СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АБРАЗИВНОГО МАТЕРИАЛА Российский патент 1996 года по МПК B22F1/00 B24D3/04 

Изобретение относится к способам получения абразивных материалов на основе неорганических веществ. Известны способы получения абразивных материалов, включающие смешивание компонентов, формирование и синтез посредством термообработки [1] Однако эти способы вследствие недостаточной твердости и плотности получаемых абразивных материалов не могут полностью удовлетворять все более расширяющиеся потребности в высокоэффективных и недорогих абразивах. Ряд способов получения абразивных материалов методом взрывной технологии сложен и дорог.

С целью повышения плотности абразивных тел в их состав вводят тяжелые металлы. Известен способ получения абразивного материала, содержащего Al₂O₃, SiO₂, MgO, Fe₂O₃, CaO, Na₂O, K₂O и PbO в качестве добавки для повышения плотности. Таким образом, известные способы приготовления абразивных материалов требуют достаточно сложного процесса смешивания различных компонентов, включая добавки и присадки в определенных массовых соотношениях (см. примечания в конце описания).

Частично избежать сложной специальной технологии при смешивании компонентов-наполнителей абразивного материала в определенных массовых соотношениях позволяет способ получения абразивного материала [2,3] в котором в качестве минеральной основы применяют железомарганцевые конкреции (ЖМК), являющиеся естественно природным сырьем, содержащим все необходимые компоненты для получения абразивов).

Способ получения абразивного материала, принятый за прототип, включает смешивание компонентов (углерода, борной кислоты) с минеральной основной, в качестве которой используют ЖМК, и последующую термообработку абразивной массы (синтез в среде водорода при температуре 1300 1400^oC. Материалы, полученные известным способом, обладают высокой абразивной способностью, экономичны, не требуют энергоемкой дорогостоящей технологии.

Однако твердость и плотность абразивных тел на основе ЖМК,а следовательно, и производительность абразивной обработки в ряде случаев могут оказаться недостаточными.

В основу изобретения положена техническая задача: создать способ получения абразивного материала, который обеспечил бы высокую абразивную износостойкость путем повышения плотности и твердости абразивного тела при относительно простой и дешевой технологии изготовления.

Изобретение и его преимущества основаны на экспериментально установленных свойствах ЖМК, которые заключаются в том, что отработанные в качестве сорбентов ионов тяжелых металлов ЖМК, используемые в качестве минеральной основы абразивного состава, придают абразивным телам качественно новые эксплуатационные свойства.

Реализация предложенного способа позволяет достичь следующего технического результата: повышения плотности и твердости абразивного тела и как следствие более высокой абразивной износостойкости по сравнению с известными решениями.

Технический результат заключается также в использовании ЖМК, отработанных в качестве сорбентов при очистке сточных и загрязненных тяжелыми металлами вод.

Технический результат достигается за счет того, что в способе, при котором готовят абразивную массу путем смешивания компонентов минеральной основы материала, содержащей ЖМК, формуют полученную массу с последующей термообработкой, в качестве минеральной основы используют ЖМК, насыщенные ионами тяжелых металлов, например ионами свинца.

В качестве минеральной основы абразивного материала использовали ЖМК (химический состав приведен в табл.1), насыщенные ионами тяжелых металлов.

Пример 1. Измельченные до крупности 0,1 0,4 мм и дегидратированные на воздухе при температуре 300 450^oC в течение часа ЖМК первой пробы разделяли на две части: рабочую и контрольную. Рабочую часть ЖМК заливали раствором Pb(NO₃)₂ в соотношении 520 г/л, перемешивали и оставляли на 72 ч для эффективной сорбции ионов свинца Pb²⁺ железомарганцевыми конкрециями. Насыщение ЖМК раствором Pb(NO₃)₂ составляло 15 вес. Смесь фильтровали и высушивали при 105^oC. Полученный порошок прокаливали (спекали) в тигле в муфельной печи при 900-1200^oC в течение 3-5 ч, после чего постепенно охлаждали до комнатной температуры.

Полученный образец абразивного материала на основе насыщенных ионами свинца ЖМК имеет твердость 8,5-^oC9,0 при плотности 8 г/см³. Контрольный образец абразивного тела из ненасыщенных ЖМК (прототип) имел плотность 6,1 г/см³ при твердости 6,0^oC6,5.

Примеры 2-4. Рабочую массу ЖМК насыщали) раствором Pb(NO₃)₂ по примеру 1 в количестве, вес. пример 2-8% пример 3 10% пример 4 13% Массу высушивали и сплавляли в тигле в муфельной печи при 1200^oC.

Характеристики полученных абразивных материалов сравнивались с характеристиками контрольного образца.

Твердость и плотность полученных абразивных тел приведены в табл.2.

Примеры 5 6. Абразивный материал получали по технологии примера 1 из ЖМК 2-й и 3-й проб (см. табл. 1).

Полученные характеристики абразивных материалов по сравнению с прототипом приведены в табл. 2.

Как следует из данных табл. 2, плотность абразивных тел, полученных предложенным способом, на 10^oC30% выше плотности абразивных материалов по прототипу. Твердость абразивных материалов на основе насыщенных ЖМК увеличивается в среднем на 2,0^oC2,5 единиц, а для примеров 1,4 и 5 на 3,0 ед. шкалы Мооса, что обеспечивает повышение износостойкости по сравнению с прототипом в среднем от 5 до 15%
Таким образом, абразивные материалы, полученные предлагаемым способом, обладают более высокой плотностью и твердостью и как следствие более высокой износостойкостью. Способ повышения абразивной износостойкости за счет использования ЖМК в составе минеральной основы материала является более экономически эффективным по сравнению с известными способами получения абразивов, поскольку не требуют сложной энергоемкой и дорогостоящей технологии, а стоимость ЖМК (запас которых велик как в океанах, так и в морях, включая Черное море), более чем на порядок ниже стоимости алмазов и алмазных порошков.

Достоинством способа является возможность утилизации ЖМК, насыщенных ионами тяжелых металлов (свинец, кадмий, цинк, ртуть и др.) и отработанных в процессе сорбционной очистки сточных и загрязненных вод.

Примечания
Состав абразивного тела по [1] например, предусматривает смешивание компонентов в следующих массовых соотношениях, мас. Al₂O₃ 39-62; SiO₂ 16-36; MgO 2-5; Fe₂O₃ 0,5 1,5; CaO 0,5-1,5; Na₂O+K₂O 0,5 2,0; PbO 2-15.

Сравним состав (примечание 1) с составом ЖМК, приведенным в табл. 1
Применение ЖМК в качестве сорбентов ионов металлов описано в: а.с.СССР N1143456, МКИ B 01 Y 20/02, Б.И. N9, 07.03.85; Грибанова Н.К. Сорбция металлов на ЖМК. Дисс. гос. N048.70009604, М. 1986, 217 с.

Измельчение ЖМК вели в конусной дробилке и (или) в валковой мельнице (подробнее см. [3]).

Дегидратацию проводят с целью удаления цеолитной воды и увеличения сорбционной емкости ЖМК (см. например, дисс. Грибановой Н.К.).

В течение 72 ч, как показал опыт, ЖМК обеспечивают наибольшее насыщение ионами свинца. Это время соответствует максимальной реализации полной сорбционной емкости ЖМК (ПСЕ) по свинцу.

При микротвердости 2000 кг/мм² (твердость корунда). Твердость приводится в единицах шкалы Мооса, см. Вертушков Г.И. Авдонин В.Н. Таблицы для определенных минералов по физическим и химическим свойствам. М. Недра, 1980, с. 72-74.

Насыщенные ЖМК в различном весовом количестве (%) проводили при различном времени насыщения, в от ПСЕ (примеч.6). Эксперименты показали, что 100% ПСЕ достигается при t≥72 ч, 80% ПСЕ при 40≅t≅ 48 ч и т.д.

Как известно, стоимость алмаза составляет 400 р/кг (здесь и далее пены до 02.04.91 г.). Абразивный алмазный порошок стоит 350 р/кг. Стоимость промышленной добычи ЖМК составляет около 25 р/кг.

Абразивный материал, полученный предлагаемым способом, может быть использован вместо алмазных (корундовых) паст, обеспечивая значительную экономию средств. ТТТ1 ТТТ2

Использование: для получения абразивных материалов на основе неорганических веществ. Сущность изобретения: готовят абразивную массу путем смешивания компонентов минеральной основы материала, содержащей железомарганцевые конкреции, формуют полученную массу с последующей термообработкой, в качестве минеральной основы используют железомарганцевые конкреции, насыщенные ионами тяжелых металлов. При этом достигается высокая плотность и твердость абразивного тела. 2 табл.

1. Способ получения абразивного материала, включающий смешивание компонентов минеральной основы, содержащей железомарганцевые конкреции, и последующую термообработку, отличающийся тем, что железомарганцевые конкреции насыщают ионами свинца. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что насыщение железомарганцевых конкреций ионами свинца осуществляют путем пропитки конкреции раствором нитрата свинца.