Способ получения фосфатного связующего Советский патент 1984 года по МПК C04B29/02 

QO

4:;:

IND

СП Изобретение относится к произвол сТВу фосфорсодержащих соединений и может быть использовано при изготовлении высокопрочных огнеупорных изделий с пониженной температурой отверждения. Известен способ получения фосфат ного связующего путем взаимодействия окисей или гидроокисей металлов с фосфорной кислотой при молярном соотношении : ,3-5Cl Недостатками этого способа являются высокая кислотность и неболь шой предкристаллизационный период связукяцих, низкая механическая проч ность и высокая температура отверждения материалов, полученных на их основе. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения фосфатного связующего путем постадийного смешивания фосфорной кислоты и алюмт1нийсодержа1цего компонента при нагревании, причем сначала смешивают часть фосфорной кислоты концентрацией 40-90% и хлористый алюминий при их молярном собтношенин 1:0,9-1,1, а затем вводят оставшуюся часть фосфорной кислоты и гидрат окиси алюминия при их молярном соотношении 0,9:1,1. Всю смесь перемешивают 10-15 мин при 70-100°С 2 . Недостатком этого способа являются небольшой предкристаллизационный период связующего (108 сут), от носительно низкая прочность ( 36,6 МПа) и высокая температура отверждения () полученных мате риалов . Цель изобретения - увеличение предкристаллизационного периода свя зующего и прочности изделий на его основе при снижении температуры их отверждения. Цель достигается тем, что соглас но способу получения фосфатного свя зующего путем перемешивания при нагревании металлсодержащего соединения с фосфорной кислотой при их молярном соотношении 1:0,9-1,1, в качестве металлсодержащего соединения вводят хлорид хрома или гидроокись хрома с соляной кислотой в соотношении Сг(ОН)з :НСг, равном 1:1,21,4, или хлорид и гидроокись хрома, а взаимодействие осуществляют при 60-110 0. 92 Температура синтеза 60-110 С обусловлена необходимостью упаривания раствора при кипении для получения вязкого связующего. Использование хлорида и гидроокиси хрома в качестве металлсодержащего компонента позволяет увеличить предкристаллизационный период связующего до одного года, а также повысить прочность при сжатии огнеупорных материалов на его основе до 78 МПа при снижении температуры отверяздения до 150С. Наличие этих свойств у хромхлорфосфатйого связующего (ХХФС) объясняется комплексообразующим действием ионов хрома в растворе и существованием аморфной фазы в продуктах термообработки связующего в широком интервале температур (20-900с), что способствует увеличению прочности материалов на его основе. Кроме того, материалы на основе ХХФС характеризуются огнеупорностью более 1700°С и приобретают водостойкость после термообработки в течение 2 ч при 80°С или вьщержки в течение двух недель при 20°С. Материалы, приготовленные с использованием связующего, полученного по известному способу, приобретают во } ocтoйкocть после термообработки при 160°С в течение 6ч. Пример 1. К 266,4 г гексагидрата хлорного хрома приливают при перемепшвании 60 мл воды и 68 мл 85,3%-ной ортофосфорной кислоты, что соответствует молярному соотношению : HjPO равному 1:1 и выдерживают при оО°С в течение 10 мин до образования прозрачного раствора. Вязкую жидкость зеленого цвета кипятят при 109-110 С в течение 20 мин до получения раствора плотностью 1,6510 кг/м. Связукнцее представляет собой 52%-ный водньй раствор хлорфосфата хрома и содержит пятиокись фосфора и окись хрома в молярном соотношении, равном 1:1. Предкристагшизационный период полученного связующего более 12 мес. Для оценки прочностных свойств из смеси оптимального по прочностным показателям состава на основе полученного связующего (10 мас.%), воды (10 мас.%) и электрокорунда М-5 (80 мас.%) методом отливки готовят образцы 10x10x10 мм, которые подвергают тепловой обработке, по следу щему режиму: сушка при - 2 ч, нагрев до - 2 ч, выдержка при - 24 ч, нагрев до 2 ч, вьщержка при 150 С - З.ч. Предел прочности образцов при статичес ком сжатии равен 70,7 МПа. Пример 2.139 г дигидрата гидроокиси хрома, измельченного до размера частиц 0,5 мм, добавляют при перемешивании к нагретой до 60°С смеси 103,1 МП 60%-ной . и 110,9 мл 36,6%-нрй НС€, что соответствует молярному соотношению Сг(ОН)з 2Н20 : : НС1 равному 1:0,9:1,4. Затем смесь нагревают до кипения и перемешивают при 104105°С в течение 25 мин до получения вязкого раствора плотностью 1,61 х X . Связующее представляет собой 50%-ный водный раствор хлорфосфата хрома и содержит пятиокись фосфора и окись хрома в молярном соотношении, равном «1:1. Предкристаллизационный период полученного связующего.более 12 мес. Предел прочности образцов при статистическом сжатии 77,2 МПа. Пример 3. То же, что в при мере 2, но гидроокись хрома измельчают до размера, частиц .0,1 мм и реагенты берут в молярном соотношении Сг(ОН)з-2Н20 : НдРО : НСЕ равному 1:1,1:1,2. Предкристаллнзационный период связующего, более 12 мес. Предел прочности образцов при статическом сжатии 78,0 МПа. Пример 4. То же, что в при мере 2, но гидроокись хрома измельчают до размера частиц 0,25 мм тл реагенты берут в молярном соотношении Сг(ОН)з-2Н20 : НдРО : НС1 равному 1:1:1,3. Предкристаллизацио ный.период связующего более 12 мес. Предел прочности образцов при статическом сжатии 77I8 МПа. Пример 5. К 266,4 г гексагидрата хлорного хрома приливают 160 МП воды и 68 мл 85,3%-ной ИзРО что соответствует молярному соотнош нию СгС1з-бН20 : Н2РОд 1:1, и пере мешивают в течение 10 мин при 60 .G до образования прозрачного раствора. Затем добавляют 68 мл 85,3%-ной и 139 г дигидрата гидроокиси хрома, что соответствует молярному отношению Сг(ОН)з .2Н20 : , 1:1. После растворения гидроокиси хрома связующее кипятят при 106-107°С в течение 15 мин до получения раствора плотностью 1,64 г/см . Связующее представляет собой 52%-ньй раствор хлорфосфата хрома и содержит пятиокись фосфора и окись хрома в молярном соотношении, равном 1:1. Предкристаллизационньй период полученного связующего более 12 мес. Предел прочности образцов при статическом сжатии 75,8 МПа. Сопоставительный анализ предпагаемого и известных способов приведен в таблице. Как следует из приведенных данных, по предлагаемому способу получают фосфатное связующее с предкристалпизационным периодом более 12 мес, что в 3,43 раза больше, чем для связующего, полученного по известному способу. Использование связующего, полученного по предлагаемому способу, в составе нагревостойких композиционных материалов позволяет на 12-24% увеличить их прочность по сравнению с прототипом. Температура отверждения материалов огнеупорностью более 1700 С и длительность вьщержки при конечной температуре термообработки в два раза ниже, чем с использованием связующего, полученного по известному способу, а водостойкость материалы могут приобретать после длительной вьщержки при комнатной температуре. Использование предлагаемого способа получения фосфатного связующего позволит получить положительный экономический эффект за счет снижения температуры отверждения материалов, расширения области применения связующих для создания материалов, обладающих высокой прочностью и огнеупорностью. Соотношение peaгентрвТемпература синтеза, °С 60-110 60-105 60-105 Время синтеза, Плотность связующего, кг/м X X ICr 1,61 1,62

Молярное соотношениешение в связующем

Более 12

150

и

70,7

77,2

1:1

3,5

300

77,8

75,8

62,9

78,0 Сг(ОН)зХ Сг(ОН)зхСг(ОН)зХ СгСХд-бН О: -HjPO. X ZKjO: х 2Н20 :х : :Сг(ОН)х : А1(ОН) : t НзРО.: : HjPOv: : .: х 2Н20 : : НзРО. : НС1 : НС1 : НС1 : 1:1:2 1:0,9: 1:1,1: 1:1:1,3 1:1:2 : 1,А : 1,2 70-100 60-105 60-107

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФОСФАТНОГО СВЯЗУЮЩЕГО путем перемешивания при нагревании металлсодержащего соединения, с фосфорной КИ1СЛОТОЙ при их молярном соотношении 1:0,9-1,1, отличающийся тем, что, с целью увеличения предкристаллиза:ционного периода связующего и прочности изделий на его основе при снижении температуры их отверзкдения, в качестве металлсодержащего соединения вводят хлорид хрома или гидроокись хрома с соляной кислотой в соотношении Сг(ОН)2: НС2, равном 1:1,2-1,4j или хлорид и Гидроокись хрома, а взаимодействие осуществляют при бО-ПО С. (Л