (2017). Refractory Cellular Concrete Based on Phosphate Binder from Waste of Production and Recycling of Aluminum. Procedia Engineering, 206, 783-789. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.10.551.

11. Abyzov, V. A. (2016), Lightweight Refractory Concrete Based on Aluminum-Magnesium-Phosphate Binder. Procedia Engineering, 150, 1440-1445. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2016.07.077.

12. Chavda, M. A., Bernal, S. A., Apperley, D. C., Kinoshita, H., & Provis, J. L. (2015). Identification of the hydrate gel phases present in phosphate-modified calcium aluminate binders, Cement and Concrete Research, 70, 21-28. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2015.01.007.

13. Osipenko, I. A., & Repyakh, S. I. (2020). The use of finely dispersed silicon-containing material for dry gas cleaning of ferroalloy production in molding sands. Vesnik KGIU, 4(31), 36-41.

14. Osipenko, I. A., Isagulov, A. Z., & Repyakh, S. I. (2021). Cold hardening mixture for molds and cores. Liteynoye proizvodstvo, 6, 18-21.

15. Osypenko, I. O., Solonenko, L. I., & Bilyy, O. P. (2018). Systematic use of man-made dust in the composition of phosphate cold-curing mixtures. Systemni tekhnolohiyi, 5(118), 97-104. Retrieved from http://dspace.opu.ua/jspui/handle/123456789/8562.

16. Illarionov, I. E., Strelnikov, I. A., & Petrova, N. V. (2012). Metal-phosphate binders and mixtures, features of their curing. Vestnik ChGPU im. I. Ya. Yakovleva, 4(76), part 2, 79-85.

17. Volochko, A. T. (2013). Synthesis of refractory ceramics based on a phosphate binder and multicomponent oxide systems. Viesci nacyjanaĺnaj akademii navuk Bielarusi. Sieryja fizika-technichnych navuk, 2, 33-40.

18. Yang, Ya. (2017). Preparation method of modified heat-hardened phosphate cast sand mold. (Patent of China No. 106734858 (A)). The State Intellectual Property Office of People’s Republic of China.

19. Gil, J. Ye., Hee, K. E., Kwan, W. T., & Hyun, L. J. (2018). Method for preparing casting mold with high strength using ternary inorganic binder. (Patent of Korea No. 20180017400 (A)). Korean Intellectual Property Office.

20. Alferyev, S. D., & Polyakov, V. A. (2014). Thermoinsulative and thermocon-ductive concretes based on an aluminophosphate binder (variants). (U.S. Patent No. 2014175323 (A1)). U.S. Patent and Trademark Office.

21. Site about chemistry (2008–2022). Thermodynamic properties of substances. Retrieved from http://www.Xumuk.ru/tdsv_poisk/search.php.

 

Наступні статті з поточного розділу:

Попередні статті з поточного розділу:

Відвідувачі

5028198
Сьогодні
За місяць
Всього
1306
46913
5028198

Гостьова книга

Якщо у вас є питання, побажання або пропозиції, ви можете написати їх у нашій «Гостьовій книзі»

Реєстраційні дані

ISSN (print) 2071-2227,
ISSN (online) 2223-2362.
Журнал зареєстровано у Міністерстві юстиції України.
Реєстраційний номер КВ № 17742-6592ПР від 27.04.2011.

Контакти

49005, м. Дніпро, пр. Д. Яворницького, 19, корп. 3, к. 24 а
Тел.: +38 (056) 746 32 79.
e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.
Ви тут: Головна Авторам і читачам умови передплати UkrCat Архів журналу 2022 Зміст №4 2022 Синтез фосфосульфатної речовини та властивості її структурованої суміші із кварцовим піском