автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Антикоррозионные композиционные материалы на основе силиката лития

ковский Государственный строительный университет

На правах рукописи

Гизатуллина Маргарита Юрьевна

АНТИКОРРОЗИОННЫЕ КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ СИЛИКАТА ЛИТИЯ

05.23.05 - Строительные материалы и изделия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1993

Работ* выполнена в ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени Институте горного дела им.АЛ.Скочинского.

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Васильев В.В.

Научный консультант • доктор технических наук,

профессор Андрианов Р.Л.

Официальные оппоненты - доктор технических наук»

профессор Горшков B.C. - кандидат технических каук, доцент Буров В.Ю.

Ведущая организация - Производственное объединение "Челябинскуголь".

Защита состоится 7 декабря 1993 г. в 15 ч 30 мин на заседании специализированного совета К 053.11.02 в МГСУ по адресу: Москва, Шлюзовая наб., д. 8, ауд. №307.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Просим Вас принять участие в обсуждении и направить Ваш отзыв по адресу: 129337, Москва, Ярославское шоссе, д, 26, МГСУ, Ученый совет.

sL 1993 г. №

Автореферат диссертации разослан * ... - - - ■

Ученый секретарь

специализированного совета Ефимов БЛ.

Актуальность работы. Важнейшая задача современного строительства состоит в повышении качества, эффективности и долговечности строительных конструкций и сооружений, в первую очередь выполненных из металла. Конкретным примером ее решения в промышленности, особенно при строительстве и эксплуатации горнодобывающих предприятий, является разработка эффективных антикоррозионных покрытий. На предприятиях горнодобывающей отрасли в настоящее время эксплуатируется большое количество стационарных наземных металлоконструкций, многочисленный парк машин и оборудования для подземных и открытых работ, отличительной особенностью которых является то, что почти все они изготовлены из черных металлов и их долговечность во многом определяется стойкостью к действию коррозионной среды. Это также относится к гидротехническим сооружениям, выполненным из металла и работающим в контакте с морской водой.

В технике антикоррозионных работ на горнодобывающих предприятиях главным образом используются лакокрасочные, порошковые, полимерные и металлические покрытия изолирующего и барьерного действия. Наибольшее распространение получили лакокрасочные покрытия (ЛКП) на основе органических связующих. При всех преимуществах данного вида защитных покрытий их применение , особенно при работе в подземных условиях, ограничено требованиями экологической чистоты и пожарной безопасности, а также технологичностью ■ использования. Поэтому разработка новых защитных покрытий на неорганической основе, замена дефицитных, токсичных композиций доступными, экологически чистыми и технологичными составами являются актуальными для горнодобывающих и других отраслей промышленности.

Применение водорастворимых силикатов щелочных металлов в качестве связующих для металл-наполненных композиций позволяет повысить технологические характеристики лакокрасочных материалов (ЛКМ), улучшить защитные свойства по-

крытий на их основе и в конечном счете решить важную задачу -получение качественных, экономичных и долговечных антикоррозионных покрытий протекторного действия.

Использование силикатных связующих в составе цинк-на-полненных ЛКМ обеспечивает надежную защиту металлических конструкций, сооружений и технологического оборудования при эксплуатации в слабо- и среднеагрессивных водных и газовых средах, жидких органических и неорганических средах, в морской воде, при высокотемпературном воздействии.

Данная работа - составная часть Программы Минтопэнерго Российской Федерации "Разработать и внедрить новые прогрессивные материалы конструкционного и технологического назначения для отраслей топливно-энергетического комплекса" на 1992-1996 гг., направленная на изыскание и разработку новых защитных покрытий протекторного действия и их применение для антикоррозионной защиты металлоконструкций, в частности на горнодобывающих предприятиях.

Целью работы является разработка антикоррозионных лакокрасочных покрытий протекторного действия с повышенными защитными свойствами и улучшенными технологическими характеристиками рабочих композиций путем использования в качестве связующего силиката лития.

Идея работы заключается в реализации антикоррозионной защиты металлоконструкций, сооружений и технологического оборудования путем применения новых ЛКП протекторного действия на основе силиката лития. В настоящее время в качестве связующих в производстве строительных материалов, в частности ЛКМ, используются силикаты натрия и калия; силикаты лития в отечественной практике не применялись.

Достижение поставленной цели потребовало решения следующих задач:

- разработать технологию получения водорастворимых связующих с повышенной стабильностью на основе силиката лития;

- установить оптимальный состав связующего на основе силиката лития;

- исследовать реологические и пленкообразующие свойства силикатов лития различных кремнеземистых модулей;

- исследовать процесс формирования цинк-наполненных покрытий на основе силиката лития, установить обобщающий критерий определения оптимального соотношения компонентов ЛКМ;

- установить зависимость физико-механических и защитных свойств цинк-наполненных покрытий на основе силиката лития от состава связующего и характеристик цинкового порошка; "

- разработать состав антикоррозионного Л КМ на основе силиката лития с повышенной жизнеспособностью и улучшенными физико-механическими и защитными свойствами покрытий;

- проверить и внедрить разработанный ЛКМ на основе силиката лития для антикоррозионной защиты конструкций и оборудования, работающих в условиях воздействия шахтных сред и морской воды;

- выявить другие области применения разработанных составов силиката лития в технологии строительных материалов.

Научная новизна работы:

- теоретически обоснован и экспериментально установлен механизм полимеризации кремнезема в растворах силиката лития, заключающийся в увеличении размера частиц золя с уменьшением их общего числа;

- установлена определяющая роль распределения в системе частиц кремнезема по степени полидисперсности при стабилизирующем действии иона лития на реологические свойства силикатных связующих и ЛКМ;

- установлена природа кислородно-водородных группировок в пленках силикатов лития (межслойная молекулярная вода), обусловливающая термостойкость покрытий до 800°С, прочность и водостойкость;

- предложен метод определения оптимального соотношения компонентов композиции, отличающийся от известных тем, что критерием оценки выбрано количество кристаллической фазы в структуре покрытия и для анализа использован экспрессный и точный метод рентгенофазового анализа;

- экспериментально установлено свойство самоотверждения покрытий на основе силиката лития, что исключает использование отверждающих реагентов как дополнительную технологическую операцию;

- установлены зависимости физико-механических, эксплуатационных и антикоррозионных показателей цинк-наполненных покрытий от состава силиката лития и характеристик цинкового порошка;

- выявлено свойство силиката лития снижать температуру обжига кирпича, получаемого из горелой земли литейного производства £1300до 950°С при добавке его в количестве 1 мае. % и увеличивать прочность кирпича в 1,5 раза;

- выявлено свойство силиката лития улучшать технологические характеристики магнезиального вяжущего с увеличением прочности готового изделия в 1,8 раза при введении его в количестве 5 мас.%.

Практическая значимость:

- разработаны состав и технология получения связующего на основе силиката лития, отличающегося высокой стабильностью (более трех лет) при сохранении связующих свойств, в том числе после воздействия низких температур при транспортировке и хранении;

- разработан оптимальный состав антикоррозионной композиции на основе силиката лития: силикат лития (кремнеземистый модуль-5, кремнезем в растворе связующего-20 мас.%)-25 мас.%, цинковый порошок (размер частиц - 3-10мкм) -75 мас.%;

- разработана технология получения антикоррозионной композиции на основе силиката лития с повышенной жизнеспособностью (48 часов) и самоотверждением покрытия при сокращенном времени сушки в нормальных условиях;

- проведена оценка физико-механических и защитных свойств покрытий на основе разработанного ЛКМ в эксплуатационных средах различной агрессивности и определены условия их применения: промышленная атмосфера различных климатических зон, водная среда с рН 4-8, морская вода, нефтепродукты, периодическое воздействие влаги и повышенных температур до 800°С;

- предложены комбинированные покрытия для антикоррозионной защиты металлоконструкций и сооружений, предполагающие предварительное грунтование защищаемой поверхности цинк-силикатным грунтом с целью увеличения адгезии покровных слоев из органических ЛКМ к металлу и обеспечения электрохимической защиты;

- предложен способ повышения технологических и эксплуатационных свойств кирпича и магнезиального вяжущего путем введения в состав шихты или композиции силиката лития;

- разработаны ТУ 7774-12963212-008-92 на связующее силикат лития "Литином", ТУ 7774-12963212-009-92 на антнкор-

розионную силикатную краску "Маринэ". Антикоррозионные и защитно-декоративные ЛКМ на основе силиката лития защищены патентами Российской Федерации.

Внедрение результатов исследований:

1. Организовано производство связующего "Литином" мощностью 1000 т в год на базе ГНИИХТЭОС, г.Москва.

2. Разработанные антикоррозионные покрытия прошли промышленную апробацию и внедряются на предприятиях топливно-энергетического комплекса (ТЭК): НПО "Башнефть", г. Уфа, шахте "Капитальная", г. Вишневогорск, шахте "Красная горнячка" ПО "Челябинскуголь", и уже внедрены на шахтах АО "Шахта Октябрьская" ПО"Кузбассуголь", "Калачевская" ПО "Челябинскуголь", горнообогатительном комбинате (ГОК), г. Гай.

3. Технология изготовления кирпича из отходов литейного производства передана для проектирования технологической линии на Самарский и Краматорский металлургические заводы.

Апробация работы и публикации. Основные положения работы доложены на научных семинарах кафедры химической технологии неорганических полимерных связующих и композиционных материалов технологического института, г. Ленинград, 1991 г., научных семинарах лаборатории профилактических покрытий НИИ открытых горных работ(НИИОГР), г. Челябинск, 1991-1993 гг., семинарах отделения горно-технических проблем и технических советах Института горного дела им. А.А.Скочинско-го, г. Москва, 1992-1993 тт., технических советах НПО "Башнефть", г. Уфа, 1993 г., ГОКа, г. Гай, 1992 г., Самарского металлургического завода, 1992-1993 гг.

По результатам исследований опубликовано 3 печатные работы .получено 3 авторских свидетельства и 2 патента по заявкам на изобретение.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, 2 приложений; изложена на 196 страницах машинописного текста, содержит 30 рисунков, 31 таблицу, список литературы из 121 наименования.

На защиту выносятся:

- экспериментальное обоснование выбора сырья для синтеза силиката лития;

- данные исследований по синтезу силиката лития из различных форм кремнезема;

. - технология получения силиката лития и оптимизация состава связующего на основе исследования реологических и пленкообразующих свойств силикатов лития различных модулей;

- зависимости реологических и пленкообразующих свойств силикатов лития от кремнеземистого модуля системы;

- технология получения и состав цинк-наполненного антикоррозионного ЛКМ на основе силиката лития с повышенной жизнеспособностью и улучшенными физико-механическими и защитными свойствами покрытий;

- обоснование выбора количества кристаллической фазы в структуре покрытия в качестве обобщающего критерия определения оптимального соотношения компонентов ЛКМ на основе силиката лития;

- качественные и количественные закономерности изменения физико-механических и антикоррозионных свойств цинк-наполненных покрытий на основе силиката лития;

- оценка защитной способности разработанного антикоррозионного покрытия на основе силиката лития в различных эксплуатационных средах и обоснование области его применения;

- результаты опытно-промышленных испытаний разработанного покрытия на основе силиката лития в условиях эксплуатации горношахтных металлоконструкций и технологического оборудования;

- результаты экспериментальных исследований влияния добавки силиката лития на керамические и эксплуатационные свойства кирпича из отходов литейного производства;

- результаты экспериментальных исследований влияния добавки силиката лития на реологические и прочностные характеристики магнезиального вяжущего на основе Mg-A]-содержащего шлака.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Вопросы борьбы с коррозией не теряют своей актуальности, так как потери, вызываемые ею, составляют 15 % объема выпускаемого металла. Объясняется это тем, что с увеличением объема выполняемых антикоррозионных работ одновременно, но с опережением, растет количество вводимых в эксплуатацию промышленных объектов.

Горнодобывающая промышленность является одной нз наиболее фондоемких отраслей. При этом, помимо металлоконсг-

рукций, составляющих основные фонды, шахта потребляет значительное количество металла в процессе эксплуатации. Только на угольных шахтах по причине коррозии ежегодно выходит из строя около 30 тыс.т металла, что составляет 15% потери.

Современная наука позволяет выбрать рациональные способы борьбы с коррозией металлоконструкций горношахтного оборудования, обеспечивающие защиту на межремонтный период эксплуатации. В технике антикоррозионных работ на горнодобывающих предприятиях главным образом используются покрытия изолирующего и барьерного действия: лакокрасочные, облицовочные, гуммировочные, мастичные и др.

Над созданием антикоррозионных защитных покрытий для металлоконструкций горношахтного оборудования (ГШО) работает ряд институтов: ИГД им. А.А.Скочинского, НИИОГР, ДонУГИ, ВНИИГМ им. М.М.Федорова, ВНИИцветмет, Гидро-рудмаш, ТатНИПИнефть и др.

В результате многочисленных теоретических и практических исследований создано и используется для защиты ГШО значительное количество антикоррозионных материалов, преимущественно на органической основе. Вместе с тем в условиях возрастающего дефицита композиционных и лакокрасочных материалов и ужесточения законодательства по охране окружающей среды и безопасности производства практика ставит новые задачи.

Как показал анализ отечественного и зарубежного опыта борьбы с коррозией металла в различных отраслях промышленности, для антикоррозионной защиты строительных конструкций и технологического оборудования особенно в условиях строительной площадки и в подземных условиях эффективнее использовать покрытия на основе водорастворимых силикатных связующих. Из анализа условий эксплуатации оборудования горнодобывающих отраслей следует, что металлоконструкции ГШО подвергаются действию коррозионной среды различной агрессивности и в целом испытывают воздействие следующих факторов: климатических (колебание температуры окружающей среды от +60 до -60°С, содержание влаги до 100 %), горно-геологических (запыленность, наличие агрессивных газов и вод) и эксплуатационных (статические, ударные, вибрационные нагрузки, абразивный износ, длительный контакт с шахтными водами, горной массой).

Антикоррозионные защитные покрытия для металлоконструкций ГШО должны соответствовать ряду физико-меха-

ничсских и эксплуатационных требований: механической прочности, электропроводности, эластичности, сопротивлению абразивному износу и в значительной степени пожарной опасности и токсичности.

Опыт показывает,что наиболее длительный срок службы металла обеспечивают антикоррозионные защитные покрытия протекторного действия; требованиям экологической и пожарной безопасности отвечают материалы на основе неорганических полимерных связующих.

Таким образом, предметом исследования явилось изыскание и получение неорганических связующих, обеспечивающих повышенные эксплуатационные характеристики покрытий протекторного действия.

К защитному покрытию предъявляются требования технологического и экономического характера, связанные с его нанесением и отверждением, доступностью и стоимостью. Параметры отверждения покрытия (температура и продолжительность) назначаются на основании анализа процесса полимеризации соответствующих композиций. В случае силикатных связующих отверждение представляет собой сложный процесс кристаллизации с помощью отвердителя или под воздействием повышенной температуры.

Технические требования, приведенные ниже, приняты за основу для выбора материалов защитных покрытий и проведения соответствующих экспериментальных и теоретических исследо-

ваний:

Адгезия к металлу, балл...............не более 1

Эластичность, мм.....................не более 5

Прочность при ударе, см................ не менее 45

Смываемость, %......................не более 5

Водостойкость, ч......................более 240

Морозостойкость, °С .................. при - 60

Термостойкость, °С...................при + 800

Эл.потенциал, мВ .....................не менее -1000

Жизнеспособность рабочей композиции, ч не менее 48 Срок хранения компонентов ЛКМ, год не менее 2 Не влияет на качество сварного шва

Совмещается с покровными слоями ЛКМ Способ нанесения - пневмораспыление.

В результате поиска и испытаний предпочтение отдано цинк-наполненным покрытиям на основе силиката лития, содержащим доступные материалы с длительным сроком хранения.

В качестве сырьевых материалов для синтеза силиката ■ лития использовался гидроксид лития (ГОСТ 8595-75) производства Санкт-Петербургского ПО "Красный химик", золи кремнезема с размером частиц 5-10 нм и концентрацией кремнезема 30 мас.% (ТУ 7774-12963212-002-92) производства ГНИИХТЭОС, г. Москва, гель кремнезема - отход производства Череповецкого ПО "Азот" - с размером частиц 5-25 мкм и содержанием кремнезема 97 мас.% (ТУ 412-018-22-90).

Растворы силиката лития получали при концентрации кремнезема в растворе 20 мае. % по реакции:

2ШН + М&Ог П2О • М&02 + Н20.

Синтез проводили при Т - 20, 50 и 200°С (в автоклаве). Время синтеза варьировали от 2 до 8 часов в зависимости от М системы.

Растворением золя кремнезема в водных растворах гидроксида лития получены силикаты лития с кремнеземистыми модулями от 2 до 9, определены оптимальные параметры синтеза силикатов лития: температура синтеза - 20°С, время синтеза -6 ч. Исследование возможности замены золя кремнезема, являющегося продуктом целевого синтеза, отходом производства фто-ристо-го водорода (кремнегель), показало нецелесообразность применения кремнегеля вследствие недостаточной степени дисперсности порошка (5-25 мкм).

Полученные водные растворы литиевых силикатов исследовались методами фотоколориметряческого анализа, ИК-спектро-скопии, реологии.

Фотоколориметрическое исследование водных растворов силикатов лития различных кремнеземистых модулей показало, что размер частиц силикатов увеличивается с ростом кремнеземистого модуля системы. Полученные данные подтвердили присутствие в растворах силикатов лития кремнезема с различной дисперсностью, при этом степень полидисперсности возрастает с увеличением кремнеземистого модуля системы (рисунок). Для определения степени полимерности "растворимого" кремнезема был рассчитан средний анионный заряд, приходящийся на атом кремния в а-БЮз. Установлено, что средний анионный заряд равен 0,5-0,35, что соответствует степени полимерности 10-15, т.е. "растворимый" кремнезем в исследованных растворах почти

целиком состоит из олигомерной формы кремнезема Sijo-i5> что согласуется с данными ИК-спектроскопии.

Характеристические частоты валентных колебаний связей Si-O, полученные методом ИКС, относятся к области 10401180 см"1, что соответствует олигомерному и высокополимерному состоянию SiC>2 в силикатах лития. Для низкомодульных силикатов лития характерен глубокий минимум в области 10401050 см"1 (полисиликатная область), которая с увеличением модуля смещается в длинноволновую область и постепенно объединяется с полосой поглощения в области 1120-1180 см"1 (высокополимерная область - коллоидные частицы). С увеличением кремнеземистого модуля полоса поглощения 1050см'1, по которой идентифицируются олигомеры, становится менее ярко выраженной, в то время как полоса 1140-1180 см'1, связанная с присутствием высокополимерных форм, более интенсивной. На ИК-спектрах силикатов лития практически отсутствует поглощение в области 920-950 см"1, соответствующее мономерным силикат-ионам.

Таким образом, на основе результатов исследований состояния кремнезема в растворах силикатов лития установлен механизм полимеризации кремнезема при синтезе силикатов лития, заключающийся в увеличении частиц в размере с уменьшением их общего числа.

Кинетические исследования вязкости силикатов лития показали, что водные растворы силикатов лития обладают высокой устойчивостью к коагуляции и гелеобразованию. Это обусловлено уплотнением структуры дисперсной фазы за счет сокращения сольватных оболочек и ионных слоев и стабилизирующим действием иона лития. Срок хранения силикатов лития - более 3 лет, жизнеспособность лакокрасочной композиции - 48 часов.

Методами дериватографического анализа, петрографии, рентгенофазового анализа (РФА), ИК-спектроскопии и ртутной порометрии исследованы продукты твердения силикатов лития. Методом дериватографического анализа определена температура разложения силикатов лития - 90-500°С. Установлено пропорциональное уменьшение содержания связанной воды в сухом силикате лития при увеличении кремнеземистого модуля системы, что обусловливает уменьшение пористости силикатов лития с ростом модуля системы. Определена природа кислородно-водородных группировок в структуре отвердевших пленок силикатов лития (молекулярная межслойная вода).

лития в зависимости от кремнеземистого модуля системы:

1 - растворимые формы кремнезема О. - 5102;

2-коллоидные формы кремнезема р-ЗЮо'.

3 - общее содержание кремнезема - 20 мае. %

Полосы поглощения в ИК-спектрах продуктов твердения силикатов лития в области деформационных колебании Ош-групп 1500-1800 см"1 свидетельствуют о молекулярной природе воды, характеризующейся различными по энергии водородными связями. Методом ИКС исследована кинетика процесса формирования пленок силикатов лития различных кремнеземистых модулей. Установлено, что формирование пленок литиевых силикатов независимо от модуля системы происходит за 30 мин сушки.

Петрографическим и рентгенофазовым анализами исследован фазовый состав продуктов твердения силикатов лития. Установлено, что пленки силикатов лития полностью находятся в аморфном состоянии с характерными для этой фазы изотропными свойствами, кристаллическая составляющая отсутствует. После обработки на дериватографе РФА продуктов твердения силикатов лития обнаружил линии, соответствующие кристаллическим фазам силикатов. Установлена зависимость изменения количества кристаллической составляющей от состава связующего. Силикат лития с М-5 характеризуется максимальным количеством кристаллической фазы в структуре, что обусловливает вы-

сокие физико-механические и защитные свойства покрытий на его основе.

Методом ртутной порометрии были определены значения пористости образцов силикатов лития различных кремнеземистых модулей. Установлена закономерность уменьшения суммарного объема пор с увеличением модуля системы, что обеспечивает повышенные физико-механические свойства покрытий на основе высокомодульных связующих.

Таким образом, в результате комплексных исследований изучена природа и свойства растворов силикатов лития и их продуктов твердения. Установлены закономерности изменения структурных параметров силикатов лития от их химического состава, которые легли в основу технологии антикоррозионных лакокрасочных и композиционных материалов на основе силикатов лития.

В качестве связующих при разработке антикоррозионных защитных покрытий были использованы синтезированные нами силикаты лития с кремнеземистыми модулями 3, 5, 8. В качестве пигментной части исследованы цинковые порошки различных марок: ПЦ1, ПЦ2, ПЦЗ, ПЦ4, отличающиеся дисперсным (1-10 мкм) и химическим составами. Исследовано влияние кремнеземистого модуля связующего, характеристик цинкового порошка и соотношения компонентов в композиции на физико-механические и защитные показатели покрытия. Установлен оптимальный состав лакокрасочной композиции на основе силиката лития при 20%-ном содержании БЮг и кремнеземистом модуле 5: силикат лития - 25 мас.%, цинковый порошок (ПЦ 4) - 75 мас.%.

Использование в цинк-силикатных композициях силиката ' лития вместо традиционного силиката калия увеличивает , жизнеспособность красок и улучшает физико-механические характеристики покрытий: прочность при ударе - в 1,5 раза, эластичность - в 3 раза, адгезию - в 2 раза, смываемость - в 7 раз, жизнеспособность рабочей композиции - в 8 раз.

Исследование структуры цинк-наполненных покрытий на основе силиката лития показало, что покрытия обладают низким суммарным объемом пор, наибольший вклад в который вносят микропоры (диаметром 6-20 им) и мезопоры (диаметром 2080 нм), что обеспечивает их повышенную водостойкость. Рентгенографическим методом исследования разработанных покрытий подтверждено образование кристаллических фаз, обусловлива-

ющих переход связующего в водонерастворимое состояние. Установлено, что цинк-наполненные композиции на основе силиката лития являются самотвердеющими системами и отверждение покрытий, как дополнительная технологическая операция, нецелесообразно. Предложен метод определения оптимального соотношения компонентов композиции, отличающийся от известных тем, что критерием оценки выбрано количество кристаллической фазы в структуре покрытия.

Исследование силиката лития в качестве добавки в магнезиальные вяжущие композиции показало, что при введении 2-10 мас.% силиката лития (М-5) сокращается время схватывания, повышается прочность и морозостойкость готового изделия. Оптимальным количеством добавки силиката лития является 5 мас.%. При этом время схватывания вяжущего сокращается в 2,5 раза, прочность готового изделия увеличивается в 1,8 раза, а морозостойкость - на 20%. Разработан состав магнезиального вяжущего на основе Mg-Al-coдepжaщero шлака -отхода производства Самарского металлургического завода - с повышенными прочностными характеристиками: прочность на сжатие - 18,4 МПа, морозостойкость - 20 циклов.

Разработана технология изготовления кирпича из горелой земли литейного производства Самарского и Краматорского металлургических заводов. С использованием метода математического планирования эксперимента выявлены: оптимальный гранулометрический состав шихты кирпича, температура обжига и давление прессования. При введении 1 мас.% силиката лития (М-5) в шихту кирпича температура обжига кирпича снижается с 1300 до 950°С с одновременным повышением прочностных показателей с 23 до 33 МПа.

Опытно-промышленные работы по антикоррозионной защите металлоконструкций ГШО проведены на угольных шахтах и рудниках цветной и черной металлургии, на предприятиях нефтеперерабатывающей промышленности: НПО "Башнефть", г. Уфа, шахте "Капитальная", г. Вишневогорск, шахте "Красная горнячка" ПО "Челябинскугаль", внедрены на шахтах АО "Шахта Октябрьская" ПО "Кузбассуголь", шахте "Калачевская" ПО "Че-лябиискуголь", горнообогатительном комбинате, г. Гай. В промышленных условиях исследована коррозионностойкость разработанного покрытия в водных и газовых шахтных средах различной агрессивности, в жидких органических средах в

стационарном состоянии и при воздействии динамических нагрузок.

Например, применение цинк-наполненного на основе силиката лития Л КМ позволит увеличить межремонтные периоды по антикоррозионной защите металлоконструкции шахтных вентиляторов на Гайском ГОКе в 6 раз. Ожидаемый экономический эффект от применения нового способа защиты на Гайском ГОКе составит более 6 млн.руб. в год (в ценах января 1993 г.). Экономический эффект от проведения антикоррозионной защиты несущих конструкций шахтных стволов на шахтах АО "Шахта Октябрьская" с использованием разработанного Л КМ составил 18 млн.руб. в год (в ценах января 1993 г.).

На основе проведенных исследований разработаны ТУ 7774-12963212-008-92 на связующее под названием "Литином" и ТУ 7774-12963212-009-92 на антикоррозионную силикатную краску на основе силиката лития под названием "Маринэ", Производство связующего организовано на экспериментальном заводе ГНИИХТЭОС (г. Москва) мощностью 1000т/год. Получен сертификат Мособлсанэпидемстанции, разрешающий применение разработанного ЛКМ для антикоррозионной защиты строительных сооружений и металлоконструкций.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Разработана технология получения силикатов лития путем растворения активных форм кремнезема в водном растворе гидроксида лития, определены сырьевые материалы синтеза.

2. Синтезированы и исследованы связующие на основе силикатов лития с кремнеземистым модулем 3-8 при содержании БЮз 20 мас.% и предложены на основе разработанных связующих материалы для антикоррозионных покрытий и для строительных целей.

3. Установлено, что растворы силикатов лития представляют собой лиофильные дисперсные системы, в которых кремнезем представлен коллоидными формами и формами, характерными для истинных растворов;

4. Теоретически обоснован и экспериментально подтвержден механизм полимеризации кремнезема в растворах силикатов лития, заключающийся в увеличении частиц в размере с уменьшением их общего числа.

5. Структурирующие процессы внутри коллоидных частиц кремнезема при стабилизирующем действии иона лития обеспечивают длительный срок хранения связующих на основе силикатов лития (более 3 лет) и повышенную жизнеспособность лакокрасочных композиций (48 ч).

6. Установлено присутствие молекулярной межслойной воды в структуре отвердевших пленок силикатов лития, обеспечивающей стабильность покрытий, прочность и водостойкость.

7. Показано, что формирование пленок силикатов лития независимо от кремнеземистого модуля системы происходит за 30 мин сушки при температуре 20°С.

8. Показана определяющая роль влияния кристаллизации структуры покрытий на их физико-механические и защитные свойства; обоснован выбор количества кристаллической фазы в структуре покрытия в качестве обобщающего критерия определения оптимального соотношения компонентов ЛКМ на основе силикатов лития.

9. Установлены закономерности изменения пористости пленок силикатов лития и покрытий на их основе с увеличением кремнеземистого модуля.

10. Цинк-наполненные покрытия на основе силиката лития обладают свойством самоотверждения, что исключает применение отверждающих реагентов как дополнительную технологическую операцию.

11. На основе силиката лития разработан состав антикоррозионной композиции: силикат лития (М-5, содержание БЮг в составе связующего - 20 мас.%) - 25 мас.% , цинковый порошок (размер частиц 3-10 мкм) - 75 мас.%. Свойства покрытия такой композиции: смываемость - 2-3 %, прочность при ударе - 50 см, эластичность - 5 мм, адгезия к металлу - 1 балл, термостойкость -до 800°С, морозостойкость - до минус 60°С, электропроводимость, совместимость с покровными слоями органических ЛКМ.

12. Установлено, что введение добавки силиката лития (М-5) в количестве 1 мас.% в шихту кирпича из горелой земли литейного производства снижает температуру обжига с 1300 до 950°С, повышая прочность кирпича в 1,5 раза; использование в составе магнезиального вяжущего М§-А1-содержащего шлака и 5 мае. % силиката лития (М-5) положительно влияет на технологические свойства композиции, повышая прочность готового изделия в 1,8 раза.

13. Установлена область и разработана технолога« применения антикоррозионного покрытия на основе силиката лития: самостоятельное цинк-силикатное покрытие обеспечивает надежную защиту металлоконструкций и сооружений при эксплуатации в водных и парогазовых средах слабой и средней агрессивности, средах с pH 4-8, в жидких органических и неорганических средах, в морской воде, при высокотемпературном воздействии; применение цинк-силикатного грунта в комбинированных покрытиях значительно повышает срок службы химически стойких органических лакокрасочных покрытий при эксплуатации в агрессивных средах шахт и рудников в сочетании с динамическими нагрузками.

14. Определена эффективность нового способа антикоррозионной защиты металлоконструкций шахтных вентиляторов на Гайском ГОКе. Грунтование защищаемой металлической поверхности цинк-наполненным покрытием на основе силиката лития повышает адгезию покровных слоев к металлу в 6-8 раз и увеличивает межремонтный период эксплуатации шахтного вентилятора на данном предприятии в 6 раз.

15. Разработаны технические условия 7774-12963212-00992 на антикоррозионную силикатную краску с использованием в качестве связующего силиката лития <М-5) согласно ТУ 777412963212-008-92. Организовано производство связующего на экспериментальном заводе ГНИИХТЭОС мощностью 1000 т/год.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Гизатуллина М.Ю. Антикоррозионная защита горношахтного оборудования экологически чистыми лакокрасочными покрытиями // Новые материалы для горношахтного оборудования и упрочнения горных пород: Науч. сообщ. / ИГД им. А.А,Скочинского, Вып. 294. - М., 1993. - С. 57-61.

2. Гизатуллина М.Ю. Защита металлоконструкций цинк' силикатными покрытиями // Новые материалы для горношахтного оборудования и упрочнения горных пород: Науч. сообщ. / ИГД им. А.А.Скочинского, Вып. 294. - М., 1993. - С. 61-64.

: 3. Патент Российской Федерации №92-003142. Антикоррозионная силикатная краска / М.Ю.Гизатуллина. - Заявл. 2.11.92, №04887942/05; Полож. решение 15.03.93.

4. A.c. СССР 1700040. Покрытие поверхности транспортных средств для предотвращения прилипания и примерзания горной

массы / В.Я.Медведева, Л.Н.Ткачева, М.Ю.Гизатуллина и др. -Заявл. 08.01.90, №4778712/26; Опубл. 22.08.91.

5. Патент Российской Федерации №92-007428. Силикатная краска / В.В.Васильев, М.Ю.Гизатуллина, О.Е.Яценко. - Заявл. 23.11.92, №053127/05; Полож. решение 5.04.93.

6. A.c. СССР 1700041. Состав для предотвращения примерзания горной массы к транспортным средствам / Л.Н.Ткачева, В.Я.Медведева, М.Ю.Гизатуллина и др. - Заявл. 08.01.90, №4779838/26; Опубл. 22.08.91.

7. Гизатуллина М.Ю. Борьба с пылью на хвостохранилищах обогатительной фабрики Сорского молибденового комбината / / Уголь. - 1991. - N25. - С. 49, 50.

8. A.c. СССР 1620400. Нанесение профилактической жидкости на поверхность транспортных средств / А.А.Матаицев, Л.Н.Ткачева, В.Я.Медведева, М.Ю.Гизатуллина и др. - Заявл. 26.12.88, №3188412/14; Опубл. 15.09.90.

Маргарита Юрьевна ГИЗАТУЛЛИНА

АНТИКОРРОЗИОННЫЕ КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ СИЛИКАТА ЛИТИЯ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Редактор Н.Д.Карпова

Подписано к печати 25.10.1993 г.

Формат 62,5x84 1/16 Бум. множит, аппаратов

Печать офсетная

Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100 экз.

Изд. №9992. Тип. зак.

Институт горного дела им. А.А.Скочинского:

140004, г. Люберцы Московской обл.

Типография: 140004, г. Люберцы Московской обл.