СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПЛЕКСНОГО ОТВЕРДИТЕЛЯ ДЛЯ СВЯЗУЮЩИХ Российский патент 1997 года по МПК B22C1/22 

Изобретение относится к области литейного производства, а именно к составам для стержней и форм, отверждаемых в нагреваемой оснастке.

Известно использование комплексных отвердителей совместно с карбамидофурановыми смолами марок КФ-90 и КФ-40 на основе ортофосфорной кислоты и лигносульфоната технического для изготовления стержней и форм. Смеси с использованием этого отвердителя обладают недостаточными прочностью и живучестью.

Известен комплексный катализатор для смесей в нагреваемой оснастке на основе азотнокислой меди (10 40%), технологических добавок карбамида, лигносульфоната и азотной кислоты 1 30% и ПАВ 0,2 1,0%
По технической сущности и достигаемому результату ближайшим техническим решением является комплексный отвердитель на основе азотнокислой меди, лигносульфоната и карбамида. Однако эти отвердители получаются на основе чистой меди, которая является дефицитным и дорогостоящим продуктом и ограничивает область использования отвердителей.

Целью предлагаемого технического решения является использование отходов производства и улучшение экологической обстановки.

Цель достигается путем обработки отходов меди и/или ее сплавов азотной кислотой и смешении водных растворов азотнокислых солей с концентрацией азотнокислой меди 40 65% с лигносульфонатом при следующем соотношении ингредиентов комплексного отвердителя, мас.

Водные растворы отходов меди и/или ее сплавов, обработанные азотной кислотой, с концентрацией азотнокислой меди 40 65% в пересчете на 100%-ную азотнокислую медь [Cu(NO₃)₂ • 3H₂O] 20 30
Лигносульфонат технический 25 35
Вода Остальное
В состав комплексного отвердителя может быть дополнительно введен карбамид в количестве 5 8 мас.

Использование нового комплексного отвердителя позволит расширить ассортимент отвердителей для связующих, использовать отходы меди и/или ее сплавов с металлами, ограничить использование дорогой и дефицитной чистой меди для изготовления отвердителей, улучшить экологическую обстановку за счет использования отходов, обеспечить требуемые прочностные характеристики смесей.

Предлагаемый способ получения комплексного отвердителя заключается в получении азотнокислой соли меди или смеси азотнокислых солей меди, цинка и олова путем обработки отходов меди и/или ее сплавов (латуни, бронзы, и др.) в определенных соотношениях концентрированной азотной кислотой (ГОСТ 701-89) на 1 мас. д. отходов 5,7 об.д. 40% HNO₃ или 4,8 об.д. 50% HNO₃.

Сначала загружают азотную кислоту, нагревают до температуры (40 ± 5)^oC, а затем загружают отходы меди и ее сплавов в виде отработанных деталей, стружки, проволоки, отработанной электролитической меди, трубок, остатков от штамповки, листовой латуни, меди и др.

Загрузка отходов проводится постепенно небольшими порциями в течение 3 - 5 ч. Затем нагревают реакционную смесь до 70 75^oC до прекращения выделения окислов азота и отсутствия в пробе азотной кислоты.

Получают водный раствор азотнокислых солей, определяют величину рН и содержание азотнокислой меди, которое должно быть в пределах 40 65%
После чего смешивают полученный водный раствор солей с лигносульфонатом техническим (ТУ13-0281036-05-89) и водой в соотношении, мас.

Водный раствор азотнокислой соли меди или смеси азотнокислых солей меди, цинка и олова в пересчете на 100%-ную азотнокислую медь [Cu(NO₃)₂ • 3H₂O] 20 30
Лигносульфонат технический 25 35
Вода Остальное
Затем реакционную смесь перемешивают, нагревают до 55 60^oС и выдерживают при этой температуре в течение 1 ч, затем охлаждают до 25 - 30^oC и проверяют показатели готового продукта.

Комплексный отвердитель, получаемый согласно предлагаемому изобретению, используется с карбамидофурановыми смолами различных марок.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример I. В трехгорлую колбу, снабженную мешалкой, термометром и холодильником помещают 700 мл 46,2% азотной кислоты и нагревают до температуры (40 ± 5)^oC, затем в колбу загружают отходы латуни, в виде стружки, содержащих 60% меди и 40% цинка, в количестве 160 г. Загрузка латуни (в виде стружки) ведется небольшими порциями в течение 3 5 ч. По окончании загрузки латуни реакционная масса в колбе нагревается до 70 75^oC и содержимое колбы выдерживается при этой температуре до прекращения выделения окислов азота. По окончании выдержки отбирают пробу для определения содержания азотной кислоты, которая в пробе должна отсутствовать. Далее определяют в пробе массовую долю азотнокислой меди [Cu(NO₃)² • 3H₂O] плотность и величину рН.

Анализ пробы.

Массовая доля азотнокислой меди- 40,43% рН 0,52; d 1,612 г/см³.

Водный раствор, содержащий смесь азотнокислых солей меди и цинка, фильтруют и используют для получения отвердителя.

К 123,7 г полученной смеси азотнокислых солей меди и цинка с концентрацией азотнокислой меди 40,43% добавляют 60 г лигносульфоната и 16,4 мл воды, перемешивают и нагревают до 55 60^oC и выдерживают при этой температуре в течение 1 ч. Получают отвердитель и проверяют показатели качества: условную вязкость по вискозиметру В3-246 (сопло 4 мм) при температуре (20,0 ± 0,5)^oC, с 12,6; рН 0,85; массовую долю азотнокислой меди [Cu(NO₃)₂ • 3H₂O] 22,5; время желатинизации при температуре 100^oC карбамидофурановой смолы марки КФ-90 с отвердителем согласно примеру 1 в соотношении смола отвердитель 2,5 мас.д. 0,5 мас.д. 50 с; время желатинизации при температуре 100^oC карбамидофурановой смолы марки КАФУР (с содержанием свободного формальдегида 0,8%) с отвердителем согласно примеру I в соотношении смола отвердитель 2,5 мас.д. 0,5 мас.д. 52 с.

Пример II. В трехгорлую колбу, снабженную мешалкой, термометром и холодильником помещают 700 мл 46,2% азотной кислоты и нагревают до температуры (40 ± 5)^oC. Затем загружают 160 г отходов меди (стружку после механической обработки, отходы меди после электролитической обработки), предварительно пропаренных и отлитых. Загрузка медных отходов производится постепенно, небольшими порциями в течение 3 5 ч.

По окончании загрузки отходов меди реакционная масса в колбе нагревается до 70 75^oC и содержимое колбы при этой температуре до прекращения выделения окислов азота.

По окончании выдержки отбирают пробу для определения содержания азотной кислоты, которая в пробе должна отсутствовать.

Далее определяют в пробе массовую долю азотнокислой меди плотность и величину рН.

Анализ пробы: массовая доля азотнокислой меди [Cu(NO₃)₂ • 3H₂O] 61,84; рН 0,6; d 1,558 г/cм³.

К 161,8 г полученной азотнокислой меди с концентрацией 61,84% добавляют 120 г лигносульфоната и 118,2 мл воды перемешивают и нагревают до 55 - 60^oC и выдерживают при этой температуре в течение 1 ч. Получают отвердитель и проверяют показатели: условную вязкость по вискозиметру ВЗ-246 (сопло диаметром 4 мм) при температуре (20,0 ± 0,5)^oC 10,8 c; рН - 1,0; массовую долю азотнокислой меди 27,1% время желатинизации при температуре 100^o карбамидофурановой смолы с отвердителем согласно примеру II при соотношении смола: отвердитель 2,5 мас.д. 0,5 мас.д. составляет для смолы КФ-90 + КЧ-41 50 с.

Пример III.

К 123,7 г полученной смеси азотнокислых солей меди и цинка с концентрацией азотнокислой меди 40,43% полученной в примере I, добавляют 60 г лигносульфоната, 14 г карбамида и 2,3 мл воды, перемешивают и ведут далее процесс в соответствии с примером I.

Анализы отвердителя: условная вязкость по вискозиметру ВЗ-246 (сопло 4 мм) при температуре (20,0 ± 0,5)^oC, с 13,0; рН (концентрация водородных ионов) 1,5; массовая доля азотнокислой меди [Cu(NO₃)₂ • 3H₂] 22,0.

Пример IV.

В трехгорлую колбу, снабженную мешалкой, термометром и холодильником загружают 700 мл азотной кислоты 42,0% и нагревают до температуры (40 ± 5)^oC, затем в колбу загружают отходы латунной стружки в количестве 80 г, отходы медной стружки в количестве 60 г и отходы бронзовой стружки в количестве 20 г. Загрузка стружки металлов производится постепенно небольшими порциями в течение 3 5 ч. Далее процесс ведут аналогично имеру 1.

Анализы отвердителя: условная вязкость по вискозиметру ВЗ-246 (сопло 4 мм) при температуре (20,0 ± 0,5)^oC, с 14,0; концентрация водородных ионов (рН) 1,2; массовая доля азотнокислой меди [Cu(NO₃)₂ • 3H₂O] 23,0.

Пример V.

В трехгорлую колбу, снабженную мешалкой, холодильником и термометром, загружают 700 мл 42% азотной кислоты и нагревают до температуры (40 ± 5)^oC, затем в колбу загружают 160 г бронзовой стружки, содержащей 90% меди и 10% олова, постепенно небольшими порциями в течение 3 5 ч и далее ведут процесс в соответствии с примером I.

Анализы отвердителя: условная вязкость по вискозиметру ВЗ-246 (сопло 4 мм) при температуре (20,0 ± 0,5)^oC, с 12,5; концентрация водородных ионов (рН) 1,6; массовая доля азотнокислой меди [Cu(NO₃)₂ • 3H₂O] 24,5.

Показатели качества отвердителя должны быть в пределах: условная вязкость по вискозиметру ВЗ-246 (сопло диаметром 4 мм) при температуре (20,0 ± 0,5)^oC 10 20; концентрация водородных ионов (рН) 0,6 1,8; массовая доля азотнокислой меди [Cu(NO₃)₂ • 3H₂O] не менее 22,0.

Таблицы 1 и 2 поясняют предлагаемое изобретение.

Как видно из представленных в табл. 2 данных, физико-химические показатели нового комплексного отвердителя находятся на уровне известного отвердителя КЧ-41, выбранного в качестве прототипа.

Использование нового комплексного отвердителя в составе песчано-смоляных смесей обеспечивает требуемые прочностные характеристики смесей, позволяющие применять их в нагреваемой оснастке.

Так, разрушающее напряжение при растяжении образцов восьмерок из песчано-смоляной смеси при соотношении карбамидофурановая смола (КФ-90, КАФУР) 2,5 мас.д. предлагаемый комплексный отвердитель 0,5 мас. д. песок 97,0 мас. д, отвержденных в нагреваемой оснастке при температуре 220^oC в течение 30 с, составляет: в горячем состоянии 9,8 кгс/см²; в холодном состоянии 25 кгс/см², что соответствует предъявленным требованиям к связующим для нагреваемой оснастки смоле КФ-90 с отвердителем КЧ-41.

Таким образом, комплексный отвердитель для связующих, например карбамидофурановых смол, обеспечивает получение требуемых прочностных характеристик смеси, позволит расширить ассортимент отвердителей, использовать отходы меди и ее сплавов, ограничить использование дефицитной и дорогой чистой меди для изготовления отвердителей, улучшить экологическую обстановку производств.

Использование: относится к области литейного производства, а именно к составам для стержней и форм, отверждаемых в нагреваемой оснастке. Сущность - комплексный отвердитель получают путем смешения азотнокислой меди, лигносульфоната и воды, причем в качестве азотнокислой меди используют отходы меди и/или ее сплавы, обработанные азотной кислотой, при соотношении ингредиентов, мас. %: водный раствор азотнокислых солей отходов меди и/или ее сплавов с концентрацией азотнокислой меди 40 - 65% (в пересчете на 100%-ную азотнокислую медь Cu(NO₃)₂ • 3 H₂O) - 20 - 30; лигносульфонат технический - 25 - 30; остальное вода. Отвердитель дополнительно может содержать 5 - 8 мас.% карбамида. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Способ получения комплексного отвердителя для связующих, используемых в нагреваемой оснастке для литейного производства, включающий смешивание азотнокислой меди, лигносульфоната и воды при нагревании, отличающийся тем, что азотнокислую медь используют в виде 40-65%-ного водного раствора, полученного из отходов меди и/или ее сплавов, обработанных азотной кислотой, при следующем соотношении компонентов, мас.

40 65%-ный водный раствор азотнокислой меди, полученный из отходов меди и/или ее сплавов, в пересчете на 100%-ную азотнокислую медь Cu(NO₃)₂•3H₂O 20 30
Лигносульфонат технический 25 35
Вода Остальное
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отвердитель содержит карбамид в количестве 5 8 мас.