مركبات الكروم: التطبيقات في الإسمنت الحر ، المواد الحرارية
بدون
المواد الحرارية
، فإن العديد من العمليات الصناعية الحديثة لن تكون ممكنة بسبب عدم توفر الحديد والصلب والألومنيوم عالي الجودة لجعل الآلات المطلوبة. المواد الحرارية هي جزء حاسم من الفرن أو الفرن البناء، حيث يعمل على حد سواء كحاجز حراري رئيسي بين النواة ومسكنها، وكمادة يمكن أن تنضم معا ً إلى مقاومات أخرى، مثل السيليكا أو الألومينا. وتشمل المواد الحرارية التي يتم التعامل معها هنا الأسمنت الحراري والطوب.
مقدمة لأسمنت الحراريات
الاسمنت الحراري، أو الخرسانة الحرارية، هي أنواع من الخرسانة مع استقرار حراري عال. في حين يمكن إتلاف الخرسانة التقليدية المستندة إلى الأسمنت في بورتلاند أو تدميرها بسبب ارتفاع درجات الحرارة (1) ، تقاوم الأسمنت الحراري مثل هذا الضرر. يتكون أسمنت بورتلاند في المقام الأول من سيليكات الكالسيوم ، مقارنة بالأسمنت الحراري الذي يستخدم الألومينا أحادي الكالسيوم (CaAl2O4)- مصنوع من مزيج درجة الحرارة العالية من الألومينا (Al2O3)وكربونات الكالسيوم (CaCO3)- من بين المركبات المضافة الأخرى. ويشبه الإنتاج إنتاج الخرسانة العادية(2). بالنسبة للأسمنت الحراري، يعد مصدر أكسيد الألومنيوم عالي الجودة ضروريًا للأداء الأمثل في درجات الحرارة العالية. يمكن للأسمنت المستند إلى الألومنيوم من الدرجة الأدنى استخدام مصادر الألمنيوم المتاحة بسهولة أكبر مثل البوكسيت - على الرغم من أن خصائص أدائها الحراري أقل شأناً. مثل الكثير من الاسمنت العادية، يمكن إطلاق الأسمنت الحراري في شكل الطوب، ولكن في كثير من الأحيان مصبوب في شكل معين.
ما هم؟
تتكون الخرسانة الحرارية من مواد مجمعة خشنة أو مطحونة بدقة ، مثل الرمام أو الألومنيوم أو أكسيد المغنيسيوم ، إلى جانب مرحلة الموثق المسامية في كثير من الأحيان كأسمنت ؛ أحادي الكالسيوم الألومينا في بيئات عالية الأداء. يتشكل الألمنيوم أحادي الكالسيوم ، كما ذكر ، من إطلاق كربونات الكالسيوم (الجير) والألومينا ، إما عن طريق الاندماج أو الكلنكر أو عمليات التطفل (3). ويمكن بعد ذلك أن تستخدم بطريقة مماثلة لأسمنت بورتلاند.
تم العثور على تطوير نوع الأسمنت من الألومنيوم المستمدة من متطلبات الاستقرار - تم العثور على الأسمنت القائم على سيليكات الكالسيوم الشائعة تفتقر إلى مقاومة الكبريتات ولم يكن لديها مستويات أداء عالية في درجة حرارة عالية (4) في العشرينات. وبحلول الستينات من القرن العشرين، أصبحت الالحراريات عالية الجودة القائمة على الأسمنت من الألومنيوم الكالسيوم والمجاميع من نوع الألومينا متاحة، وكان أداؤها عالياً من حيث الاستقرار الحراري ومقاومة الكشط وضد التآكل الكيميائي (5،6). وبحلول السبعينيات من القرن العشرين، أصبح انخفاض الأسمنت الذي يحتوي على الحراريات متاحًا، مع انخفاض كبير في محتوى الأسمنت، الذي يتكون من أكاسيد معدنية وأجهزة deflocculants مختلفة وإضافات أخرى (7،8). تتكون الانكسارات المعاصرة بكميات مختلفة من الأسمنت ، استنادًا إلى التطبيق المطلوب ، مع مجموعة متنوعة من الإضافات.
كيف يتم صنعها؟
في البيئات الصناعية ، بشكل عام ، يتم إجراء الانكسارات إما عن طريق الضغط الجاف أو الصب أو التشكيل. هذا الأخير منها لديه فئات فرعية بما في ذلك عن طريق إطلاق النار (طريقة واحدة لتصنيع الطوب الحراري) والترابط الكيميائي. طريقة النهائي للتصنيع هو في مونوليث، وهو الصلبة دون شكل الانتهاء - يتم إعطاء شكله وشكلها لذلك عند التطبيق الأول.
والحرارية المستخدمة في الفرن هو عادة إما من نوع الطوب (أطلقت) أو من الاسمنت الحراري المدلى بها (أقرب إلى الخرسانة المدلى بها). كما تستخدم المونوليثات وتحظى بتقدير لعدم انضمامها وفترات الخدمة الطويلة. نوع الطوب النار مماثلة للطرق التقليدية لتشكيل الطين النار - مادة أخرى refractory، وإن كان لتطبيقات درجة حرارة أقل مثل الأفران التي تعمل بالخشب - حيث يتم إطلاق المواد في فرن حتى يتم vitrified جزئيا. عند استخدام الأسمنت الحراري لتشكيل بنية الانكسار، يمكن أن يكون من المفيد استخدام خليط محتوى منخفض الأسمنت، مما يحسن خصائص تدفق المواد قبل المعالجة / إطلاق النار (2).
الكروم في البيئات الحرارية
مثل الكثير من المواد المضافة في تصنيع الخرسانة العادية ، يمكن تعديل أداء الأسمنت الحراري عن طريق إضافة إضافات. فئة رئيسية من المضافات الأسمنت الحراري هو أن من مركبات الكروم; دقيق الكروم والكروم والطلاء
(الكروم) والكروم (3) أكسيد الكروم (3) (الكروم، Cr2O3). ويذكر أن 18 من جميع الكروميستخدم لأغراض الانكسار (9). وتستخدم المواد الحرارية المستندة إلى كروم على نطاق واسع في بيئات الفرن لإنتاج الحديد والصلب والألومنيوم.
aالكروم الحديد والكروم "الدقيق"
الكرومي الحديد
هو خام الكروم التي تحدث بشكل طبيعي. لديها نقطة انصهار من 2040 درجة مئوية و "خاملكيميائيا تقريبا" (10). وقد وجدت الكروميت استخدام كمادة مقاومة في حد ذاتها، بدلا من أن يكون عنصرا في الأسمنت الحراري، مع محتواه اعلى الكرومية توفير مادة مستقرة للغاية مقاومة للترطيب (11)، على الرغم من الفشل المذكورة سابقا تحت حمولة الوزن العالي.
استخدام مركبات الكروم في بيئات الحراري يعود إلى أكثر من مائة عام. وقد استخدمت refractories من الكروميت فقط في بيئات صنع الحديد والصلب ولكن تحت حمولة عالية الوزن تميل إلى الانهيار ميكانيكيا وتفشل (12). كانت مسابك أوروبا الغربية والوسطى تستخدم الطوب المغنيسيا المستعبد بالسيليكات الذي كان أداؤه جيداً، ولكن تم تحسينها بشكل كبير من خلال إضافة الكروميت، لا سيما في مجالات مقاومة الصدمة والسبر (13). وبحلول الستينات، كانت المسابك تدخل الأكسجين مباشرة إلى أفرانها، مما أدى إلى ارتفاع درجات حرارة التشغيل وبدأ استبدال الطوب من نوع سيليكات بالطوب الكروميت المنزفع بالمغنيسيوم لتحسين الأداء في درجات حرارة مرتفعة (14). عند العمل في ظل ظروف الأكسدة ، من الضروري النظر في الأكسدة المحتملة لجميع المركبات الموجودة. مشكلة معروفة مع الكرومات كمقاومة هي أنه في ظل ظروف مؤكسدة عالية معينة ، يمكن للكروم (iii) أن يتأكسد إلى الكروم (vi) ، وهو مادة مسرطنة معروفة. وقد وجد أن إدراج كمية عالية من أكسيد الألومنيوم في المكون الحراري للتخفيف من هذه الأكسدة(15).
الكروم الدقيق هو مسحوق مطحون بشكل لا يصدق من الكروم والحديد ويستخدم على نطاق واسع في إنتاج الطوب المغنيسيا الكروم الحراري، لبناء الأفران والقمائن (16، 17).
في شكل الطوب الحراري، وقد ثبت الكروميت جنبا إلى جنب مع الألومينا وأكسيد المغنيسيوم لتكون مستقرة وقوية تصل إلى 1900 درجة مئوية (18). من المهم ملاحظة أن هذه القيمة أقل من نقطة انصهار الكروم المنشورة ، ولكن في شكل طوب إلى جانب مواد أخرى ، فمن الأسهل بكثير استخدامها والتعامل معها واحتوائها. الطوب الحراري التي تتألف من الكروميت فقط لم يكن أداء أي أفضل من أي من الكروميت الألومينا والمغنيسيوم الطوب تكوين مختلطة، وهذا ليس عيبا، ومع ذلك، كما تأتي المواد الأخرى بتكلفة أقل من دقيق الكروم. الجدير بالذكر هو حقيقة أن يلقي المغنيسيت الكروم هو أكثر كثافة مما هو عليه في شكل الطوب، كما هو أقل مسامية (19،20).
أكسيد الكروم (الثالث)
الكروم (3) أكسيد، الكروم، Cr2O3،هو أيضا المواد الحرارية في حد ذاتها، وقد اقترح كمفيدة في تصنيع الطوب الحراري (21). وقد أظهرت الأبحاث أن إضافة أكسيد الألومنيوم (في شكل البوكسيت غير المكرر) إلى الكرومية يحسن قوته الميكانيكية (22). استخدام الكرومية الرئيسي صناعيا هو بمثابة piment; مصادر هذا أكسيد للتطبيقات الحرارية تميل إلى أن تأتي من شكل الكروميت (على النحو الوارد أعلاه)(23)، على الرغم من أن مصادر مباشرة من خام تحتوي على الحديد، وهذا لا ينظر إليه على أنه مشكلة. في ظروف الفرن، أي الحديد المتبقية سوف تتأكسد لأكسيد الحديد الخامل.
استخدام حراريات كروم في الغازات
وبصرف النظر عن بطانة الأفران لإنتاج الحديد والصلب، والحراريات الكروم لها استخدام كبير ومهم في بطانة gasifiers. تقوم عملية تغويز الغاز بتحويل المواد الكربونية (مثل الفحم وفحم الكوك والكتلة الحيوية) إلى غاز توليفي، ونوع الغاز الأكثر شيوعًا هو نوع التدفق المدربين. المشكلة المتأصلة في عملية التغاسب هي إنتاج الرماد ، الذي يجمع تحت ظروف الحرارة العالية على جدران المفاعل كخبث ، والذي يمكن أن يتدفق إلى أسفل جدار الانكسار وربما يخترق هيكله المسامي - مما يسبب ردود فعل غير مرحب بها تحدث. يتم تقدير الانكسارات المستندة إلى Chrome في هذا الإعداد لقوتها وانخفاض ذوبان الكروم في الخبث. بشكل عام، ومع ذلك، كان أداء الكروما جيدا في الاختبارات المختبرية مع تغييرات هيكلية طفيفة ويصعب قياسها كميا، ولكن لوحظ أن حجم الجسيمات أكبر في التعبئة الحرارية وأكثر كثافة هي الأكثر فائدة (24). ويستخدم الغاز التوليفي في عملية فيشر تروبش لتركيب الهيدروكربونات. الكروم الألومينا هو الخيار الرئيسي للمواد الحرارية لgasifiers (25). ونظراً لزيادة تكلفة مكونات الكروم في التصنيع الحراري، اقترحت بعض البحوث اتباع نهج متعدد الطبقات إزاء بطانة المفاعل (26) أو ترتيب من النوع المقطعي؛ طبقة أكسيد الكروم عالية الوزن في القسم الأكثر سخونة ، وأكسيد الكروم السفلي (وصولا ً إلى 15 وزنًا ، مع التوازن هو الألومينا) في المناطق الأكثر برودة (27). ويلاحظ أن الحراريات الألومينا والكروم متفوقة على الألومنيا والمغنيسيا الكروم الحراريات في وجود الخبث الحمضية (28).
ملخص
- المواد الحرارية حاسمة في توفير مواد ذات أهمية عالمية مثل الحديد والصلب والألومنيوم.
- أصبحت الألومنيوم موجودة في الخرسانة الحرارية / الأسمنت تقدم طابع الأداء الحراري المحسن بشكل كبير.
- ويلاحظ مركبات الكروم كعنصر قيم من الحراريات، وغالبا جنبا إلى جنب مع الألومينا والمغنيسيا، وذلك بسبب استقرارها الحراري العالي.
- وقد وجدت الانكسار اتّساب ة Chrome تطبيقًا خاصًا عالي الأهمية في عمليات التقّغ، مما يوفر عملية موثوقة ومرنة.
المراجع
1 س. ما، وآخرون، (كونستر) بناء. الام. 2015، 93، 371
2 و. إ. لي وآخرون، الباحث. حصيره. القس., 2001,46, 145
3 ج. إ. كوبانا وجي مازورا، شركة ألومينا للمواد الكيميائية - دليل العلوم والتكنولوجيا،الجمعية الأمريكية للسيراميك، ويسترفيل، الولايات المتحدة، 1990
4 أ. ف. بريباخ، ترانس ج. بر. سيرام. Soc., 1972,71, 153
5 د. ر. لانكارد, ظ. سيرام،، 1984، 13 ، 46
6 ز. مازورا وآخرون,في بروك. UNITECR '95الرابطة الفنية للانكسار اليابان، كيوتو، 1997
7 P Krietz وآخرون. صباحاً. (سيرام) شركه نفط الجنوب. الثور. 1990، 69، 1690
8 ج. ب. ردال وآخرون، ظ. سيرام،، 1984، 13، 274
9 ج. بارنهارت, ريج. Toxicol. وفارماكول.، 1997، 26 ، 3
(10) ج. نريغو وإ. نيبوير (eds.), الكروم في البيئات الطبيعية والبشرية,وايلي إنترساينس, نيويورك, 1988
11 N. McEwan وآخرون، Chromite - مادة خام الانكسار فعالة من حيث التكلفة للرعيد الحراري في مختلف التطبيقات المعدنية في جنوب أفريقيا الأبراج 2011، تحرير. ر. ت. جونز و ب. دن هود، جوهانسبرغ، 2011
12 J. الأبيض، والانكسارات القائمة على المغنيسيا، في أكاسيد درجة الحرارة العالية الجزء الأول المغنيسيا، الجير وكروم Refractories،A. M. Alper (تحرير)، الصحافة الأكاديمية، نيويورك، 1970
13 W. D. Kingery, H, K. بوين و D. R. Uhlman, مقدمة في السيراميك,2 ed., وايلي, نيويورك, 1960
14 أ. موان وإ. ف. أوزبورن، توازن المرحلة بين الأكاسيد في صناعة الصلب،أديسون ويسلي، ريدينغ، الولايات المتحدة، 1965
15 أ. معان وس. سمية، ج. (سيرام) شركه نفط الجنوب.، 1959، 42، 603
16 الولايات المتحدة براءات الاختراع US3360387A، 1967، انتهت
17 الولايات المتحدة براءات الاختراع US4366256A, 1982, انتهت
(18) إ. روه و ج. س. ماكدويل، ج. أم. سيرام. Soc., 1962, 45, 189
19 W. E. لي وW. M. Rainforth، الهياكل الدقيقة السيراميك - مراقبة الممتلكات عن طريق المعالجة،تشابمان وهول، لندن، 1994
20 J. H. تشيسترز، الانكسارات: الإنتاج والممتلكات،معهد المواد، لندن، 1973
21 ك. ماتوسموتو, الكيمياء. Abst., 1963، 59، 3626
22 ت. ر. ليمان و دبليو جي ريس، عبر. (سيرام) شركه نفط الجنوب. 1937، 36، 110
(23) ح. ج. شاران وت. ج. ديفيز، القس إنورغ. Chem., 1993,13, 103
24 ح. ب. كيم وم. س. أوه، سيراميك Int.، 2008،34، 2107
25 J. P. بينيت, Refractories التطبيقات والأخبار, 2004, 9, 20
26 W. A. Taber, Refractories التطبيقات والأخبار, 2003, 8, 18
27 ز. قوه, صباحاً. (سيرام) شركه نفط الجنوب. الثور.، 2004، 83، 9101
28 ج. أ. بونار وآخرون، صباحاً. (سيرام) شركه نفط الجنوب. الثور.، 1980، 59 ، 4
يجب عليك تسجيل الدخول لكتابة تعليق.