АНОДНЫЙ ЗАЗЕМЛИТЕЛЬ, КОМПОЗИЦИЯ АНОДНОГО ЗАЗЕМЛИТЕЛЯ И СПОСОБ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК C25B9/00 C23F13/00 

Изобретение относится к электрохимии и электротехнике, в частности к процессам изготовления анодных заземлителей и может найти применение в системах катодной защиты магистральных нефте- и газопроводов от подземной коррозии, а также в химической промышленности, в системах защиты от статического электричества и других системах электробезопасности.

Для катодной защиты длинных электропроводных конструкций, работающих под землей, создают разность потенциалов между защищаемым материалом, выполняющим роль катода, и длинным анодом, расположенным рядом с материалом, но отдаленным от него слоем земли. Анод представляет собой длинную полосу с гибкой металлической сердцевиной и полимерной оболочкой, а также различными прослойками, повышающими эффективность его работы.

Известен анодный заземлитель и состав для обмазки заземлителя.

Проводящий непористый материал для обмазки заземляющего анода представляет собой смесь, содержанную, мас. прокаленный пылевидный нефтяной кокс 83,5; портландцемент 15-16; графитовый порошок 0,75-10 и ПАВ 0,25-0,5. (См. патент США N 4786388, 1988).

Основным недостатком этого анодного заземлителя является то, что при затвердевании портландцемента из-за его объемной усадки образуется зазор между трубой и оболочкой, вследствие чего нарушается электрический контакт между средой и заземлителем.

Известен также электропроводный состав для катодной защиты. В состав входят, углерод в элементарной форме 5-7; полимерное связующее 5-50; растворитель 5-50 и ПАВ 0-5. Углерод по меньшей мере частично присутствует в виде молотого кокса. Полимерное связующее после отвердения становится влагопроницаемым. (См. Заявка Европатента N 0210058, кл. С 23 F 13/02, 1987).

Основным недостатком этого электропроводного состава является низкая долговечность за счет интенсивной растворимости в грунтах и низкая токоотдача.

Наиболее близким к изобретению является анодный заземлитель и композиция для него, состоящая из мас. масс углеродсодержащий наполнитель 40-80; каучуковый полимер 10-49,8; пластификатор 9-10 и инсектицид 0,2-1,0.

Анодный заземлитель представляет собой металлический проводник, на который нанесен слой адгезионно-активного покрытия, в качестве которого может быть использован полимерный клей или электропроводящая эмаль.

Известен способ получения композиции, включающий пластификацию каучукоосновного связующего при 40-160^oС, введения в смесь углеродсодержащего наполнителя и пластификатора, дополнительное перемешивание полученной смеси при диспергировании и вулканизацию при 140-160^oС с последующей расфасовкой композиции. (Cм. Европейский патент N 0580856 А1, 1994).

Основным недостатком анодного заземлителя и композиции является то, что электроды на их основе обладают низким значением предельно допустимого анодного тока и высоким электросопротивлением. Электроды, изготовленные из вышеописанной композиции также обладают низким значением предельно допустимого анодного тока, повышение которого приводит к разогреву электрода и образованию высокоомной полимерной оксидной пленки на границе раздела фаз токоввод полимерная электропроводная композиция и к полной блокировке работы заземлителя.

Целью изобретения является разработка композиции для анодного заземлителя, технологии ее получения и анодного заземлителя на ее основе, обеспечивающими снижение удельного объемного электросопротивления композиции и повышение предельно допустимого значения анодного тока при одновременном сохранении высокой эластичности и низкой анодной растворяемости.

Это достигается анодным заземлителем, состоящим из токопроводника и токопроводной полимерной оболочки, который в качестве последней содержит каучукоосновное связующее в смеси с отходами металлургических производств с магнитными свойствами или их смесь с техническим углеродом.

Это достигается также композицией для анодного заземлителя, включающей каучукоосновное связующее и углеродсодержащий наполнитель, в котором в качестве последнего используют отходы металлургических производств с магнитными свойствами или их смесь с техническим углеродом при следующем соотношении компонентов, мас. отходы металлургических производств с магнитными свойствами или их смесь с техническим углеродом 32-54; каучукоосновное связующее остальное.

При этом в композицию входят отходы металлургических производств, содержащие, мас. оксиды железа 25-35; оксиды железа 25-35; оксиды магния, цинка, алюминия, свинца, кальция, кремния, никеля, кобальта, калия, сурьмы, меди, селена, теллура и титана 2-5; углерод остальное.

Композиция для анодного заземлителя согласно изобретению может содержать отходы металлургических производств с магнитными свойствами в смеси с техническим углеродом при следующем соотношении компонентов, мас. отходы металлургических производств с магнитными свойствами 10-90; технический углерод остальное.

Поставленная задача решается также способом получения композиции для анодного заземлителя, включающим пластификацию каучукоосновного связующего на вальцах в течение 5 мин при 90^oС, введение в смесь углеродсодержащего наполнителя и пластификатора в течение 9 мин, дополнительное перемешивание полученной смеси при диспергировании в течение 3 мин и вулканизацию при 140-160^oС с последующей расфасовкой, в котором в качестве углеродсодержащего наполнителя используют отходы металлургических производств с магнитными свойствами или их смеси с углеродом, после пластификации в расплав вводят активатор и ускоритель вулканизации, а перед дополнительным перемешиванием в смесь добавляют вулканизирующий агент.

При этом в качестве отходов металлургических производств используют магнитный графит с чугунолитейного или доменного производства или их смесь с техническим углеродом при массовом соотношении отход: углерод, равном 70-30.

Сущность изобретения заключается в том, что в состав предлагаемой композиции для анодного заземлителя входят в качестве углеродного наполнителя отходы металлургических производств с магнитными свойствами. Эти отходы получают из смеси графитсодержащих отходов металлургических производств чугунного скрапа, доменного шлака, доменного графита и газовой пыли металлургических заводов путем их предварительного смешивания, измельчения и магнитной сепарации. В этих отходах органически связаны металлооксидная и углеродная составляющие с образованием определенной структуры. Углеродная составляющая в этой структуре обеспечивает адсорбцию макромолекул полимера на своей поверхности, тем самым обуславливая прочную токопроводную структуру эластомерной матрицы за счет электронной проводимости.

В свою очередь металлооксидная составляющая отходов, состоящая из окислов железа, магния, цинка, алюминия, свинца, кальция, кремния, никеля, кобальта, калия, сурьмы, меди, селена, теллура и титана, за счет ионной проводимости обеспечивает возможность повышения предельно допустимого значения анодного тока.

Помимо этого магнитные моменты доменов отходов за счет ориентационного эффекта магнитных полей, возникающих при прохождении электрического тока через электрод, меняют кинетику электрохимического растворения композиции, тем самым также повышая предельно допустимые значения анодной растворимости и высокой эластичности электродов.

Предлагаемые отходы металлургических производств используются самостоятельно или в смеси с техническим углеродом. В этом случае технический углерод выполняет функцию наполненной углеродной матрицы, обеспечивающей электронную проводимость композиции.

Предлагаемые массовые соотношения компонентов каучукоосновного связующего и отходов металлургических производств с магнитными свойствами обусловлены тем, что при их использовании достигается максимальный технический результат.

Анодный заземлитель используется как элемент конструкции электролизера для повышения техники безопасности. Он может быть использован в хлорном электролизе, в электролизерах, предназначенных для электрохимического синтеза.

Возможность реализации изобретения иллюстрируется следующими конкретными примерами.

Пример 1. Полуизопреновый каучук марки СКИ-3 в количестве 100 кг подвергают пластификации на вальцах при температуре 90^oС в течение 5 мин. В полученный расплав вводят активатор стеарин в количестве 3,5 кг, 2 - меркаптобензотиазол в количестве 1 кг при перемешивании на вальцах в течение 9 мин. В смесь также вводят стабилизатор вулканизации н-фенил-н-азопропил-пара-фенилендиамин в количестве 1,5 кг. Углеродсодержащие отходы металлургических производств, например магнитный графит с чугунолитейного производства и доменного производства смешивают, измельчают до размера частиц, соразмеримых с частицами технического углерода марки П-367 Э и подвергают сепарации в магнитном поле. После чего отходы смешивают с техническим углеродом марки П-367 Э в массовом отношении отход:углерод 70:30. Полученный продукт в количестве 137,8 кг вводят в течение 10 мин при перемешивании. Одновременно с этим в расплав вводят пластификатор - вазелиновое масло в количестве 4 кг. Затем в смесь вводят вулканизирующий агент порошок серы в количестве 1,25 кг в течение 3 мин при перемешивании. Полученную смесь подвергают дополнительному перемешиванию при диспергировании в течение 3 минут.

Полученную композицию в количестве 143,05 кг состава, мас. отходы металлургических производств с магнитными свойствами в смеси с техническим углеродом 40% каучукоосновное связующее 60% фасуют и направляют потребителю.

Пример 2. Дивилстирольный термоэластопласт марки ДСТ-30 в количестве 50 кг в смеси с 50 кг стирольного каучука СКС-30 подвергают пластификации на вальцах при 90^oС в течение 10 мин. В полученный расплав вводят активатор вулканизации оксид цинка в количестве 2 кг и ускоритель вулканизации дибензотиозолилдисульфид в количестве 3,5 кг при перемешивании в шнековом резиносмесителе в течение 10 мин. В смесь также вводят стабилизатор вулканизации фенил-β нафтиламин в количестве 1 кг.

Углесодержащие отходы, например, доменный шлак и чугунный скрап смешивают, измельчают до размера частиц и подвергают сепарации в магнитном поле. Полученный отход в количестве 32 кг вводят в расплав термоэлектропласта и каучука в течение 15 мин при перемешивании. Одновременно с этим в расплав вводят пластификатор индустриальное масло в количестве 4 кг. Затем в смесь вводят вулканизирующий агент тетрометилдиурандисульфид в количестве 0,5 кг в течение 5 мин при перемешивании. Полученную смесь подвергают дополнительному перемешиванию при диспергировании в течение 5 мин, затем в количестве 143 кг состава, мас. отходы металлургических производств с магнитными свойствами 50; каучукоосновное связующее 50 фасуют и направляют потребителю.

Данные по композициям для анодного заземления изготовленным по методикам примеров 1 и 2 представлены в таблице.

Пример 3. Анодный заземлитель изготавливают следующим образом. Композицию изготовленную по примеру 1 нагревают на вальцах до 50^oС, снимают ее в виде ленты шириной 5 см и загружают ее в червячный пресс, в который одновременно подается токовод диаметром 8,5 мм, изготовленный из многожильной стальной, латунированной проволоки. Сформированное изделие подают или на вулканизацию, или на охлаждение, после чего направляют потребителю.

При использовании предлагаемого изобретения обеспечиваются следующие преимущества: упрощается технология изготовления анодного заземлителя, за счет того, что на токопроводник наносится только один полимерный слой; удешевляется процесс изготовления анодного заземлителя за счет использования отходов металлургических производств, имеющих низкую стоимость.

Изготавливаемй согласно вышеописанной технологии анодный заземлитель обладает низким удельным электросопротивлением, высоким предельно допустимым значением анодного тока и при этом высокой эластичностью и низкой анодной растворимостью. Продукция, изготавливаемая согласно изобретению, обладает высокой надежностью в эксплуатации и повышенным ресурсом работы. Повышается экологическая частота использования изделия за счет того, что углеродсодержащие компоненты не закисляют почвы. Изобретение может быть использовано в водной, в т.ч. морской, средах и различных грунтах.

Изобретение относится к электрохимии и электротехнике, в частности к процессам изготовления анодных заземлителей и может найти применение в системах катодной защиты магистральных нефте- и газопроводов от подземной коррозии, а также в химической промышленности, в системах защиты от статического электричества и других системах электробезопасности. Сущность изобретения состоит в анодном заземлителе, состоящем из токопроводника и токопроводной полимерной оболочки, который в качестве последней содержит каучукоосновное связующее в смеси с отходами металлургических производств с магнитными свойствами или их смесь с техническим углеродом. Описана также композиция для анодного заземлителя и способ ее получения. 3 с.п. и 4 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

1. Анодный заземлитель, состоящий из токопроводника и токопроводной полимерной оболочки, отличающийся тем, что в качестве последней он содержит каучукоосновное связующее в смеси с отходами металлургических производств с магнитными свойствами или их смесь с техническим углеродом. 2. Композиция для анодного заземлителя, включающая каучукоосновное связующее и углеродсодержащий наполнитель, отличающаяся тем, что в качестве углеродсодержащего наполнителя она содержит отходы металлургических производств с магнитными свойствами или их смесь с техническим углеродом, при следующем соотношении компонентов, мас.

Отходы металлургических производств с магнитными свойствами или их смесь с техническим углеродом 32 54
Каучукоосновное связующее Остальное
3. Композиция по п.2, отличающаяся тем, что она содержит отходы металлургических производств состава, мас.

Оксиды железа 25 35
Оксиды магния, цинка, алюминия, свинца, кальция, кремния, никеля, кобальта, калия, сурьмы, меди, селена, теллура и титана 2 5
Углерод Остальное
4. Композиция по пп.2 и 3, отличающаяся тем, что она содержит отходы металлургических производств с магнитными свойствами в смеси с техническим углеродом при следующем соотношении компонентов, мас.

Отходы металлургических производств с магнитными свойствами 10 90
Углерод Остальное
5. Способ получения композиции для анодного заземлителя, включающий пластификацию каучукоосновного связующего при 40 160^oС, введение в смесь углеродсодержащего наполнителя и пластификатора, дополнительное перемешивание полученной смеси при диспергировании и вулканизации при 140 - 160^oС с последующей расфасовкой композиции, отличающийся тем, что в качестве углеродсодержащего наполнителя используют отходы металлургических производств с магнитными свойствами или их смеси с техническим углеродом, после пластификации каучукоосновного связующего в расплав вводят активатор и ускоритель вулканизации, а перед дополнительным перемешиванием в смесь добавляют вулканизирующий агент.