Спосіб одержання графіту, що терморозширюється

Спосіб одержання графіту, що терморозширюється, який містить послідовну обробку природного лускатого графіту концентрованим водним розчином кисневмісної неорганічної сполуки хроMy(VI) концентрованою сірчаною кислотою та порошком сухого нейтралізуючого агента, який відрізняється тим, що як вказану кисневмісну неорганічну сполуку хрому(\/І) використовують біхромат натрію цьованого штеркалюючого розчину та обробку (насичення) окисленого графіту газуватим аміаком до припинення його поглинання [1] Кінцевий продукт, який утворюється при реалізації відомого способу [1], є бісульфатом графіту, частки якого капсульовано у оболонці з сульфату амонію Одержуваний за відомим способом [1] капсульований бісульфат графіту є здатним до ефективного терморозширення при нагріванні (у температурному діапазоні 1000 - 2000°С) з утворенням спученого графіту Особливістю відомого способу [1], яка вигідно відрізняє його від традиційних технологій одержання сполук на основі бісульфату графіту, які спучуються при нагріванні [2], є відсутність стадій промивки окисленого графіту водою та сушки промитого водою окисленого графіту Наслідком цього є виключення утворення кислотних промивних вод, тобто не виникає потрібність їх утилізації Однак відомому способу [1] притаманний ряд істотних недоліків - висока тривалість стадії обробки графіту штеркалюючим розчином, - використання для окислення графіту великого надлишку інтеркалюючого розчину (суміші концентрованої сірчаної та азотної кислот), - наявність технологічної стадії відділення графіту від відпрацьованого інтеркалюючого розчину, - накопичення великої КІЛЬКОСТІ відпрацьованого інтеркалюючого розчину, який потребує утилізації Найбільш близьким до рішення, що заявля ю 49454 ється, по технічній сутності і результату, що досягається, є спосіб одержання графіту, що терморозширюється [3], обраний нами в якості прототипу Спосіб-прототип [3] включає послідовну обробку порошку природного лускатого графіту концентрованим водяним розчином кисеньвмісної неорганічної сполуки хрому (VI), у якості якої використовують водяній розчин хромового ангідриду з концентрацією 50%мас у КІЛЬКОСТІ 55СМ на 1кг вихідного графіту, концентрованою сірчаною кислотою у КІЛЬКОСТІ 210см3 на 1кг вихідного графіту та порошком сухого нейтралізуючого агента У якості сухого нейтралізуючого агента використовують порошок магнезитовий каустичний марок ПМК у КІЛЬКОСТІ 420г на 1кг вихідного графіту Обробку графіту водяним розчином хромового ангідриду ведуть протягом Юхв, обробку реакційної маси концентрованою сірчаною кислотою - Юхв , а сухим нейтралізуючим агентом - 15хв Таким чином, тривалість обробки графіту штеркалюючим розчином за способом-прототипом [3] становить 20хв проти бОхв за відомим способом [1] Істотною ВІДМІНОЮ способу-прототипу [3] від відомого способу [1] є здійснення стадії обробки графіту штеркалюючим розчином при відсутності у реакційній масі вільної рідкої фази Інтеркалюючий розчин, який додається до графіту, використовують у такій КІЛЬКОСТІ, яка забезпечує його повне утримання на поверхні часток графіту Це виключає з технологічної схеми процесу стадію відділення відпрацьованого штеркалюючого розчину від окисленого графіту та як наслідок, стадію утилізації цього розчину Спосіб-прототип [3] є високоекономічним та високотехнолопчним і може бути реалізованим у одному реакторі Процес синтезу графіту, що терморозширюється, за способомпрототипом [3] від моменту початку подачі у реактор першого компоненту штеркалюючого розчину до початку вивантаження кінцевого продукту триває усього 35хв Окрім того, при реалізації способу-прототипу [3] повністю відсутні рідкі відходи й, як наслідок, проблеми, пов'язані з їх утилізацією Реалізація способу-прототипу [3] забезпечує одержання графіту, що терморозширюється (спучується), з коефіцієнтом спучення при 900°С в ударному режимі нагрівання (Кс900) на рівні 60 70см3/г, що є достатнім для використання цього продукту у складі екзотермічних протиусадкових сумішей типу «Ферракс» [4 - 6] Однак спосібпрототип [3] має ряд недоліків Істотним недоліком способу-прототипу [3] є те, що він передбачає використання у якості реагенту для окислення графіту концентрованого водяного розчину хромового ангідриду - кисеньвмісної неорганічної сполуки хрому(УІ) Хромовий ангідрид та його водяні розчини є надзвичайно сильними та небезпечними у поводженні окислювачами При попаданні на шкіру людини хромовий ангідрид та його водяні концентровані розчини викликають тяжкіХІМІЧНІ опіки, а їх попадання в очі звичайно веде до втрати зору Контакт хромового ангідриду та його концентрованих розчинів з органічними сполуками - відновниками (папером, деревиною, тканинами різних типів, мастильними матеріалами) викликає їх окислення та запалювання Таким чином, концентрований водяний розчин хромового ангідриду є дуже небезпечним у поводженні реагентом і при роботі з ним треба додержуватись спеціальних заходів безпеки Окрім того, концентровані водяні розчини хромового ангідриду є дуже корозійноактивними, що веде до швидкого виведення з ладу технологічного обладнання, яке використовують для одержання вказаних розчинів, їх зберігання та транспортування Окрім цього, хромовий ангідрид є коштовним реагентом, що обумовлює високу собівартість кінцевого продукту, який одержують при його використанні за відомим способом-прототипом [3] В основу винаходу покладено задачі підвищення рівня безпеки виробництва, поліпшення умов праці та зниження собівартості продукту при одночасному збереженні високої технологічності та якості продукту, притаманних способупрототипу [3] Під ВИСОКОЮ ЯКІСТЮ продукту ми по перед усе розуміємо високе значення параметру Кс °° - не менш ніж 60см3/г Усі задачі, поставлені у способі, що пропонується, вирішуються за рахунок того, що, на відміну від відомого способу-прототипу [3], який містить послідовну обробку порошку природного лускатого графіту протягом Юхв водяним розчином хромового ангідриду з концентрацією 50%мас у КІЛЬКОСТІ 55см3 на 1кг вихідного графіту, концентрованою сірчаною кислотою у КІЛЬКОСТІ 210СМ 3 на 1кг вихідного графіту протягом Юхв та порошком магнезитовим каустичним у КІЛЬКОСТІ 420Г на 1кг вихідного графіту протягом 15хв, замість хромового ангідриду для окислення графіту використовують водяний розчин натрію двохромовокислого (біхромату натрію) з концентрацією, близькою до концентрації насиченого водяного розчину Істотною ВІДМІНОЮ способу, що заявляється, від способу-прототипу [3] є використання для окислення графіту замість концентрованого водяного розчину хромового ангідриду більш безпечного, більш дешевого та менш корозійноактивного водяного розчину біхромату натрію Реалізація пропонованого способу дозволяє одержувати кінцевий продукт, який характеризується значеннями коефіцієнту спучення (Кс) при нагріванні при 900°С у режимі теплового удару не менш ніж 60см3/г, що забезпечує досягнення технічного ефекту винаходу по вказаному параметру Досягнення технічного ефекту винаходу, що заявляється, також забезпечується й по параметрам збереження високої технологічності та економічності, яки притаманні способу-прототипу змінюється лише природа окислювача, який використовують, але витрати реагентів, КІЛЬКІСТЬ технологічних стадій, їх тривалість та ПОСЛІДОВНІСТЬ зберігається Досягнення технічного ефекту винаходу, що заявляється, також забезпечується й по параметру підвищення рівня безпеки та поліпшення умов праці при його реалізації за рахунок використання у якості окислювача замість небезпечного та корозійноактивного концентрованого водяного розчину хромового ангідриду менш небезпечного та менш корозійноактивного водяного розчину біхромату натрію На відміну від концентрованих водяних розчинів хромового ангідриду, контактування концентрованих водяних розчинів біхромату натрію зі шкірою людини не викликає II 49454 ХІМІЧНИХ ОПІКІВ, а їх контакт з органічними сполуками - відновниками (папером, деревиною, тканинами різних типів, мастильними матеріалами) не викликає запалювання останніх Використання у якості окислювача у способі, що заявляється, біхромату натрію, який є більш дешевим у порівнянні з хромовим ангідридом (мінімум у 2,5 рази), забезпечує досягнення технічного ефекту пропонованого способу й за параметром зниження собівартості одержуваного графіту, щотерморозширюється Для реалізації пропонованого способу використовували природний лускатий графіт марки ГТ-1 за Держстандартом СРСР 4596-75 виробництва Завал'євського графітового комбінату (Україна), концентровану сірчану кислоту кваліфікації «хч» з концентрацією 95,8%мас (d = 1,835г/см3) за Держстандартом СРСР 4204-77, натрій двохромовокислий (біхромат натрію) кваліфікації «технічний» за Держстандартом СРСР 2651-78 Водяні розчини біхромату натрію з концентрацією 67,7%мас (d = 1,65г/см3) готували шляхом розчинення наважок біхромату натрію у дистильованої воді Використовували порошок магнезитовий каустичний марки ПМК-83 за Держстандартом СРСР 1216-87, який попередньо просіювали крізь сито з розміром отворів 0,1мм При реалізації способу-прототипу [3] використовували водяний розчин хромового ангідриду з концентрацією 50%мас (d = 1,5г/см3), який готували шляхом розчинення наважок хромового ангідриду технічного марки А за Держстандартом СРСР 2548-77 у дистильованої воді Для синтезу графіту, що терморозширюється, за пропонованим способом та за способомпрототипом [3] використовували циліндричний горизонтальний реактор МІСТКІСТЮ 200ДМ , який було виготовлено з нержавіючої сталі та обладнано багатолопатевою мішалкою, що обертається зі швидкістю (100 ± 10)хв 1 Для охолодження реактору використовували воду з мережі побутового водопостачання Коефіцієнт спучення (параметр Кс900) кінцевого продукту визначали у режимі теплового удару при температурі 900°С наступним чином У розігріту до температури 900°С муфельну піч (СНОЛ 1,6 2,5 1/9-13) встановлювали кювету з нержавіючої сталі МІСТКІСТЮ 150см3 Наважку продукту масою m = (0,4 - 0,6)г вносили у розігріту кювету, встановлену у печі, й тримали там до повного спучення протягом 60с У результаті нагрівання у режимі теплового удару відбувалося спучення продукту Кювету з одержаним спученим графітом виймали з печі, обережно переносили и вміст у вимірювальний скляний циліндр й визначали об'єм (V, см3), зайнятий спученим графітом Значення коефіцієнту спучення Кс (см3/г) визначали з співвідношення Кс = V / m як середнє арифметичне з трьох паралельних вимірювань Допустима розбіжність між паралельними визначаннями становила 5% Винахід далі ілюструється прикладами Приклад 1 (порівняльний, за способомпрототипом [3]) У горизонтальний реактор, що охолоджується водою, завантажують 50кг природного графіту, вмикають перемішування та додають 2,75дм3 водяного розчину хромового ангідриду з густиною 1,5г/см Через Юхв у реакційну масу додають 10,5дм3 концентрованої сірчаної кислоти та продовжують перемішування протягом ще Юхв Опісля завершення обробки реакційної маси сірчаною кислотою в реактор додають 21кг порошку магнезитового каустичного двома порціями Спочатку додають першу порцію магнезиту у КІЛЬКОСТІ 10,5кг, а через 5хв його залишок у КІЛЬКОСТІ 10,5кг Сумарна тривалість обробки реакційної маси порошком магнезиту становить 15хв Опісля завершення обробки реакційної маси порошком магнезиту перемішування зупиняють та вивантажують кінцевий продукт з реактору Сумарна тривалість синтезу графіту, що терморозширюється, становить 35хв Одержуваний кінцевий продукт має значення коефіцієнту спучення при 900°С у режимі теплово.,900 7 Г 1 З, го удару Кс = 70см /г Приклад 2 У горизонтальний реактор, що охолоджується водою, завантажують 50кг природного графіту, вмикають перемішування та додають 2,75дм3 водяного розчину натрію двохромовокислого з густи3 ною 1,65г/см Через Юхв у реакційну масу дода3 ють 10,5дм концентрованої сірчаної кислоти та продовжують перемішування протягом ще Юхв Опісля завершення обробки реакційної маси сірчаною кислотою в реактор додають 21кг порошку магнезитового каустичного двома порціями Спочатку додають першу порцію магнезиту у КІЛЬКОСТІ 10,5кг, а через 5хв його залишок у КІЛЬКОСТІ 10,5кг Сумарна тривалість обробки реакційної маси порошком магнезиту становить 15хв Опісля завершення обробки реакційної маси порошком магнезиту перемішування зупиняють та вивантажують кінцевий продукт з реактору Сумарна тривалість синтезу графіту, що терморозширюється, становить 35хв Одержуваний кінцевий продукт має значення коефіцієнту спучення при 900°С у режимі теплового удару Кс900 = 74см3/г Порівняння даних, які наведено у прикладах 1 та 2, показує , що використання у якості окислювача водяного концентрованого розчину біхромату натрію замість водяного концентрованого розчину хромового ангідриду дозволяє одержувати графіт, що терморозширюється, з коефіцієнтом спучення при 900°С в ударному режимі нагрівання не нижче чим 60см3/г при одночасному збереженні високої технологічності способу-прототипу [3] Джерела інформації 1 А с 1657473 СССР, МПК5 С01В31/04 Способ получения термически расширенного графита/ Г И Тительман, Д М Бочкис, Э В Горожанкин и др - Заявл 1107 88, №4458643/26, Опубл 23 06 91 Бюл №23 2 Ярошенко А П , Попов А Ф , Шапранов В В Технологические аспекты синтеза солей графита/ /Журн прикл химии - 1994 - Т 67, №2 - С 204 211 3 Получение вермикулярного графита/ В В Шапранов, А П Ярошенко, В А Кучеренко, В А Шабловский/ /Химия твердого топлива - 1989, №1 С 128-130 (Прототип) 4 Вермикулярный графит для экзотермических противоусадочных смесей/ А П Ярошенко, В А 7 49454 Шабловский, В В Шапранов, И В Домарев, В А Кучеренко, В И Медведенко//Черная металлургия (Бюл науч -техн инф) -1989, №1 - С 57 5 Применение эффективных экзотермических смесей при разливке спокойной стали на крупные листовые слитки/Е А Подгородецкий, В А Митько, В А Алексеенко, О А Сидоренко, В Ф Поля 8 ков, В Я Миневич/ /Черная металлургия (Бюл науч -техн инф) -1989, №3 - С 59 - 60 6 Шабловский В А, Поляков ВФ Разработка рациональных составов эффективных экзотермических смесей - М Ин-т «Черметинформация», 1991 -14с (Препринт, ISBN 5-85450-024-8) ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044)456-20 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71