DOI: https://doi.org/10.31498/2225-6733.38.2019.181270

Динаміка перетворення сполук інтеркалювання графіту при термошоковому нагріві

V. О. Maslov, Y. P. Pustovalov, L. О. Trofimova, L. О. Dan

Анотація


Терморозширений графіт (ТРГ) володіє унікальним поєднанням властивостей: широкий діапазон робочих температур, висока хімічна стійкість, прекрасна ущільнююча здатність. Це робить його затребуваним багатьма галузями промисловості. Отримання перерахованих властивостей пов’язано з тим, що інтеркальованний графіт має здатність при термообробці при 900°С (термоударі) багаторазово розширюватися в об’ємі з утворенням малощильного вуглецевого матеріалу – термографеніту. Спінювання супроводжується виділенням великої кількості газопарової фази, що створює внутрішньо-шаровий тиск порядку декількох сотень атмосфер, яке і є рушійною силою процесу розширення. У даній роботі досліджували процес окислення при інтеркаляції і розширення частинок графіту при термошоковому нагріванні. Частинки графіту ГАК-2 фракцією +0,16 мм окисляли концентрованою сірчаною кислотою з біхроматом калію. Отриманий продукт спучували в печі в гравітаційно-падаючому шарі при температурах 200-1000°С. Експериментами було встановлено, що мінімальна об’ємна щільність ТРГ (в залежності від конкретних умов – від 2,5 до 5,2 кг/м3) забезпечується при співвідношенні маси окислювача до маси графіту 0,3-0,5. Результати дослідження показали, що при інтеркаляції відбувається розбухання (розширення) частинок графіту. За рахунок цього об’ємна щільність інтеркальованого графіту знижується з 390 до 240 кг/м3 при початковій об’ємній щільності графіту 420 кг/м3. Дослідження мікроструктури частинок вихідного, окисленого і термічно розширеного графіту показало, що при незмінному средньомедіанному розмірі частинок вони розширюються по нормалі до поверхні і досягають в довжину розміру в 4,5-7,7 разів більшого, ніж вихідний средньомедіанний розмір. При цьому виявилося, що дрібні частинки більш окислені в порівнянні з більш великими. На підставі залежності питомого об’єму термографеніту від температури термошокового нагріву для різних зразків окисленого графіту отримані питомі обсяги, які досягали 200-400 л/кг при температурі 1000°С

Ключові слова


з’єднання інтеркальованого графіту; графіт; термографеніт; термошоковий нагрів; розширення; насипна щільність

Посилання


Список использованных источников (ГОСТ):

Физико-химические свойства графита и его соединений / Черныш И.Г. [и др.]. – К. : Наукова думка, 1990. – 200 с.

Уббеладе А.Р. Графит и его кристаллические соединения / А.Р. Уббеладе, Ф.А. Льюис. – М. : Мир, 1965. – 256 с.

Махорин К.Е. Вспучивание природного графита, обработанного серной кислотой / К.Е. Махорин, А.П. Кожан, В.В. Веселов // Химическая технология. – 1985. – № 2. – С. 3-6.

Вспучивание графита в плотном и взвешенном слоях / К.Е. Махорин, А.П. Кожан, В.В. Веселов, В.Н. Александров // Химическая технология. – 1987. – № 2. – С. 43-49.

Свободные графитовые пленки из терморасширенного графита / А.Т. Дидейкин [и др.]. // Журнал технической физики. – 2010. – Т. 80. – Вып. 9. – С. 146-149.

Юрковский И.М. Структурные особенности расширенного графита / И.М. Юрковский, Т.Ю. Смирнова, Л.С. Малей // Химия твердого топлива. – 1986. – № 1. – С. 127-131.

Интеркалированные соединения графита акцепторного типа и новые углеродные материалы на их основе / Н.Е. Сорокина, И.В. Никольская, С.Г. Ионов, В.В. Авдеев // Известия академии наук. – 2005. – Т. 54. – № 8. – С. 1699-1716. – (Серия химическая).

Фиалков А.С. Углерод, межслоевые соединения и композиты на его основе / А.С. Фиалков. – М. : Аспект-Пресс, 1997. – 718 с.

Маслов В.О. Композиційні матеріали на основі залізографітних відходів металургійного виробництва / В.О. Маслов // Хімічна промисловість України. – 1994. – № 4. – С. 54-60.

Технологические аспекты интеркалирования графита серной кислоты / С.Г. Бондаренко, Л.А. Рыкова, Г.А. Статюха, И.Г. Черныш // Химия твердого топлива. – 1988. – № 4. – С. 141-143.

А.с. 1828065 СССР, МКИ С 01 В 31/04. Способ получения термически расширенного графита / В.А. Маслов, Ю.П. Пустовалов, В.Э. Макеев. – № 4448247/26; заявл. 27.06.88; опубл. 30.04.95, Бюл. № 12.

Черныш И.Г. Исследование процесса окисления графита раствором бихромата калия в серной кислоте / И.Г. Черныш, И.Д. Бурая // Химия твердого топлива. – 1990. – № 1. – С. 123-127.

Пат. 2036137 Россия, МПК С 01 В 31/04. Способ получения термически расширенного графита / Ю.П. Пустовалов, В.А. Маслов. – № 4942780/26; заявл. 12.03.91; опубл. 27.05.95.

References:

Chernysh I.G., Karpov I.I., Prikhod’ko G.P., Shai V.M. Fiziko-himicheskie svojstva grafita i ego soedinenij [Physical and chemical properties of graphite and its compounds]. Kiev, Naukova dumka Publ., 1990. 200 p. (Rus.)

Ubbelade A.R., L’iuis F.A. Grafit i ego kristallicheskie soedineniya [Graphite and its crystal-line compounds]. Moscow, Mir Publ., 1965. 256 p. (Rus.)

Mahorin K.E., Kozhan A.P., Veselov V.V. Vspuchivanie prirodnogo grafita, obrabotannogo sernoj kislotoj [Extrusion of natural graphite treated with sulfuric acid]. Himicheskaja tehnologija – Chemical Technology, 1985, no. 2, pp. 3-6. (Rus.)

Mahorin K.E., Kozhan A.P., Veselov V.V., Aleksandrov V.N. Vspuchivanie grafita v plotnom i vzveshennom slojah [Graphite swelling in dense and suspended layers]. Himicheskaja tehnologija – Chemical Technology, 1987, no. 2, pp. 43-49. (Rus.)

Didejkin A.T., Sokolov V.V., Sakseev D.A., Bajdakova M.V., Vul A.Ya. Svobodnye grafitovye plenki iz termorasshirennogo grafita [Free graphite films of expanded graphite]. Zhurnal tehnicheskoj fiziki – Technical Physics Journal, 2010, vol. 80, no. 9, pp. 146-149. (Rus.)

Yurkovskij I.M., Smirnova T.Yu., Malej L.S. Strukturnye osobennosti rasshirennogo grafita [Structural features of expanded graphite]. Himiya tverdogo topliva – Solid fuel chemistry, 1986, no. 1, pp. 127-131. (Rus.)

Sorokina N.E., Nikolskaya I.V., Ionov S.G., Avdeev V.V. Interkalirovannye soedineniya grafita akceptornogo tipa i novye uglerodnye mate-rialy na ih osnove [Intercalated graphite compounds of the acceptor type and new carbon materials based on them]. Izvestiya akademii nauk. Seriya himicheskaya – News of the Academy of Sciences. Chemical series, 2005, vol. 54, no 8, pp. 1699-1716. (Rus.)

Fialkov A.S. Uglerod, mezhsloevye soedineniya i kompozity na ego osnove [Carbon, interlayer compounds and composites based on it]. Moskow, Aspekt-Press Publ., 1997. 718 p. (Rus.)

Maslov V.O. Kompozіcіjnі materіali na osnovі zalіzografіtovih vіdhodіv metalurgіjnogo virobnictva [Composition materials on the basis of Fe-C containing wastes of metallurgy]. Khіmіchna promislovіst’ Ukraїni – Chemical industry of Ukraine, 1994, no. 4, pp. 54-60. (Ukr.)

Bondarenko S.G., Rykova L.A., Statyuha G.A., Chernysh I.G. Tehnologicheskie aspekty interkalirovaniya grafita sernoj kisloty [Technological aspects of intercalation of graphite with sulfuric acid]. Himiya tverdogo topliva – Solid fuel chemistry, 1988, no. 4, pp. 141-143. (Rus.)

Maslov V.A., Pustovalov Yu.P., Makeyev V.E. Sposob polucheniya termicheski rasshiren-nogo grafita [The method of obtaining thermally expanded graphite]. Patent USSR, no. 1828065, 1988. (Rus.)

Chernysh I.G., Buraya I.D. Issledovanie processa okisleniya grafita rastvorom bihromata kaliya v sernoj kislote [The study of the oxidation of graphite with a solution of potassium dichromate in sulfuric acid]. Himiya tverdogo topliva – Solid fuel chemistry, 1990, no. 1, pp. 123-127. (Rus.)

Pustovalov Yu.P., Maslov V.A. Sposob polucheniya termicheski rasshirennogo grafita [The method of obtaining thermally expanded graphite]. Patent RF, no. 2036137, 1995. (Rus.)


Метрики статей

Завантаження метрик ...

Metrics powered by PLOS ALM

Посилання

  • Поки немає зовнішніх посилань.


Лицензия Creative Commons
Вміст даного сайту доступний згідно з ліцензією Creative Commons «Attribution» («Атрибуція») 4.0 Всесвітня.