Введение к работе
им j
Актуальность темы. Периклаз (плавленый оксид- магния) и изделия на его основе находят широкое примение в различных отраслях промышленности. Периклаз применяют как высокотемпературный диэлектрик в различных электронагревателях, в том числе в ТЭ-Нах, КСД-генераторах, защитных чехлах для термопар и др. Он используется в покрытиях, защищающих материал от коррозии, перегрева, для теплозащиты различной аппаратуры. Прозрачная периклазовая керамика перспективна для использования в качестве оптических элементов, линз в высокотемпературных микроскопах, лазерах и др. Периклаз широко используется в огнеупорной промышленности.
Расширение областей применения периклаза в свою очередь связано с повышением требований, предъявляемых к качеству периклаза. Одним из главных критериев качества периклаза является содержание MgO и примесей. Особенно'высокие требования предъявляются к химическому составу электротехнического периклаза, используемого в качестве высокотемпературного изолятора: согласно ГОСТ 13236-88 содержание основного" компонента MgO для высшего класса должно составлять не менее 97мас. %. Наличие примесей в периклазе является одним из факторов, отрицательно влияющих на его электроизоляционные свойства. Это влияние заключается в том, что минералы-примеси, имеющие более низкое электросопротивление, чем собственно периклаз, обуславливают его поверхностную проводимость: ток течет по включениям и межзерновым пленкам.остаточного состава (Самохвалов, 1982). При высоких температурах примеси усиливают объемную проводимость периклаза (Будников,1974, Аветиков.1973, Бабин,1979). В то же время, несмотря на большое количество исследований, некоторые вопросы о формах нахождения примесей, их распределении в периклазе изучены недостаточно, по ряду вопросов отсутствуют какие-либо экспериментальные данные. Все сказанное подчеркивает актуальность изучения примесей в периклазе.
Цель работы заключалась во всестороннем изучении периклаза комплексом методов для выявления условий образования, форм нахождения и распределения примесей и использовании экспериментальных данных для улучшения качества периклаза. Для этого были
решены следующие задачи: 1) проведено детальное изучение расп-.лавных включений в периклазе; 2) изучены формы нахождения углеводы в периклазе. Изучена кинетика выделения летучих- компонентов (CO^.HjO.CO) в интервале температур до 1000вС, установлены их источники.
Показано, что примеси активируют поверхность периклаза, на которой идут как процессы хемосорбции, так и каталитический синтез углеводородов и химические реакции с участием графита, карбидов в расплавных включениях.
Полученные экспериментальные данные имеют значение для познания физико-химических процессов, протекающих при плавке и кристаллизации периклаза, и необходимые для создания физико-химической модели формирования блока
Самостоятельное научное значение имеют результаты изучения влияния термообработки в разных средах и промывки в воде периклаза на состав и количество выделяющихся из него газов. Показано, что в большей степени сорбционную активность поверхности периклаза уменьшает промывка в воде, следующий по эффективности - отжиг в атмосфере кислорода.
Выявлены факторы, влияюшде на электроизоляционные свойства периклаза.
Практическое значение. Полученные ' данные показывают возможность использования расплавных включений в качестве микромодели, на которой можно прослеживать влияние тех или иных добавок, вводимых в процессе плавки в расплав с целью улучшения качества периклаза. Более того, используя полученные данные о химическом составе расплавных включений и Р-Т условиях их консервации, можно целенаправленно вводить такие добавки, которые будут образовывать в расплавных включениях фазы, обладающие повышенным электросопротивлением.
Обнаружение металлического железа в расплавных включениях также представляет практический интерес: создавая условия, при которых железо максимально переходит в металлическое, можно добиться более полной очистки периклаза от железа при последующей магнитной сепарации.
Полученные при изучении расплавных включений данные показывают необходимость разработки индивидуальных технологических режимов плавки сырья разных сортов;' особенно это касается сырья низших сортов, при плавке- которых образуются более крупные
рода и воды; 3) изучена кинетика выделения летучих компонентов из периклаза; 4) установлены источники летучих компонентов; 5) выявлены факторы, 'влияющие на электроизоляционные свойства периклаза.
Основные защищаемые положения и выводы
-
Доказано, что как главные, так и второстепенные катионные примеси в периклазе концентрируются в расплавных включениях и межзернозых пленках остаточного расплава; матрица не содержит примеси либо содержит их в минимальных количествах, металлическое железо также концентрируется в расплавных включениях.
-
Установлено, что в периклазе углерод присутствует в нескольких формах: СОг в составе газовых включений и газовых пузырьков "усадки" расплавных включений; карбиды в расплавных включениях; графит на поверхности и в расплавных включениях; поверхностные предельные, непредельные углеводороды и продукты их окисления; поверхностные карбонатные соединения; растворенный, в решетке периклаза элементарный углерод. Установлены две формы присутствия воды:_ брусит Mg(0H)2 и V(0H)a - центры.
-
Обнаружена чрезвычайно высокая каталитическая активность поверхности периклаза, на которой идут как процессы хеш-сорбции, так и каталитический синтез углеводородов и химические реакции с участием графита, карбидов в расплавных' включениях.
-
Установлена обратная зависимость электрического сопротивления периклаза от числа расплавных включений, содержания углерода и хрома в нем.
Научная новизна Впервые установлены, детально изучены и классифицированы расплавные включения в периклазе. Изучены формы нахождения катионных примесей и их распределение в периклазе. Обнаружены элементы-примеси La, Sc, Sm, Ей, ранее не установленные в отечественном периклазе. Проведено прямое определение химических составов расплавных включений и матрицы. Доказано, что катионные примеси концентрируются в основном в расплавных включениях. Предложен механизм образования расплавных включений.
Впервые установлены и изучены формы нахождения углерода и
расшивные включения. Для отгонки последних в краевые зоны блока требуются замедленные режимы плавки и кристаллизации.
Данные изучения газовыделения из периклааа можно использовать для оптимизации режимов термообработки-порошков периклаза.
Результаты могут быть полезны для разбраковки периклаза на стадии разделки блоков.
Проведенные исследования показывают новые возможности для решения вопросов технической минералогии, связанных с синтезом минералов.
Фактическую основу работы составляют результаты 1200 .анализов, проведенных различными методами.
Апробация работы.' Результаты проведенных исследований докладывались: на научно-техническом семинаре, лаборатории электротехнического периклаза Восточного института огнеупоров (Свердловск/1991) , на научно-техническом совещании "Срстояние, проблемы и перспектива разработок и производства электротехнического периклаза" (Свердловск, 199.. По теме диссертации.опубликовано 5 работ (.4 работы находятся в печати).
Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, содержит 85 стр. машинописного текста, 30 рисунков, 40 фотографий, 17 таблиц, список литературы из.135 наименований:
Автор признателен, д. г. -м. н. . Ю. А. Долгову и к. г. -м.н. А. А. Томиленко за научное руководство,'.д. г. -м.н. R В. Белинскому, кандидатам г.-м. н. И. Т.. Бакуменко, Е Е Осоргину и к. х. н. В. П. Жеребу (Институт химии, г. Красноярск) за обсуждение работы и консультации. Хочу поблагодарить за помощь в проведении исследований и обсуждение полученных результатов к. ф. -м. н. В. Ё. Истомина, 0. А.. Козьменко, Т. И. Курдину, С. Е Летова, к. г. -м. н. Е А, Пальчик, к.г.-M.H. Л. Е Поспелову, к. г. -м.н. И. И. Федорова, Е. Е Федорову, к. ф. -м. н. Е. С. Флициян, к. г. -м. н. Е А. Щугурову. Хочется также поблагодарить за помощь, оказанную на различных этапах работы Л. А. Егорову, Л. Е Фомину, Л. А. Шэхонову.
