Меню Рубрики

Установки производства углеродного материала

Николай Леонидович Егин —
изобретатель и рационализатор

Данный сайт был создан при жизни Николая Егина с целью привлечения предприятий и организаций заинтересованных во внедрении и производстве продукции на основе авторских разработок Николая Леонидовича Егина

Ознакомьтесь с публикациями об изобретениях Николая Егина. Статьи разбиты в группы по отраслям:

Транспорт Новые технологии Сельское хозяйство Нефтепродукты Промышленность
Медицина Офисная и бытовая техника Строительство Энергетика Экология

Памяти Николая Егина

Автор работал и проживал в г. Рязань.

Вы можете ознакомиться с изобретениями Николая Егина
Данный сайт остается как память об изобретателе

Установка для производства углеродно-волокнистых структур — углеродных волокон / сорбентов

На сайте изобретателя Николая Егина представлено много изобретений. Значительная часть этих изобретений базируется на уникальных свойствах углеродно-волокнистых структур (УВС). На основе этого материала можно создать целые отрасли производства товаров и технологий с новыми свойствами.

Максимально развитая активная поверхность при небольших геометрических размерах, электропроводность, термостойкость, химическая нейтральность и долговечность делают УВС не заменимыми в создании эффективных фильтров воздуха и газов, питьевой воды, масел, топлива, спиртов и других жидкостей. Экономичные и долговечных обогреватели, электролизеры для получения кислорода и водорода, а также для выделения цветных и драгоценных металлов из промышленных стоков. Изделия из углеродно-волокнистых структур (УВС) могут использоваться в различных отраслях — в медицине, животноводстве, пчело-водстве, на транспорте. Такой универсальный материал просто находка для инициативных предпринимателей среднею и малого бизнеса!

Правда, до сих пор существует проблема с его приобретением. Опытные образцы новых изделии можно сделать на покупных УВС, производимых на некоторых предприятиях ВПК. Однако затем неизбежно возникает вопрос а возможностях получения материала на месте, поскольку транспортные расходы на существенно превышать стоимость углеродного материала.

Два варианта малогабаритных установок для производства УВС в небольших мастерских разработаны Николаем Егиным как раз с учётом технических и финансовых возможностей предприятий малого и среднего бизнеса:

  1. «ПУРГА-2» — подготовитель углерода-графита на базе муфельной печи с производительностью да 2 кг за смену — размещается на обычном столе среднего размера.
  2. «ПУМА-20» — подготовитель углеродных материалов на базе СВЧ или индукционной печи. Она размещается в шкафу 0,5 х 0,5 х 1,5м и производит уже до 20 кг Углеродного волокна за смену.

Поскольку сырьем служит органика определенного состава (ноу-хау), то проблем с приобретением по низким ценам не возникнет ни в одном регионе России. Исходный материал в виде ленты наматывают на бобину лентопротяжного механизма. Для этого, например, отлично подойдет чудом сохранившийся старый катушечный магнитофон. Ленту из органики протягиваю через печь, прогретую до 200 0 С. В печи происходит сушка и усадка сырья, стабилизируется его механические и химические параметры. Затем печь прогревают до 910 0 С и ленту вновь протягивают через нее с определенной скоростью в газовой среде заданного состава (ноу-хау). Начинается реакция карбонизации органики. В результате карбонизации образуется чистый, до 99,9%, углерод. Лента чернеет и обретает электропроводности, которая контролируется прибором и зависит от числа прогонов и скорости протяжки. Это особенно удобно для получения, например, нагревательных углеродных лент или отдельных нитей, рассчитанных на различные рабочие напряжения: от 350В для промышленных предприятии до 1,5 — 2В для обогрева одежды и обуви. Технология позволяет варьировать параметры получения различных углеродных войлоков, катодных и анодных пластин фильтров, ионизаторов-озонаторов, электролизеров и других углеродистых материалов с заданными свойствами.

Установка на базе СВЧ или индукционной печи отличается от муфельного варианта не только высокой производительностью, нс и возможностью карбонизации изделий большего сечения с высоким качеством по всему объему. Электрическое поле равномерно разогревает как внешние слои материала, так и внутренние ею структуры, вот почему в производстве мощных нагревательных УВС элементов: электродов, фильтров следует отдавать предпочтение установке «ПУМА-20».

Работа обоих вариантов установок не связана с использованием каких-либо токсичных материалов или газов, не дает ядовитых или горючих выбросов в окружающую среду. Поэтому их можно смонтировать и использовать в любых механических мастерских с применением штатной вытяжной вентиляции.

Стоимость установок по производству углеродного волокна невысока, поскольку они комплектуется только отечественными узлами и деталями. Срок окупаемости — 3-4 месяца даже при мелкосерийном производстве.

Ассортимент выпускаемых углеродных материалов можно значительно расширить, если оснастить предложенные установки иглопробивной машинкой для изготовления нетканых материалов. С ней вы получите уже не только исходный материал в виде углеродной ленты, но и готовые изделия утеплители, фильтры, композиты и подобные материалы. Не лишним в комплекте будет и гранулятор для получения различных сорбентов, для избирательных фильтров, катализаторов.

Для обслуживания установок достаточно всего одного оператора — контролера в соответствии с инструкцией по их монтажу, эксплуатации и технике безопасности.

Питание установок от электрической сети 220/380 В. Потребляемая мощность от 2 до 5 кВт.

Предложенные установки обеспечат углеродными материалами не только собственное производство для малого и среднего бизнеса, но могут стать источником дополнительного дохода при реализации высококачественных углеродных материалов другим организациям и фирмам.

Все представленные на сайте изобретения имеют авторские свидетельства на изобретение, чертежи и конструкторскую документацию. Автор – Николай Егин.

Все материалы опубликованные на сайте предоставлены Николаем Егиным!

Вы в праве копировать их с обязательной ссылкой на сайт изобретателя

Copyright © 2010-2020 Nikolay Egin, All Rights Reserved.
Designed by Aleksey Lattu

источник

Производство углеродных материалов

Характеристика этапов технологии производства углеродных материалов. Особенности ассортимента получаемой продукции, процесс смешивания компонентов и прессование, получение заготовок. Сущность обжига и графитации, области применения углеродных материалов.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Российский химико-технологический университет имени Д. И. Менделеева»

Направление 18.03.01 — «Химическая технология»

Факультет нефтегазохимии и полимерных материалов

Кафедра химической технологии углеродных материалов

«Производство углеродных материалов»

Выполнила: студентка 3 курса, группы П-36

1. Основные этапы технологии производства углеродных материалов (классическая керамическая технология электродного производства). Ассортимент получаемой продукции

2. Смешивание компонентов, прессование. Получение зеленых заготовок

3. Температурная обработка и получение углеродных материалов. Обжиг и графитация

4. Области применения углеродных материалов

1. Основные этапы технологии производства углеродных материалов (классическая керамическая технология электродного производства). Ассортимент получаемой продукции

Изготовление углеродных и графитовых материалов происходит по технологиям, основанным на классических технологиях производства керамики. Исходные материалы — нефтяной кокс, пековый кокс, технический углерод или графит, имеющие определенный гранулометрический состав, смешиваются при повышенных температурах с термопластическими вяжущими веществами. В качестве последних рассматриваются пек каменноугольный или нефтяной и искусственные смолы. Специальные свойства материалам придаются с помощью добавок минерального или металлического порошка. Так, например, при производстве угольных щёток для низковольтных двигателей добавляется медный порошок.

Производство углеродных и графитовых материалов включает следующие этапы:

· Подготовка и смешивание сырья

Подготовка материала и его перемешивание на предприятии «Шунк Углеродная техника» происходит в непрерывном процессе, управляемом компьютером. Гранулометрический состав исходного материала определяется с помощью лазерного дифракционного анализа, частично в режиме онлайн. Процесс перемешивания происходит в двухшнековом экструдере при заданных параметрах, зависящих от количества материала, конфигурации шнеков и температурного профиля.

Читайте также:  Установка патча для сталкер lost alpha

Подготовленные к обработке смеси формуются в формовочных, изостатических или профильных прессах до так называемых «зеленых тел» (заготовок). Процесс фасонной обработки может происходить при нормальной или повышенной температуре; давление пресса может варьировать от 2 до 400 МПа.

В заключение процесса формовки материал обжигается. Процесс обжига, в зависимости от материала, параметров и требуемых свойств, происходит в печи, работающей в непрерывном или прерывистом режиме. Скорость разогрева, максимальная температура (до 1200 °C) и газовая среда печи устанавливаются в зависимости от требований к материалу. Во время обжига происходит пиролиз, расщепляющий вяжущие вещества на летучие компоненты и углерод. Этот, так называемый, «вяжущий кокс» придает целостность сформированным и обожжённым изделиям. После обжига ещё не создана сквозная графитовая структура. Обожжённые изделия хрупкие и, как правило, твёрдые и жёсткие. Во многих случаях, например в подшипниках скольжения, требуются именно такие свойства. Такие материалы называются углеродграфитовыми.

Процесс графитизации — второй этап термообработки при температуре до 3000 °C — придаёт углероду необходимые в различных областях его применения свойства графита. На предприятии «Шунк Углеродная техника» процесс графитизации производится по технологии Ачесона. При этом методе материал помещается между двумя электродами и является сопротивлением во вторичной цепи трансформатора. Материал доводится до температу- ры графитизации с помощью резистивного нагрева. В процессе рекристаллизации формируются большие графитовые участки, придающие материалу свойства графита. Такие электрографиты проявляют хорошие антифрикционные свойства, высокую теплопроводность и улучшенную, в сравнении с не графитизированными материалами, устойчивость к коррозии. Графитовые материалы применяются там, где требуются, по отдельности или в комбинации, хорошие антифрикционные свойства, высокая химическая устойчивость, стойкость к колебаниям температуры и высокая химическая чистота. Низкочастотные индукционные печи для графитизации и вакуумные печи используются, прежде всего, для производства углеродных материалов на углеродо-волокнистой основе и для создания химически чистых материалов.

· при необходимости, импрегнирование, очистка, нанесение покрытий

В заключение процесса изготовления, для получения специализированных свойств, материалы импрегнируют искусственной смолой, пеком или металлами. Импрегнирование искусственной смолой делает пористые структуры, возникшие в результате пиролиза вяжущих веществ, непроницаемыми для жидкостей и газов. Импрегнирование металлами повышает твёрдость и прочность материалов до показателя 2 — 5.

· Обработка в готовое изделие

Классы искусственно созданных углеродных материалов постоянно расширяются, так как появляются новые отрасли в науке и промышленности, следовательно, конструкторы и технологи предъявляют более жесткие требования к данным материалам.

Развитие авиации и освоение космоса способствовало созданию углеродных волокон, состоящих практически из чистого углерода, обладающих относительно высокой прочностью, хемостойкостью, теплопроводностью и низкой плотностью.

Был создан принципиально новый класс конструкционных материалов — углепластиков —путем введения углеродных волокон в полимерные материалы. Они представляют собой композиционные материалы на основе полимерной матрицы, армированной непрерывными или дискретными углеродными волокнами. Углепластики TENAX квалифицированы для использования в авиалайнерах. Модель лыж от Audi предназначена для того, чтобы оптимизировать маневренность и скорость. Для этого при изготовлении был использован передовой материал — углепластик, благодаря которому лыжи длинной 170 см имеют вес 1550 г, отличающийся от других моделей на целых 200 г.

Углеродные конструкционные материалы (УКМ) отличаются от известных материалов более высокой удельной прочностью и жесткостью. Однако полимерные матрицы обладают низкой термостойкостью.

В последнее время в различных отраслях все чаще используются углерод-углеродные композиционные материалы (УУКМ), содержащие углерод, как в виде наполнителя, так и в виде матричного материала. В УУКМ высокая температурная стойкость сочетается с малой плотностью, высокими прочностью и модулем упругости, стойкостью к тепловому удару. Эти материалы длительно работоспособны при высоких температурах. УУКМ может быть получен либо осаждением пироуглерода на углеродный волокнистый наполнитель, либо поочередно многократной пропиткой углепластика полимерным связующим и высокотемпературной обработкой. УУКМ применяются в авиаcтроении и автомобилестроении: тормозные диски.

К искусственно созданным углеродным материалам относятся: технический углерод (сажа), углеродные сорбенты и синтетические алмазы.

2. Смешивание компонентов, прессование. Получение зеленых заготовок

Важнейший показатель процесса прессования — пластичность. Пластичность — способность массы изменять свою форму под влиянием внешних сил (без образования трещин и разрывов) и сохранять свою форму после снятия нагрузки. Это свойство устанавливается субъективно на основе различных факторов, т. к. пластичность зависит от внешнего и внутреннего трения, упругости материала, адгезионных свойств, температуры и т. д. Пластичность может быть изменена и путем дополнительной обработки массы на бегунах и вальцах. При прессовании совмещаются две операции: формование, т. е. получение изделий определенной формы и размеров, и собственно прессования — уплотнение массы. Метод формования определяет анизотропию структуры, которая оказывает существенное влияние на формирование структуры и свойств технологических процессов спекания и графитации. При повышении давления в прессуемой массе уменьшается расстояние между частицами, образуется и увеличивается напряженная контактная поверхность между частицами и их конгломератами. Прочный блок образуется за счет капиллярных сил сцепления, сил сцепления адсорбционных пленок, а также сил молекулярного притяжения. Общим для всех методов прессования является то, что в определенных условиях под действием внешнего усилия материал подвергается пластической деформации, когда он течет подобно жидкости. Пластичность обусловлена внутренним трением связующего, его свойствами, трением зерен углеродистого материала и т. д. Поэтому качество получаемых формовок зависит от количества связующего, температуры и давления прессования, гранулометрического состава, формы зерен и других факторов. Стадии прессования. К ним относятся: уплотнение, дальнейшее уплотнение с локальной деформацией и разрушением частичек, уплотнение глобально разрушенных частичек, закупоривание воздуха. Максимальная плотность прессования определяется внешним и внутренним трением, упругим последействием после освобождения от давления,56 способностью к разрушению частичек при прессовании и образовании при этом новых контактных поверхностей. Упругое последействие — необратимые изменения контактной поверхности, выражаемые в увеличении размеров формовок по высоте. Оно связано с освобождением сил упругости в прессуемой массе (за время более двух суток). Оно же является причиной растрескивания и расслаивания изделия. Упругое последействие растет с повышением давления прессования, температуры размягчения связующего, дисперсности порошка, скорости прессования. Избежать образования трещин можно при высокой степени однородности прессовки. При производстве углеграфитовых материалов используют два основных метода — прессование в пресс-форму и выдавливанием через мундштук (прошивное прессование). Наиболее распространен второй метод. Кроме того, применяют и метод уплотнения с использованием вибропрессования. Прессование в пресс-форму проводят холодным и горячим способами, а прессование через мундштук — только горячим способом. Холодное прессование используется для однородных тонкодисперсных порошков. Для так называемого «холодного» формования прессованием (при температуре 20—30 °С) готовят специально пресс-порошки — измельченную провальцованную и охлажденную массу. Это значит, что остуженная масса после смешивания вновь измельчается до размеров менее 200 мкм с целью равномерности заполнения всего объема пресс- формы и достижения однородности изделий. Гранулометрический со- став в этом случае имеет определяющее значение. Холодному прессованию подвергают пресс-порошки — массы, охлаждаемые после вальцевания, а часто и после обработки на бегунах. В этом случае давление прессования составляет 120-250 МПа. Холодное прессование дает продукцию с пористостью до 20 % и открытыми порами, что приводит к значительной газо- и водопроницаемости. Горячее прессование имеет ограниченное распространение и используется тогда, когда форма и размеры фасовок соответствуют форме и размерам товарной продукции (аноды для электролиза алюминия, блоки электролизеров и электропечей). Горячее прессование ведут при температуре 70-80 °С, если в качестве связующего используется каменноугольный пек с температурой размягчения около 70 °С. Если же температура размягчения пека выше, повышают и температуру массы. Массу загружают в предварительно разогретые пресс-формы. Прессование в пресс-форму. Данный способ используется для получения конструкционных материалов, щеток для электрических машин и пр., для которых необходима высокая плотность, тонкая однородная структура, полное отсутствие дефектов. К недостаткам способа следует отнести неравномерное распределение давления в прессуемой массе за счет потерь давления на трение о стенки пресс-формы и между частицами самой массы. Вследствие этого появляется разноплотность, которая возрастает с увеличением высоты и уменьшается с увеличением сечения пресс-формы (градиент давления). В связи с этим соотношение высоты блока к диаметру выдерживают не более единицы. При больших соотношениях применяют двухстороннее прессование, вибрацию. По этой причине таким способом нельзя получать формовки сложной формы. На плотность и равномерность формовок оказывает влияние скорость прессования. Снижение скорости прессования (особенно тонкозернистых масс) способствует выравниванию плотности в формовках. Такой же эффект достигается при выдержке формовки при максимальном давлении. Величина давления подбирается опытным путем для каждого изделия. При этом учитывают усадку изделия при обжиге. Чем больше плотность, тем меньше усадка. Прессование осуществляется на гидравлических прессах под давлением 50-70 МПа с выдержкой при максимальном давлении в течение 30-60 с. После снятия давления формовки извлекают из пресс-форм и осторожно транспортируют на склад в специальных вагонетках, т. к. теплые формовки легко подвергаются деформации. Прессование выдавливанием (прошивное прессование) — наиболее распространенный и экономичный способ прессования. Этот процесс осуществляется в открытом с одной стороны цилиндре, заканчивающемся мундштуком, через который под давлением выдавливается прессуемая масса. Форма и размеры мундштука определяются сечением получаемых изделий. Данный метод позволяет получать изделия диаметром от 1-2 до 1200-1500 мм с различной длиной. Длина изделий ограничивается лишь условиями проведения последующих переделов: обжига и графитации. В контейнер загружается масса, которая под действием внешнего давления вначале подпрессовывается — уплотняется при закрытом отверстии мундштука. Подпрессовка не производится лишь при загрузке в контейнер предварительно утрамбованной массы или когда масса трамбуется непосредственно в контейнере. Затем масса выдавливается из контейнера через мундштук. При этом масса дополнительно уплотняется. Таким образом, процесс прессования состоит из двух операций: подпрессовки и собственно прессования (выдавливания). Если в контейнерах масса движется параллельными слоями, то в зоне мундштука происходит значительная ее передвижка, т. к. внешние слои массы проходят больший путь, чем внутренние слои. Эта передвижка тем больше, чем выше коэффициент обжатия, определяемый как отношение площадей сечения контейнера и мундштука. При выдавливании массы и передвижении ее из контейнера в полость мундштука анизотропические углеродистые частицы по наибольшему размеру располагаются параллельно оси мундштука. В отличие от изделий, полученных при прессовании в пресс-форму, изделия, спрессованные методом выдавливания, обладают незначительной разноплотностью. При увеличении коэффициента обжатия разноплотность изделий возрастает. Этим способом можно прессовать лишь горячие массы. Темпера- тура массы должна обеспечивать оптимальную ее пластичность, т. е. давать возможность сильно уплотнять массу при прессовании и получать достаточно прочные спрессованные изделия. Температура массы, поступающей на прессование, зависит от размеров получаемых изделий и температуры размягчения пека — связующего. При температуре размягчения пека около 75 °С для изделий средних размеров температура массы, подаваемой в контейнер пресса, должна быть 87-97 °С. При более высокой температуре из массы начинают выделяться газы, которые усложняют прессование и ухудшают качество изделий. Температура массы повышается, если используются пеки с повышенными темпера- турами размягчения, а также при производстве мелких изделий. Давление прессования определяется качеством массы и температурным режимом (для изделий среднего размера 90-100 °С). Подпрессовка производится при закрытом мундштуке, составляющем не менее 75 % от давления создаваемого прессом, и позволяет максимально уплотнить массу, т. е. давление прессования меньше, чем давление под- прессовки. В зависимости от диаметра изделий давление составляет 7,5-20 МПа. Скорость выдавливания максимальна для мелких изделий. Например, для изделий диаметром 6 мм скорость составляет до 1 м/с, для крупных изделий — 2-3 м/мин. Разнообразные конструкции прессов отличаются друг от друга вспомогательными устройствами, оснасткой и системой управления. В электродной и электроугольной промышленности используются в основном гидравлические прессы: вертикальный пресс с подвижным сто-59 лом для мелких изделий, вертикальный пресс с закрепленной пресс- формой, прессы с вращающимся столом. Прошивные прессы для прессования выдавливанием по конструкции аналогичны прессам для прессования в пресс-форму. Основное отличие заключается в том, что в одной из траверс вместо пресс-формы устанавливается контейнер с мундштуком.

Читайте также:  Установка webasto ssangyong kyron

Перед формованием смесь, составленную из различных твердых компонентов и связующего, смешивают с целью приготовления одно- родной электродной массы. Прежде чем переходить к этапу смешивания, рассмотрим принципы составления рецептур: выбор сырья, подбор гранулометрического состава, выбор связующего. Выбор сырья. Наиболее жесткие требования к материалам предъявляются при производстве графитированных электродов. Применяются малозольные и плотные (низкопористые) углеродистые материалы — нефтяной и пековый кокс. Для получения сырья с высокой плотностью и стабильными свойствами из исходного материала готовят блоки (дробление смешение обжиг), затем эти блоки дробят и получают зерновой материал, который идет на производство графитированных электродов. В производстве угольных изделий (электроды для печей и др.) используются антрациты, обеспечивающие термостойкость, теплопровоность и механическую прочность изделий. Содержание антрацита в смеси составляет около 50 %. Вторым компонентом смеси является тон-49 ко измельченный кокс. Для улучшения формуемости массы в смесь добавляют небольшое количество (до 2 %) графита. Гранулометрический состав. В основе выбора гранулометрического состава лежит принцип максимальной плотности смеси. Оптимальный гранулометрический состав подбирается эмпирически, с помощью аппарата, позволяющего быстро определять насыпные массы для различных комбинаций сыпучих материалов дисперсностью от 25 мм до 0,1 мкм. Часто используют прерывистый гранулометрический состав — мелкие : крупным = 1 : 10, средние фракции отсутствуют. Размер частиц используемого УМ зависит от его свойств и природы, например: антрацита — около 1 мм, графита — меньше 100 мкм. Чем крупнее зерна исходного сырья, тем больше необходимое количество связующего (до 18-25 %). Выбор связующего. Общим требованием при выборе связующего является максимальное содержание свободного углерода (20-28 %), т. к. это приводит к увеличению выхода кокса. Связующее должно пластифицировать формуемую массу. Для этого оно должно обладать высокими смачивающими свойствами и способностью глубоко внедряться в толщу коксовых зерен. Из опыта установлено: чем крупнее по размерам изделие, тем выше требуется температура размягчения связующего. Для регулирования температуры размягчения используют растворители. Для всех видов электроугольных изделий общим требованием является низкая зольность. При производстве металлографитных щеток в смесь добавляют металл: медь, свинец, олово, серебро. Металлы добавляют в виде тонко измельченных порошков. Основная функция металла — проводник тока. Электропроводность меди в 500 раз выше, чем у графита. Смешивание. Основная цель процесса — равномерное распределение компонентов в массе шихты. Вначале смешивают твердые сыпучие компоненты путем многократного пересыпания порошкообразных материалов в смесителях без добавления связующего, т. к. добавление связующее снижает подвижность частиц в смеси. Затем продолжается перемешивание со связующим. При этом массы должны быть нагреты выше температуры плавления связующего на 50-70 °С для увеличения подвижности и снижения вязкости. В этих условиях связующее обладает наилучшими смачивающими свойствами. При более высоких температурах усиливается окисление соединений, входящих в состав каменноугольного пека, и соответственно снижается пластичность массы. Смачивание поверхности зерен происходит за счет адгезии связующего, а также адсорбции его на поверхности зерен. Наибольшей сорбционной способностью обладают тяжелые высокомолекулярные соединения связующего материала. Количество сорбированного связующего зависит от удельной поверхности сыпучего материала. Так, шихта, составленная из пористого нефтяного кокса, сорбирует до 15 % каменноугольного пека, введенного в шихту. Смачиваемость оказывает влияние на пластифицирующие способности связующего, а также способствует образованию коксовой связки твердых зерен при обжиге. Густые и вязкие массы смешивают двумя способами: делением; вминанием (без разрыва). Оценка качества смешивания — довольно сложная задача. Часто пользуются методом отбора проб с последующим анализом какой-либо наиболее важной характеристики (химический анализ, пластичность, плотность, цвет, электрические свойства и т. д.). В данном случае химический анализ малоэффективен и не дает информации, т. к. частицы перемешиваемых материалов имеют примерно одинаковый химический состав (сажа, графит, кокс). Поэтому для оценки качества смешивания за основу берут технологические характеристики, определяющие дальнейшие стадии переработки (например, прессование, формование и т. д.) или их эксплуатационные показатели (прочность, электропроводность, пористость и т. д.). Качество смешивания определяется во многом конструкцией смесителя. Все смесители по механизму перемешивания делят на три группы: механизмы, передающие частицы из одного объема массы в другой, — конвекционное смешение (мешалки с вращающимися лопастями и спиралями); механизмы, распределяющие частицы на вновь развитых поверхностях, — диффузионное смешение (барабаны с эксцентриком); механизмы, осаживающие определенные поверхности внутри смешиваемого объема, — срезающее смешение (архимедова спираль для передачи материала в центр бункера при одновременном опускании его по краям). В электродной и электроугольной промышленности основным смесительным агрегатом является двухлопастная смесительная машина с Z-образными лопастями (хотя иногда лучшие результаты дает смеши- вание в барабане с эксцентриком). Время, затраченное на процесс смешиванияния, неодинаково для различных композиций: набивная масса для алюминиевой промышленности — 45-50 мин. массы для щеток — 3-4 часа.51 Общие правила: 1) чем тоньше порошок, тем больше время смешивания; 2) время смешивания возрастает с увеличением температуры плавления связующего.

Читайте также:  Установка selenium ide в браузер firefox

Твердые углеродные наполнители, как природные (графит, антрацит), так и искусственные (кокс, сажа) смешиваются со связующим (пеки, искусственные смолы). Эта смесь прессуется и получаются «зеленые» заготовки. углеродный прессование графитация обжиг

Затем «зеленые» заготовки подвергаются обжигу (термической обработке без доступа воздуха). При этом связующее превращается в кокс, связывая углеродный наполнитель в единое. Таким образом, создается единое углеродистое тело, обладающее в свою очередь определенными свойствами. В процессе обжига спрессованные заготовки постепенно нагревают до 800 — 1100°С, а затем постепенно охлаждают. В России в основном пользуются многокамерными сводовыми печами.

3. Температурная обработка и получение углеродных материалов. Обжиг и графитация

Известно, что подавляющее большинство методов получения углеродных материалов базируется на химических реакциях разложения твердых (смолы), жидких (пеки) или газообразных (углеводороды) углеродсодержащих соединений. В отличие от них разрабатываемый нами метод контролируемой деструкции основан на реакциях замещения.

Часть образцов, обожженных до 1100 С, подвергали дальнейшей обработке при температурах 1800, 2100 и 2400 °С. Таким образом перекрывался весь диапазон температур обработки углеродного материала с фиксацией характерных точек конца коксообразования (1100°С), начальной стадии графитации (1800-2100 °С) и конца графитации для графитирующихся веществ (2400 °С). Высокая скорость нагрева лабораторных образцов по сравнению с имеющей место при получении углеродных материалов, безусловно, приводила к увеличению потери массы и некоторому изменению хода усадок, что должно было отразиться на абсолютных значениях величин пористости и плотности лабораторных образцов. Однако общая картина динамики развития пористости должна была при этом достаточно полно отражать истинное положение вещей.

В последнее время внимание исследователей привлекают углеродные материалы, являющиеся эффективными сорбентами компонентов из газовых и жидкостных потоков, носителями катализаторов и сами проявляющие ката1штические свойства. Особое место среди таких материалов занимают материалы, полученные на основе углеродных нановолокон (УНВ) или нанотрубок. Анализ научно-технической литературы свидетельствует, что исследования, проводимые в этом направлении, практически не затрагивают вопросов влияния условий получения углеродных материалов на их физико-химические и эксплуатационные характеристики, а полученные результаты носят фрагментарный характер. При этом в качестве источника углерода в этих разработках рассматриваются преимущественно углеводороды.

Таким образом, реакционная способность углеродного материала существенно зависит от его кристаллической структуры и возрастает с ростом размеров кристаллитов при температурах выше 2600-270Q °С. Полученные данные позволяют обосновать выбор оптимальных температур обработки для получения углеродных материалов с минимальной реакционной способностью и заданной кристаллической структурой. При этом температура обработки не должна превышать температуру, при которой наблюдается резкое возрастание размеров кристаллитов.

4. Области применения углеродных материалов

Углеродные сорбенты применяют в различных технологических процессах обезвреживания газовых и сточных выбросов, в медицине, хроматографии.

Быстро возрастают масштабы использования углеродных молекулярных сит (УМС) в процессах так называемой короткоцикловой безнагревной адсорбции, в которых адсорбция компонентов осуществляется при более высоком давлении, чем их десорбция. Сейчас УМС применяются для осушки газов, разделения воздуха на О2 и N2 , очистки молекулярного водорода от примесей СО и углеводородов.

В отличие от цеолитов (неорганических молекулярных сит) УМС слабо чувствительны к адсорбции паров воды, которая снижает адсорбционную емкость цеолитов в процессе их использования. Перспективно использование углеродных сорбентов для хранения газообразных и жидких веществ, а также для аккумулирования энергии. В баллонах с адсорбентом возрастает адсорбционная емкость единицы объема и появляется возможность снизить давление без уменьшения емкости баллона. Применение адсорбентов в тепловых машинах и аккумуляторах позволит экономить энергию и создавать компактные и экологически безопасные нагревающие и охлаждающие устройства.

Для различных областей применения требуются углеродные сорбенты со специфическим комплексом свойств: определенной пористой структурой, специфическим составом поверхностных функциональных групп требуемой формы, прочностью, степенью чистоты. Для адсорбционной очистки жидкостей и извлечения ценных металлов из растворов, важное значение имеет такой показатель, как гидрофильность (способность к смачиванию водой) поверхности углеродного сорбента. Чистота сорбента (например, количество зольной части) не играет существенной роли в процессах очистки загрязненных стоков и газовых выбросов. Однако для сорбционного извлечения благородных металлов, например, золота, регламентируется количество минеральных примесей в сорбенте. Размер пор, прочность и форма углеродного сорбента имеют решающее значение при его использовании в качестве пористой мембраны. Для сорбентов, используемых в хроматографических целях, важен состав поверхностных функциональных групп.

Стоимость углеродных сорбентов является лимитирующим фактором в их крупномасштабном использовании для охраны окружающей среды. Для очистки газовых выбросов и стоков стремятся применять достаточно дешевые порошкообразные сорбенты, получаемые из доступного и недорогого сырья (ископаемых твердых топлив, древесных отходов) с использованием интенсивных технологий совмещенного процесса пиролиза и активации в реакторе с псевдоожиженным слоем.

Свойства более высококачественных активированных углеродных сорбентов во многих случаях зависят от структуры исходных ПУМ, которая определяется условиями их получения. В качестве примера на рис. 2 приведены данные по влиянию активирующей обработки водяным паром ПУМ, полученных из бурого угля с использованием различных технологий пиролиза, на их сорбционные свойства. Как следует из приведенных данных, максимальной сорбционной способностью отличаются сорбенты, получаемые из бурого угля в условиях практического отсутствия кислорода в газовой фазе. К ним относятся ПУМ, получаемые пиролизом в псевдоожиженном каталитическом слое.

источник

Добавить комментарий

Adblock
detector