Features of metallurgical graphite intercaling

Authors

  • V.О. Maslov State Higher Education Institution "Priazovskyi state technical university", Mariupol, Ukraine
  • Y.P. Pustovalov State Higher Education Institution "Priazovskyi state technical university", Mariupol, Ukraine
  • L.О. Trofimova State Higher Education Institution "Priazovskyi state technical university", Mariupol, Ukraine
  • L.О. Dan State Higher Education Institution "Priazovskyi state technical university", Mariupol, Ukraine

DOI:

https://doi.org/10.31498/2225-6733.42.2021.240573

Keywords:

intercalated graphite compounds, thermografenite, expansion, bulk density, the breaching coefficient of the graphite integrity

Abstract

The article considers the distinguishing features of the intercalation of the graphite obtained from the iron-graphite waste of metallurgical production and its subsequent expansion in the falling gravity layer conditions due to shock thermal heating. In doing so, two stages of the process are considered separately: intercalation and thermal expansion. The importance of knowing the distinguishing features of the first stage in terms of ensuring the specified properties of the finished material is emphasized. A new technique and the formula for calculating the theoretical bulk density of intercalated graphite have been proposed depending on the amount and volumes of graphite and intercalate. The assumption has been made and substantiated that the expansion of the graphite particles will occur only in the direction of the «C» axis. Taking into account the fact that the particles will expand 1.45-4.65 times in this direction, it is necessary to amend the calculation formulas of their motion in the falling gravity layer. To obtain reliable results of the calculation, a new concept was introduced – «the graphite integrity breaching coefficient, K» – to calculate the bulk density of intercalated graphite. Based on the experiments, this parameter has been defined in the interval of the volumetric density of intercalated graphite 390-260 kg/m3 with a simultaneous increase in the bulk volume of the layer up to 1.93 m3 of intercalated graphite per 1 m3 of the original graphite. The formula has been derived to calculate this parameter. The final equation has been obtained for calculating the volume density, depending on the initial parameters. As a result of the calculations and the experiments, the numerical values of the breaching coefficient of the graphite integrity have been defined for the values of the volumetric density of intercalated graphite 200-400 kg/m3 – from 3 to 25

Author Biographies

V.О. Maslov, State Higher Education Institution "Priazovskyi state technical university", Mariupol

Доктор технічних наук, професор

Y.P. Pustovalov, State Higher Education Institution "Priazovskyi state technical university", Mariupol

Науковий співробітник

L.О. Trofimova, State Higher Education Institution "Priazovskyi state technical university", Mariupol

Кандидат технічних наук, доцент

L.О. Dan, State Higher Education Institution "Priazovskyi state technical university", Mariupol

Кандидат технічних наук, доцент

References

Список використаних джерел (ДСТУ):

Маслов В.А. Дисперсные железографитовые отходы металлургического производства как сырье для получения новых материалов / В.А. Маслов, Л.А. Трофимова, Л.А. Дан // Сталь. – 2009. – № 3. – С. 67-70.

Кравець В.А. Дослідження властивостей металургійного графіту з метою подальшої утилізації / В. А. Кравець // Збірник наукових праць Донбаської національної академії будівництва і архітектури. – Краматорськ : ДонНАБА, 2018 (11). – № 1. – С. 38-52.

Маслов В.А. Новое направление переработки дисперсных железографитовых отходов металлургического производства / В.А. Маслов, Л.А. Трофимова, Л.А. Дан // Вісник Приазовського державного технічного університету : Зб. наук. пр. / ПДТУ. – Маріу-поль, 2008. – Вип. 17. – С 32-36.

Маслов В.А. Особенности подготовки к переработке дисперсных железографитовых отходов отделения десульфурации / В.А. Маслов, Л.А. Трофимова, Л.А. Дан // Вісник Приазовського державного технічного університету: Зб. наук. пр. / ПДТУ. – Маріу-поль, 2010. – Вип. 20. – С. 144-148. – (Серія: Технічні науки).

Маслов В.О. Композіційні матеріали на основі залізографітових відходів металургійно-го виробництва / В.О. Маслов // Хімічна промисловість України. – 1994. – № 4. – С. 54-60.

А. с. 1579008 СССР, МКИ С 01 В 31/04. Способ получения расширенного графита / В.А. Маслов [и др.]. – № 4392502; приоритет изобретения 15.03.1988 (ДСП).

А. с. 767023 СССР, МКИ С 01 В 31/04. Способ получения расширенного графита / А.Н. Антонов [и др.]. – № 2610959/23-26; заявл. 09.03.78; опубл. 30.09.80, Бюл. № 36.

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.

Pat. JPS60118618A Japan, IPC СО31В31/04. Method for decreasing residual sulfur con-tained in expanded graphite / Toshihisa Maeda. – № JP58222358A; app. 25.11.83; publ. 26.06. 26.06.85.

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

Возможность получения термографенита с магнитными свойствами из дисперсных железографитовых отходов металлургии / В.А. Маслов, Ю.П. Пустовалов, Л.А. Тро-фимова, Л.А. Дан // Вісник Приазовського державного технічного університету: Зб. наук. пр. / ПДТУ. – Маріуполь, 2017. – Вип. 34. – С. 24-30. – (Серія: Технічні науки).

Динамика превращения соединений интеркалирования графита при термошоковом нагреве / В.А. Маслов, Ю.П. Пустовалов, Л.А. Трофимова, Л.А. Дан // Вісник Приазов-ського державного технічного університету : Зб. наук. пр. / ПДТУ. – Маріуполь, 2019. – Вип. 38. – С. 23-30. – (Серія: Технічні науки). – Режим доступу : https://doi.org/10.31498/2225-6733.38.2019.181270.

Исследование процесса окисления дисперсных ЖГО с целью получения соединений интеркалирования графита / В.А. Маслов, Ю.П. Пустовалов, Л.А. Трофимова, Л.А. Дан // Вісник Приазовського державного технічного університету : Зб. наук. пр. / ПДТУ. – Маріуполь, 2016. – Вип. 32. – С. 48-53. – (Серія: Технічні науки).

References:

Maslov V.A., Trofimova L.A., Dan L.A. Dispersnye zhelezografitovye othody metallur-gicheskogo proizvodstva kak syr’e dlya polucheniya novyh materialov [Disperse Fe-C con-taining wastes of metallurgy as raw material for new materials]. Stal’ – Steel, 2009, no. 3, pp.67-70. (Rus.)

Kravec V.A. Doslidzhennya vlastivostej metalurgijnogo grafitu z metoyu podalshoyi uti-lizaciyi [Investigation of the properties of metallurgical graphite for further utilization]. Zbіr-nik naukovikh prats’ Donbas’koї natsіonal’noї akademії budіvnitstva і arkhіtekturi – Collec-tion of scientific works of the Donbas National Academy of Civil Engineering and Architec-ture, 2018 (11), no. 1, pp. 38-52. (Ukr.)

Maslov V.A., Trofimova L.A., Dan L.A. Novoe napravlenie pererabotki dispersnyh zhele-zografitovyh othodov metallurgicheskogo proizvodstva [A new direction of processing of dispersed Fe-C waste of metallurgical production]. Vіsnik Priazovs’kogo Derzhavnogo Tekhnіchnogo Unіversitetu – Reporter of the Priazovskyi State Technical University. Section, 2008, vol. 17, pp. 32-36. (Rus.)

Maslov V.A., Trofimova L.A., Dan L.A. Osobennosti podgotovki k pererabotke dispersnyh zhelezografitovyh othodov otdeleniya desulfuracii [Features of preparation for the pro-cessing of dispersed Fe-C waste of the desulfurization]. Vіsnik Priazovs’kogo Derzhavnogo Tekhnіchnogo Unіversitetu. Serіia: Tekhnіchnі nauki – Reporter of the Priazovskyi State Technical University. Section: Technical sciences, 2010, vol. 20, pp. 144-148. (Rus.)

Maslov V.O. Kompozіcіjnі materіali na osnovі zalіzografіtovih vіdhodіv metalurgіjnogo vi-robnictva [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.)

Maslov V.A., V.I. Pauk, Pustovalov Yu.P. Sposob polucheniya rasshirennogo grafita [The method of obtaining thermally expanded graphite]. Patent USSR, no. 1579008, 1988. (Rus.)

Antonov A.N., Ivanov V.A., Timorin V.D., Fedoseev S.D., Makevnina L.F., Rybalov V.A. Sposob poluchenija rasshirennogo grafita [Method for obtaining expanded graphite]. Patent USSR, no. 767023, 1980. (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]. Himich-eskaja tehnologija – Chemical Technology, 1987, no. 2, pp. 43-49.

Toshihisa Maeda. Method for decreasing residual sulfur contained in expanded graphite. Pa-tent Japan, no. JP58222358A, 1985.

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

Maslov V.A., Pustovalov Yu.P., Trofimova L.A., Dan L.A. Vozmozhnost’ poluchenija termografenita s magnitnymi svojstvami iz dispersnyh zhelezografitovyh othodov metallurgii [The possibility of obtaining thermogranite with magnetic properties from dispersed iron-graphite waste metallurgy]. Vіsnik Priazovs’kogo Derzhavnogo Tekhnіchnogo Unіversitetu. Serіia: Tekhnіchnі nauki – Reporter of the Priazovskyi State Technical University. Section: Technical sciences, 2017, vol. 34, pp. 24-30. (Rus.)

Maslov V.A., Pustovalov Yu.P., Trofimova L.A., Dan L.A. Dinamika prevrasheniya soedi-nenij interkalirovaniya grafita pri termoshokovom nagreve [Dynamics of turning of the in-tercalated graphite compounds at thermal shock heating]. Vіsnik Priazovs’kogo Derzhavnogo Tekhnіchnogo Unіversitetu. Serіia: Tekhnіchnі nauki – Reporter of the Priazovskyi State Technical University. Section: Technical sciences, 2019, vol. 38, pp. 23-30. doi: 10.31498/2225-6733.38.2019.181270.

Maslov V.A., Pustovalov Yu.P., Trofimova L.A., Dan L.A. Issledovanie processa okisleniya dispersnyh zhelezografitovyh othodov s cel’yu polucheniya soedinenij interkalirovaniya grafita [The study of oxidation process of dispersed Fe-C containing waste to obtain interco-lation compounds of graphite]. Vіsnik Priazovs’kogo Derzhavnogo Tekhnіchnogo Unіversi-tetu. Serіia: Tekhnіchnі nauki – Reporter of the Priazovskyi State Technical University. Section: Technical sciences, 2016, vol. 32, pp. 48-53. (Rus.)

Published

2021-05-27

How to Cite

Maslov, V. ., Pustovalov, Y. ., Trofimova, L. ., & Dan, L. . (2021). Features of metallurgical graphite intercaling. Reporter of the Priazovskyi State Technical University. Section: Technical Sciences, (42), 50–57. https://doi.org/10.31498/2225-6733.42.2021.240573