Введение к работе
Актуальность работы. Важнейшая задача современного строительства состоит в повышении качества, эффективности и долговечности строительных конструкций и сооружений, в первую очередь выполненных из металла. Конкретным примером ее решения в промышленности, особенно при строительстве и эксплуатации горнодобывающих предприятий, является разработка эффективных антикоррозионных покрытий. На предприятиях горнодобывающей отрасли в настоящее время эксплуатируется большое количество стационарных наземных металлоконструкций, многочисленный парк машин и оборудования для подземных и открытых работ, отличительной особенностью которых является то, что почти все они изготовлены из черных металлов и их долговечность во многом определяется стойкостью к действию коррозионной среды. Это также относится к гидротехническим сооружениям, выполненным из металла и работающим в контакте с морской водой.
В технике антикоррозионных работ на горнодобывающих предприятиях главным образом используются лакокрасочные, порошковые, полимерные и металлические покрытия изолирующего и барьерного действия. Наибольшее распространение получили лакокрасочные покрытия (ЛКП) на основе органических связующих. При всех преимуществах данного вида защитных покрытий их применение , особенно при работе в подземных условиях, ограничено требованиями экологической чистоты и пожарной безопасности, а также технологичностью использования. Поэтому разработка новых защитных покрытий на неорганической основе, замена дефицитных, токсичных композиций доступными, экологически чистыми и технологичными составами являются актуальными для горнодобывающих и других отраслей промышленности.
Применение водорастворимых силикатов щелочных металлов в качестве связующих для металл-наполненных композиций позволяет повысить технологические характеристики лакокрасочных материалов (ЛКМ), улучшить защитные свойства по-
крытий на их основе и в конечном счете решить важную задачу -получение качественных, экономичных и долговечных антикоррозионных покрытий протекторного действия.
Использование силикатных связующих в составе цинк-на-полненных ЛКМ обеспечивает надежную защиту металлических конструкций, сооружений и технологического оборудования при эксплуатации в слабо- и среднеагрессивных водных и газовых средах, жидких органических и неорганических средах, в морской воде, при высокотемпературном воздействии.
Данная работа - составная часть Программы Минтопэнерго Российской Федерации "Разработать и внедрить новые прогрессивные материалы конструкционного и технологического назначения для отраслей топливно-энергетического комплекса" на 1992-1996 гг., направленная на изыскание и разработку новых защитных покрытий протекторного действия и их применение для антикоррозионной защиты металлоконструкций, в частности на горнодобывающих предприятиях.
Целью работы является разработка антикоррозионных лакокрасочных покрытий протекторного действия с повышенными защитными свойствами и улучшенными технологическими характеристиками рабочих композиций путем использования в качестве связующего силиката лития.
Идея работы заключается в реализации антикоррозионной защиты металлоконструкций, сооружений и технологического оборудования путем применения новых ЛКП протекторного действия на основе силиката лития. В настоящее время в качестве связующих в производстве строительных материалов, в частности ЛКМ, используются силикаты натрия и калия; силикаты лития в отечественной практике не применялись.
Достижение поставленной цели потребовало решения следующих задач:
разработать технологию получения водорастворимых связующих с повышенной стабильностью на основе силиката лития;
установить оптимальный состав связующего на основе силиката лития;
исследовать реологические и пленкообразующие свойства силикатов лития различных кремнеземистых модулей;
- исследовать процесс формирования цинк-наполненных
покрытий на основе силиката лития, установить обобщающий
критерий определения оптимального соотношения компонентов
ЛКМ;
установить зависимость физико-механических и защитных свойств цинк-наполненных покрытий на основе силиката лития от состава связующего и характеристик цинкового порошка; "
разработать состав антикоррозионного Л КМ на основе силиката лития с повышенной жизнеспособностью и улучшенными физико-механическими и защитными свойствами покрытий;
проверить и внедрить разработанный ЛКМ на основе силиката лития для антикоррозионной защиты конструкций и оборудования, работающих в условиях воздействия шахтных сред и морской воды;
- выявить другие области применения разработанных соста
вов силиката лития в технологии строительных материалов.
Научная новизна работы:
теоретически обоснован и экспериментально установлен механизм полимеризации кремнезема в растворах силиката лития, заключающийся в увеличении размера частиц золя с уменьшением их общего числа;
установлена определяющая роль распределения в системе частиц кремнезема по степени полидисперсности при стабилизирующем действии иона лития на реологические свойства силикатных связующих и ЛКМ;
- установлена природа кислородно-водородных груп
пировок в пленках силикатов лития (межслойная молекулярная
вода), обусловливающая термостойкость покрытий до 800С,
прочность и водостойкость;
- предложен метод определения оптимального соотношения
компонентов композиции, отличающийся от известных тем, что
критерием оценки выбрано количество кристаллической фазы в
структуре покрытия и для анализа использован экспрессный и
точный метод рентгенофазового анализа;
- экспериментально установлено свойство самоотвер
ждения покрытий на основе силиката лития, что исключает
использование отверждающих реагентов как дополнительную
технологическую операцию;
- установлены зависимости физико-механических, эксплу
атационных и антикоррозионных показателей цинк-наполнен
ных покрытий от состава силиката лития и характеристик цинко
вого порошка;
выявлено свойство силиката лития снижать температуру обжига кирпича, получаемого из горелой земли литейного производства g. 1300 до 950С при добавке его в количестве 1 мае. % и увеличивать прочность кирпича в 1,5 раза;
выявлено свойство силиката лития улучшать технологические характеристики магнезиального вяжущего с увеличением прочности готового изделия в 1,8 раза при введении его в количестве 5 мас.%.
Практическая значимость:
разработаны состав и технология получения связующего на основе силиката лития, отличающегося высокой стабильностью (более трех лет) при сохранении связующих свойств, в том числе после воздействия низких температур при транспортировке и хранении;
разработан оптимальный состав антикоррозионной композиции на основе силиката лития: силикат лития (кремнеземистый модуль-5, кремнезем в растворе связующего-20 мас.%) -25 мас.%, цинковый порошок (размер частиц - 3-10мкм) -75 мас.%;
разработана технология получения антикоррозионной композиции на основе силиката лития с повышенной жизнеспособностью (48 часов) и самоотверждением покрытия при сокращенном времени сушки в нормальных условиях;
проведена оценка физико-механических и защитных свойств покрытий на основе разработанного ЛК.М в эксплуатационных средах различной агрессивности и определены условия их применения: промышленная атмосфера различных климатических зон, водная среда с рН 4-8, морская вода, нефтепродукты, периодическое воздействие влаги и повышенных температур до 800С;
предложены комбинированные покрытия для антикоррозионной защиты металлоконструкций и сооружений, предполагающие предварительное грунтование защищаемой поверхности цинк-силикатным грунтом с целью увеличения адгезии покровных слоев из органических ЛКМ к металлу и обеспечения электрохимической защиты;
предложен способ повышения технологических и эксплуатационных свойств кирпича и магнезиального вяжущего путем введения в состав шихты или композиции силиката лития;
- разработаны ТУ 7774-12963212-008-92 на связующее
силикат лития "Литином", ТУ 7774-12963212-009-92 на антикор-
розионную силикатную краску "Маринэ". Антикоррозионные и защитно-декоративные ЛКМ на основе силиката лития защищены патентами Российской Федерации.
Внедрение результатов исследований:
1. Организовано производство связующего "Литином" мощ
ностью 1000 т в год на базе ГНИИХТЭОС, г.Москва.
2. Разработанные антикоррозионные покрытия прошли
промышленную апробацию и внедряются на предприятиях
топливно-энергетического комплекса (ТЭК): НПО "Башнефть",
г. Уфа, шахте "Капитальная", г. Вишневогорск, шахте "Красная
горнячка" ПО "Челябинскуголь", и уже внедрены на шахтах АО
"Шахта Октябрьская" ПО"Кузбассуголь", "Калачевская" ПО "Че
лябинскуголь", горнообогатительном комбинате (ГОК), г. Гай.
3. Технология изготовления кирпича из отходов литейного
производства передана для проектирования технологической
линии на Самарский и Краматорский металлургические заводы.
Апробация работы и публикации. Основные положения работы доложены на научных семинарах кафедры химической технологии неорганических полимерных связующих и композиционных материалов технологического института, г. Ленинград, 1991 г., научных семинарах лаборатории профилактических покрытий НИИ открытых горных работ(НИИОГР), г. Челябинск, 1991-1993 гг., семинарах отделения горно-технических проблем и технических советах Института горного дела им. А.А.Скочинско-го, г. Москва, 1992-1993 гг., технических советах НПО "Башнефть", г. Уфа, 1993 г., ГОКа, г. Гай, 1992 г., Самарского металлургического завода, 1992-1993 гг.
По результатам исследований опубликовано 3 печатные работы .получено 3 авторских свидетельства и 2 патента по заявкам на изобретение.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, 2 приложений; изложена на 196 страницах машинописного текста, содержит 30 рисунков, 31 таблицу, список литературы из 121 наименования.
