Динамика превращения соединений интеркалирования графита при термошоковом нагреве

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

doi:10.31498/2225-6733.38.2019.181270

Автор(и)

V. О. Maslov ДВНЗ «Приазовський державний технічний університет», м. Маріуполь, Україна
Y. P. Pustovalov ДВНЗ «Приазовський державний технічний університет», м. Маріуполь, Україна
L. О. Trofimova ДВНЗ «Приазовський державний технічний університет», м. Маріуполь, Україна
L. О. Dan ДВНЗ «Приазовський державний технічний університет», м. Маріуполь, Україна

DOI:

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

Ключові слова:

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

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

Біографії авторів

V. О. Maslov, ДВНЗ «Приазовський державний технічний університет», м. Маріуполь

Доктор технічних наук, професор

Y. P. Pustovalov, ДВНЗ «Приазовський державний технічний університет», м. Маріуполь

Науковий співробітник

L. О. Trofimova, ДВНЗ «Приазовський державний технічний університет», м. Маріуполь

Кандидат технічних наук, доцент

L. О. Dan, ДВНЗ «Приазовський державний технічний університет», м. Маріуполь

Кандидат технічних наук, доцент

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.)