Дипломная работа: Технологія утилізації нікелю та марганцю у виробництві синтетичних алмазів
Як сировина
використовується графіт і каталізатор. Графіт – мінерал темно–сірого або чорного
кольору, твердість 1–2, щільність 2,2 г/см3, вогнеупорний,
електропровідний, хімічно стійкий, структура шарувата, гексагональна, довжина
між атомами в базисній площині складає 1,42 А, а між атомами сусідніх базисних
3,38 А. (Порівняно великі відстані між базисними площинами, а отже і мала
енергія зв'язку, що обумовлюють здатність графіту залишати сліди при
натисканні).
Графіт одержують також штучно – нагріванням антрациту
без доступу повітря, утворюючи щільні блоки.
Каталізатор – сплав нікелю (40%) з марганцем (60%),
таке співвідношення (евтектичне) відповідає мінімальній температурі плавлення
даного сплаву.
Після сплавки паці піддають гострінню на токарських
верстатах, з метою одержання стружки.
Механічна суміш часточок графіту та каталізатора з
розмірами від 1200 до 100 мкм (у залежності від режиму синтезу) застосовуються
як спорядження.
Матеріалами контейнера можуть служити суміш вапняків,
окислів алюмінію, магнію.
Порошкоподібна суміш графіту й алмаза, що утворилася в
процесі синтезу має різні фізичні і хімічні властивості. Алмази, що одержуються
статичним методом мають більший розмір часток, чим отриманих динамічним методом
і являють собою моно кристали. Вибухові алмази – це частки розміром 20–30 мкм,
що складаються з полікристалів поверхні та мають складну форму. Алмази,
отримані динамічними методами характеризуються більш високою реакційною здатністю.
Алмаз по своєму
хімічному складу є чистим вуглецем, так само як і графіт, що таким чином, є
поліморфними модифікаціями того самого елемента, однак властивості їх різні. Це
пояснюється відмінністю в будівлі їхніх кристалічних структур. Алмаз володіє
кубічними гранецентрованими решітками з відстанями між атомами 0,356 нм. Графіт
має шаруваті гексагональні решітки; відстані між атомами в шарі дорівнює 0,142
нм, а між шарами 0,339 нм. Такі великі відстані між шарами обумовлюють
слабість хімічного зв'язку по цьому напрямку, завдяки чому графіт є пухкою,
м'якою речовиною, шари легко сковзають і відокремлюються друг від друга. Алмаз
же, як відомо, є самим твердим з усіх відомих нам речовин. Ця властивість в
основному визначає цінність алмаза, як матеріалу в найрізноманітніших галузях
промисловості (різці, фрези, абразивні кола, шліфувальні порошки і пасти,
бурові долота і коронки, волоки протягання дроту, пилки для розрізування
каменів).
Щільність алмаза
дорівнює 3,5 г/см3, щільність графіту 2,26 г/см3. Порівняння
цих чисел показує, що одержанню алмаза буде сприяти високий тиск (збільшення
щільності, відповідно до принципу Ле Шател’є).
При низьких
температурах теплоємності графіту та алмазу сильно відрізняються за своїм
значенням, у міру ж підвищення температури ця різниця в їхніх розмірах
зменшується та після Т=600 К значення стають однаковими і складають 16,30
Дж/(моль·К).
Фізико–хімічні
властивості алмазів залежать від наявності в кристалічних решітках атомів
домішок, наявності сторонніх фаз, мікротріщин та інших дефектів. У природних
алмазах домішки знаходяться у виді окремих атомів і їхніх сполучень, а також
входять до складу великих і субмікроскопічних з’єднань різних мінералів.
Домішки металів і неметалів розподіляються по обсягу кристалів нерівномірно, у
поверхневому шарі їхня концентрація вище. Наявність металевих
внутрішньокристалічних з’єднань і поверхневих домішок характеризується
величиною питомої сприйнятливості.
Поверхневі
домішки впливають також на питомий електричний опір алмазу, причому, чим
більше, тим електричний опір менше. Внутрішньокристалічні і поверхневі домішки
істотно погіршують експлуатаційні властивості алмазів. Для видалення домішок
використовують хімічний і термохімічний методи очищення, однак при їхній
допомозі не завжди вдається одержати алмази з високим питомим опором.
Очищений
продукт синтезу.
Розвиток
виробництва синтетичних алмазів привів до того, що вони зайняли домінуюче місце
у виготовленні алмаз –абразивного інструмента.
У новому
стандарті усунуті недоліки, якими страждав попередній ДСТ, а також врахований
багатий вітчизняний і закордонний досвід виробництва синтетичних і природних
алмазів та їхнього застосування, накопичений в останні десятиліття у всіляких
галузях промисловості. Новим ДСТУ передбачені марки алмазних порошків, їхня
зернистість, вимоги до них і методи контролю, гарантуючи відповідності
порошків, що випускаються, цим вимогам.
Стандарт
поширюється на порошки, як із природних, так і синтетичних алмазів, призначений
для виготовлення алмазів абразивного інструмента і застосування в
незакріпленому стані у виді паст і суспензій. Алмазні порошки в залежності від
розміру зерен, методу їхнього одержання і контролю поділяються на дві групи:
шліф порошки, одержувані шляхом розсіву на ситах з контролем зернової сполуки
ситовим методом та мікропорошки, одержані шляхом класифікації з використанням
рідини і контролем зернової сполуки під мікроскопом.
Одержати алмазний
порошок, що складається тільки з зерен одного розміру, не представляє можливим.
Крім основної фракції, що переважає в складі порошку, ДСТ передбачає наявність
побічних фракцій. При цьому зміст зерен основної і побічної фракцій у шліф
порошках встановлюється у відсотках від маси контрольованого порошку, а в
мікропорошках – від загального числа зерен, підданих контролю під мікроскопом.
Новий стандарт
передбачає випуск шліф порошків із синтетичних алмазів п'яти марок: АСО, АСР,
АСВ, АСК, АСС.
АСО – зерна із
шорсткуватою найбільш розвинутою поверхнею, що ріже, і підвищеною крихкістю, що
забезпечує їхнє гарне утримання в зв'язуванні і самозагострювання в процесі
роботи.
Вони володіють
прекрасними властивостями, що ріжуть, працюють з мінімальними витратами енергії
і виділенням тепла. Алмази цієї марки рекомендуються для використання в
інструментах на органічному зв'язуванні з застосуванням охолодної рідини і без
неї.
АСР – зерна з
меншою крихкістю і більшою міцністю, чим зерна АСО, також мають розвиту
поверхню і добре утримуються в зв'язуванні. Рекомендуються для виготовлення
інструмента на металевих і керамічних зв'язуваннях, можуть використовуватися і
для інструмента на органічному зв'язуванні.
АСВ – зерна з
меншою крихкістю, більшою міцністю, мають більш гладку поверхню в порівнянні з
зернами АСО й АСР. Рекомендуються для виготовлення інструмента на органічних
зв'язуваннях, що працюють при підвищених питомих поверхнях.
АСК – зерна з
меншою крихкістю і меншою міцністю в порівнянні з зернами АСО, АСР, АСВ.
Рекомендуються для виготовлення інструмента на твердих металевих зв'язуваннях,
які застосовуються в особливо тяжких умовах роботи – різання й обробки
природного каменю, граніту, мармуру, вапняку, а також інших твердих матеріалів.
АСС – зерна
великої форми, що мають невелику міцність у порівнянні із синтетичними алмазами
всіх перерахованих марок, а також з перерахованими алмазами. Рекомендуються для
виготовлення бурового інструмента, виправлення абразивних кіл, різання й
обробки корунду й інших особливо твердих матеріалів.
Шліф порошки з
природних алмазів випускаються однієї марки – А і призначаються для інструмента
на металевих зв'язуваннях.
Новим стандартом
вперше у світі регламентується міцність зерен шліф порошків із синтетичних алмазів.
При цьому якість шліф порошків із природних алмазів, як звичайно,
характеризується тільки зерновою сполукою, а шліф порошків із синтетичних
алмазів – зерновою сполукою і міцністю.
Міцність на стиск
шліф порошків із синтетичних алмазів варіюються в широких бокових вівтарях.
Наприклад, для зернистості 160/125 міцність зерен алмаза марок АСО, АСР, АСК і
АСС виражається співвідношенням 1,00:2,14:2,96:5,35:10,70. Це дозволяє для
кожного конкретного випадку обрати оптимальну марку алмаза і тим самим значно збільшити
ефективність використання синтетичних алмазів і розширити сферу їхнього
застосування.
Алмазні порошки у
відповідність з новим ДСТУ випускаються таких марок: АСМ і АСН – із синтетичних
алмазів; АМ і АН – із природних алмазів.
Мікропорошки
марок АСМ і АМ – нормальної абразивної здатності; рекомендуються для
виготовлення алмаз–абразивного інструмента, паст і суспензій, для обробки
твердих сплавів, скла, кварцу, порцеляни, германія, кремнію й інших найбільш
твердих і тендітних матеріалів. А також обробки деталей сталі, чавуна,
кольорових металів і сплавів інших усіляких матеріалів, при необхідності
одержання чистоти поверхні 9–14 класів.
Мікропорошки
марок АСН і АН мають підвищену абразивну здатність і рекомендуються в основному
для виготовлення інструмента, паст і суспензій, застосовуваних при обробці
кристалів природних (брильянтових і інструмента) і синтетичних алмазів,
корунду, рубіна, спеціальної кераміки й інших понад твердих, тендітних важко
оброблювані матеріали.
Новим ДСТ також
вперше у світовій практиці регламентується абразивна здатність мікропорошків із
природних і синтетичних алмазів і шорсткість обробленої ними поверхні.
Мікропорошки
зернистістю 3/2 і 1/0 перевірці на абразивну здатність не піддаються і
випускаються тільки марок АСМ і АМ.
Перевірці
мікропорошків на шорсткість обробленої ними поверхні перевіряється при обробці
твердого сплаву Т15ДО6 чи ВК6 за ДСТ 3882-67. Досягається при цьому шорсткість
поверхні і клас чистоти незалежно від марки мікропорошку повинні бути не нижче
прийнятих за ДСТ.
Домішки в
природних і синтетичних шліф порошках не повинні перевищувати 1,5 %, а в
мікропорошках – 2,5 %. Вміст вологи в шліф і мікропорошках і із синтетичних, і
природних алмазів не допускається більш 0,2 %.
Новий стандарт
передбачає наступні позначення шліф і мікропорошків: марка алмаза, величина
зернистості і ДСТ 9206–70.
Як приклади
приводяться умовні позначки шліф порошків із синтетичного алмаза АСО
зернистістю 125/100, природного алмаза А зернистістю 400/250 і мікропорошку АСН
зернистістю 10/7.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23 |