Nghiên cứu chế tạo vật liệu bọc lót đường ống chịu nhiệt chịu hóa chất và ứng dụng trong công nghiệp

MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT .v DANH MỤC CÁC BẢNG vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ix MỞ ĐẦU Chương 1: TỔNG QUAN 1.1.TỔNG QUAN VỀ ĂN MÕN VÀ MÀI MÕN CÁC ĐƯỜNG ỐNG TRONG CÔNG NGHIỆP .2 1.1.1.Ảnh hưởng mơi trường khí 1.1.2 Các tác nhân gây ăn mòn 1.2 TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU BỌC LÓT ĐƯỜNG ỐNG TRONG CÔNG NGHIỆP 1.2.1 Vật liệu 10 1.2.2 Lớp phủ chống ăn mòn 10 1.3 NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU MỚI CĨ TÍNH NĂNG CHỊU NHIỆT, CHỊU HÓA CHẤT LÀM VẬT LIỆU BỌC LÓT ĐƯỜNG ỐNG 15 1.3.1.Thành phần tính chất vật liệu chịu nhiệt, chịu hóa chất .15 1.3.2.Cơ sở hóa lý vật liệu chịu nhiệt, chịu hóa chất alumosilicat 16 1.3.3.Cơ sở hóa lý chế tạo nguyên liệu samốt 18 1.3.4 Công nghệ sản xuất vật liệu gốm chịu axit giới Việt Nam18 1.3.4.1 Công nghệ sản xuất vật liệu gốm chịu axit giới 18 1.3.4.2 Công nghệ sản xuất gốm chịu axit Việt Nam 24 1.3.5 Cơ sở hóa lý chế tạo keo phốt phát nhôm 25 Chương 2: PH NG PHÁP NGHI N C U 28 2.1 PHƯ NG PHÁP XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN HÓA HỌC TRONG NGUYÊN LIỆU ĐẦU 28 2.1.1 Hoá chất, thuốc thử 28 2.1.2 Thiết bị, dụng cụ 31 i 2.1.3 Chuẩn bị mẫu thử 32 2.1.4 Xác định hàm lượng silic dioxit (SiO2) 33 2.1.4.1 Nguyên tắc .33 2.1.4.2 Cách tiến hành 33 2.1.4.3 Tính kết 33 2.1.5 Xác định hàm lượng sắt (III) oxit (Fe2O3) .34 2.1.5.1 Nguyên tắc .34 2.1.5.2 Cách tiến hành 34 2.1.5.3 Tính kết 34 2.1.6 Xác định hàm lượng canxi oxit (CaO) 34 2.1.6.1 Nguyên tắc .34 2.1.6.2 Cách tiến hành 35 2.1.6.3 Tính kết 35 2.1.7 Xác định hàm lượng nhôm oxit (Al2O3) 36 2.1.7.1 Nguyên tắc .36 2.1.7.2 Cách tiến hành 36 2.1.7.3 Tính kết 37 2.1.8 Thành phần dung dịch keo phốt phát nhôm 37 2.2 CHẾ TẠO M U VẬT LIỆU .37 2.3 KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN C TÍNH CỦA VẬT LIỆU .38 2.3.1 Khảo sát t lệ thành phần keo với nguyên liệu rắn 38 2.3.2 Khảo sát t lệ thành phần pha rắn phối liệu 39 2.3.3 Khảo sát ảnh hưởng kích thước hạt đến cường độ vật liệu 41 2.4 NGHIÊN CỨU THÀNH PHẦN PHA TRONG VẬT LIỆU 42 2.4.1 PHƯ NG PHÁP PH N TÍCH PHỔ HỒNG NGOẠI IR 42 2.4.2 Phương pháp nhi u xạ tia X (XRD .43 ii 2.5 KHẢO SÁT ĐỘ BỀN AXIT CỦA M U POLYME VỚI PHỤ GIA CAO LANH VÀ NA2SIF6 .44 Chương 3: ẾT QUẢ THỰC NGHI M V BI N LU N 45 3.1 HÀM LƯ NG CÁC OXIT TRONG NGUYÊN LIỆU ĐẦU .45 3.1.1 Thành phần hóa học cao lanh Ph Thọ 45 3.1.2 Thành phần hóa học thành phần pha samốt .45 3.1.3 Thành phần hóa học đất s t Chí Linh - Hải Dương 46 3.1.4 Thành phần hóa học tính chất keo (polyme phốt phát nhôm .46 3.2 ẢNH HƯỞNG CỦA LƯ NG KEO ĐẾN CƯỜNG ĐỘ CỦA VẬT LIỆU 47 3.3 ẢNH HƯỞNG CỦA T LỆ PHA RẮN ĐẾN CƯỜNG ĐỘ CỦA VẬT LIỆU 54 3.4 ẢNH HƯỞNG CỦA KÍCH THƯỚC HẠT ĐẾN CƯỜNG ĐỘ CỦA VẬT LIỆU .56 3.5 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THÀNH PHẦN VẬT LIỆU VÀ NHIỆT ĐỘ NUNG ĐẾN CẤU TRÖC VẬT LIỆU .59 3.6 ĐỘ BỀN AXIT CỦA M U POLYME VỚI PHỤ GIA CAO LANH VÀ NA2SIF6 67 3.7 NGHIÊN CỨU PHỤ GIA CHỊU AXIT LÀ SAMỐT NH N TẠO .68 3.7.1.Nghiên cứu vữa chịu axit từ samốt nhân tạo, polyme M4 Na2SiF6 68 3.7.2 Nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng polyme đến độ bền axit vữa tổng hợp 70 3.7.3 Nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng phenpat đến độ bền axit vữa tổng hợp 70 3.8 NGHIÊN CỨU PHỤ GIA CHỊU AXIT LÀ CAO LANH 71 3.8.1 Nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng polyme đến độ bền axit vữa tổng hợp 71 iii 3.8.2 Nghiên cứu ảnh hưởng kích thước hạt cao lanh đến độ bền axit vữa tổng hợp .73 3.8.3 Nghiên cứu ảnh hưởng phenpat đến độ bền axit vữa tổng hợp 74 3.9 ỨNG DỤNG VẬT LIỆU CHỊU NHIỆT, CHỊU HÓA CHẤT VÀO BỌC LÓT ĐƯỜNG ỐNG .75 KẾT LU N 77 T I LI U TH M HẢO 78 iv D NH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT EDTA : Disodium Ethylendiamin Tetraacetic axit dihydrat Na2H2C10H12O8N2.2H2O IR : Phân tích phổ hồng ngoại ( Infrared) XRD : Nhi u xạ tia X ( X – Ray diffraction) SEM : Ảnh hiển vi điện tử qu t ( Scanning Electron Microscope) SSC : Nứt ứng suất ( Sulfide Stress Cracking v D NH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1-1 Giới hạn nhiệt độ sử dụng loại vật liệu .11 Bảng 1-2 Bề dày tối thiểu lớp PE 12 Bảng 1-3 Thành phần tính chất đất s t Liên Xô 20 Bảng 1-4 Thành phần hóa học gốm chịu axit Trung Quốc Liên Xô 20 Bảng 1-5 Thành phần cỡ hạt nguyên liệu theo phương pháp bán khô 22 Bảng 1-6 Thành phần hoá học nguyên liệu sản xuất gốm chịu axit 24 Bảng 1-7 Thành phần hóa học gốm chịu axit Viện Vật liệu xây dựng .25 Bảng 1-8 Tính gốm chịu axit Viện Vật liệu xây dựng .25 Bảng 2-1 Thành phần oxit cao lanh Ph Thọ 45 Bảng 2-2 Thành phần oxit thành phần pha samốt .45 Bảng -3 Thành phần oxit đất s t Chí Linh - Hải Dương .46 Bảng 2-4 Một số tiêu polyme phốt phát nhôm* 47 Bảng 3-1 Cường độ vật liệu lượng keo thay đổi với samốt đất s t 48 Bảng 3-2 Cường độ vật liệu lượng keo thay đổi với samốt cao lanh 48 Bảng 3-3 Cường độ vật liệu lượng keo thay đổi với samốt đất s t 48 Bảng 3- Cường độ vật liệu lượng keo thay đổi với samốt cao lanh 49 Bảng 3-5 Cường độ vật liệu lượng keo thay đổi với samốt đất s t 49 Bảng 3- Cường độ vật liệu lượng keo thay đổi với samốt cao lanh 49 Bảng 3-7 Cường độ vật liệu lượng keo thay đổi với samốt đất s t 50 Bảng 3- Cường độ vật liệu lượng keo thay đổi với samốt cao lanh 50 Bảng 4-1 Cường độ vật liệu t lệ thành phần nguyên liệu thay đổi 54 Bảng 4-2 Cường độ vật liệu t lệ thành phần nguyên liệu thay đổi 54 vi Bảng 4-3 Cường độ vật liệu t lệ thành phần nguyên liệu thay đổi 55 Bảng 4-4 Cường độ vật liệu t lê thành phần nguyên liệu thay đổi 55 Bảng 5-1 Cường độ vật liệu t lệ kích thước hạt nguyên liệu thay đổi 57 Bảng 5-2 Cường độ vật liệu t lệ kích thước hạt nguyên liệu thay đổi 58 Bảng 6-1 Độ giảm khối lượng mẫu ngâm H2SO4 10% 68 Bảng 6-2 Độ giảm khối lượng mẫu ngâm H2SO4 80% 68 Bảng 6-3 Độ bền axit vữa tổng hợp từ samốt nhân tạo, polyme M4 Na2SiF6 ngâm H2SO4 80% 69 Bảng 6-4 Ảnh hưởng hàm lượng polyme đến độ bền axit vữa tổng hợp ngâm axit H2SO4 10% .70 Bảng 6-5 Ảnh hưởng hàm lượng polyme đến độ bền axit vữa tổng hợp ngâm axit H2SO4 80% .70 Bảng 6-6 Ảnh hưởng hàm lượng phenpat đến độ bền axit vữa tổng hợp ngâm axit H2SO4 80% .71 Bảng 6-7 Ảnh hưởng hàm lượng keo (mẫu M4 đến độ ăn mòn axit vữa tổng hợp từ Cao lanh (  = 0,04 ÷ 0,08 , phenpat, Na2SiF6 ngâm axit H2SO4 10% 72 Bảng 6-8 Ảnh hưởng hàm lượng keo (mẫu M4 đến độ ăn mòn axit vữa tổng hợp từ cao lanh (  = 0,04 ÷ 0,08 , phenpat, Na2SiF6 ngâm axit H2SO4 80% 72 Bảng 6-9 Ảnh hưởng kích thước hạt cao lanh đến độ ăn mòn axit vữa tổng hợp từ cao lanh, phenpat, Na2SiF6 ngâm H2SO4 10% .73 vii Bảng 6-10 Ảnh hưởng kích thước hạt cao lanh đến độ ăn mòn axit vữa tổng hợp từ cao lanh, phenpat, Na2SiF6 ngâm H2SO4 80% 73 Bảng 6-11 Ảnh hưởng phenpat đến độ ăn mòn axit vữa tổng hợp từ cao lanh, phenpat, Na2SiF6 ngâm axit H2SO4 10% 74 Bảng 6-12 Ảnh hưởng phenpat đến độ ăn mòn axit vữa tổng hợp từ cao lanh, phenpat, Na2SiF6 ngâm axit H2SO4 80% 74 viii D NH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình -1 Sơ đồ q trình ăn mịn mơi trường khí Hình 1-2 Ảnh hưởng nồng độ khí hịa tan đến tốc độ ăn mịn .7 Hình 1-3 Chế độ dịng chảy đặc trưng bên đường ống Hình 1-4 Giản đồ pha hệ hai cấu tử Al2O3 - SiO2 17 Hình 2-1 Mẫu thu 38 Hình 3-1 Phổ IR polyme phốt phát nhôm 47 Hình 3-2: Kết đo cường độ vật liệu theo thực nghiệm 51 Hình 3-3 Ảnh SEM mẫu vật liệu ứng với thực nghiệm 3-2 (a), 3-7 (b), 3-5 (c) 53 Hình 4-1 Quan hệ cường độ vật thành phần phối liệu 56 Hình 5-1 Quan hệ cường độ vật liệu kích thước hạt phối liệu 57 Hình 5-2 Ảnh hưởng t lệ kích thước hạt đến cường độ vật liệu .58 Hình 6-1 IR nguyên liệu samốt 59 Hình 6-2 IR vật liệu với mẫu nghiên cứu M1 60 Hình 6-3 IR vật liệu nung nhiệt độ 9000C mẫu nghiên cứu M1 61 Hình 6-4 XRD vật liệu nghiên cứu 3-5 trước nung 61 Hình 6-5 XRD vật liệu mẫu nghiên cứu M1 62 Hình 6-6 XRD vật liệu nung 9000C mẫu nghiên cứu M1 62 Hình 6-7 XRD vật liệu nung 13000C mẫu nghiên cứu M1 63 Hình 6-8 IR vật liệu mẫu nghiên cứu M2 63 Hình 6-9 IR vật liệu nung nhiệt độ 9000C mẫu nghiên cứu M2 64 Hình 6-10 IR vật liệu nung nhiệt độ 13000C mẫu nghiên cứu M2 64 Hình 6-11 XRD mẫu vật liệu M2 .65 Hình 6-12 XRD vật liệu nung nhiệt độ 9000C mẫu nghiên cứu M2 .65 Hình 6-13 XRD vật liệu nung nhiệt độ 13000C mẫu nghiên cứu M2 66 Hình 6-14 Ảnh SEM bề mặt mẫu vật liệu M1 sau nung 1300oC 67 Hình 6-15 Vật liệu bọc lót đường ống chịu nhiệt chịu hóa chất 76 ix MỞ ĐẦU Trong công nghiệp, đường ống giữ vai trị quan Tùy thuộc vào mơi trường làm việc, nhiệt độ, áp suất, thành phần chất có phương án lựa chọn vật liệu khác Hiện nay, đường ống làm từ vật liệu kim loại sử dụng rộng rãi hầu hết nhà máy cơng nghiệp có độ cứng chắc, bền nhiều điều kiện, d chế tạo, lắp đặt, sửa chữa Tuy nhiên vật liệu kim loại bộc lộ nhược điểm d bị ăn mịn, chịu mài mịn khơng cao, khả cách nhiệt k m thực tế sử dụng người ta có kỹ thuật bảo vệ đường ống khác phương pháp điện hóa, phương pháp hóa học, phương pháp bọc vật liệu cách ly Vật liệu bọc lót đường ống lớp vật liệu mỏng có tính đặc biệt cách âm, cách nhiệt tốt, chịu hóa chất ăn mịn, chịu mài mịn số tính khác Với phát triển nhanh loại vật liệu năm gần ch ng ta nghiên cứu, chế tạo vật liệu nhằm mục đích sử dụng làm vật liệu bọc lót đường ống nhà máy công nghiệp Với tất lí trên, tơi lựa chọn đề tài có tên: “Nghiên cứu chế tạo vật liệu bọc lót đường ống chịu nhiệt, chịu hóa chất ứng dụng cơng nghiệp” với mong muốn góp phần vào việc sử dụng hợp lí tạo giá trị cao từ nguồn ngun liệu khống sản nước Mục đích luận văn nghiên cứu để điều chế vật liệu bọc lót đường ống chịu nhiệt, chịu hóa chất từ nguồn ngun liệu samơt alumosilicat kết hợp với đất s t, cao lanh Để khảo sát lựa chọn đơn phối liệu, tác giả sử dụng samôt alumosilicat với cỡ hạt khác kết hợp với đất s t, cao lanh Tiếp theo sử dụng polyme vô aluminum phosphate làm chất liên kết sau tiến hành tạo hình phương pháp p bán khô đem sấy nhiệt độ 2000C thời gian 10h thu sản phẩm Trong phương pháp cần phải chuẩn bị nguyên liệu samot có độ chịu nhiệt sở alumosilicat, để có samot phải nung nhiệt độ 14500C ÷15000C sau đem nghiền với cỡ hạt khác Tận dụng gạch phế samôt, gốm sứ nghiền với cỡ hạt khác trộn với samôt nung với t lệ 1:1 Polyme vô aluminum phosphate tạo cho axit phốt phoric phản ứng với hydroxit nhơm nhiệt độ 600C ÷ 700C thiết bị có khuấy trộn với thời gian khoảng Phổ XRD mẫu vật liệu M2 chưa nung (hình 6-12) nung 900oC (hình 6-13) 1300oC (hình 6-14) tương tự phổ XRD mẫu M1 Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - M8 400 3Al2O3.2SiO2 300 d=3.391 d=4.099 cristobalite d=1.382 d=1.375 d=1.476 d=1.463 d=1.443 d=1.525 d=1.710 d=1.692 d=1.673 d=1.921 d=1.840 d=1.741 d=2.088 d=2.210 d=2.123 d=2.384 d=2.885 d=2.293 d=2.696 d=3.481 d=3.252 d=3.777 d=3.675 d=4.261 100 d=1.603 d=2.551 d=3.430 d=3.343 200 d=5.401 Lin (Cps) corundon 15 20 30 40 50 60 2-Theta - Scale File: Huy M8.raw - Type: Locked Coupled - Start: 15.000 ° - End: 69.990 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 0.3 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 12 s - 2-Theta: 15.000 ° - Theta: 7.500 ° - Chi: 0.00 ° - Phi: 00-015-0776 (I) - Mullite, syn - Al6Si2O13 - Y: 61.31 % - d x by: - WL: 1.5406 - Orthorhombic - a 7.54560 - b 7.68980 - c 2.88420 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Primitive - Pbam (55) - 167 00-046-1212 (*) - Corundum, syn - Al2O3 - Y: 55.62 % - d x by: - WL: 1.5406 - Rhombo.H.axes - a 4.75870 - b 4.75870 - c 12.99290 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 120.000 - Primitive - R-3c (167) 01-089-3607 (C) - Cristobalite beta (high) - SiO2 - Y: 93.95 % - d x by: - WL: 1.5406 - Cubic - a 7.07000 - b 7.07000 - c 7.07000 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Primitive - P213 (198) - - 01-078-2315 (C) - Quartz - SiO2 - Y: 65.80 % - d x by: - WL: 1.5406 - Hexagonal - a 4.91239 - b 4.91239 - c 5.40385 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 120.000 - Primitive - P3221 (154) - - 112.933 - Hình 6-11 XRD mẫu vật liệu M2 Faculty of Chemistry, HUS, VNU, D8 ADVANCE-Bruker - T7 600 3Al2O3.2SiO2 cristobalite d=4.102 500 corundon d=1.375 d=1.406 d=1.443 d=1.463 d=1.526 d=1.603 d=1.741 d=1.896 d=1.794 d=2.207 d=2.123 d=2.087 d=2.293 d=2.429 d=2.381 d=2.884 100 d=2.549 200 d=2.697 d=3.486 d=3.430 d=3.390 300 d=5.404 Lin (Cps) 400 15 20 30 40 50 60 2-Theta - Scale Hình 6-12 XRD vật liệu nung nhiệt độ 9000C mẫu nghiên cứu M2 File: Huy T7.raw - Type: Locked Coupled - Start: 15.000 ° - End: 69.990 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 0.3 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 15 s - 2-Theta: 15.000 ° - Theta: 7.500 ° - Chi: 0.00 ° - Phi: 00-015-0776 (I) - Mullite, syn - Al6Si2O13 - Y: 55.27 % - d x by: - WL: 1.5406 - Orthorhombic - a 7.54560 - b 7.68980 - c 2.88420 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Primitive - Pbam (55) - 167 00-046-1212 (*) - Corundum, syn - Al2O3 - Y: 31.84 % - d x by: - WL: 1.5406 - Rhombo.H.axes - a 4.75870 - b 4.75870 - c 12.99290 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 120.000 - Primitive - R-3c (167) 01-089-3607 (C) - Cristobalite beta (high) - SiO2 - Y: 70.58 % - d x by: - WL: 1.5406 - Cubic - a 7.07000 - b 7.07000 - c 7.07000 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Primitive - P213 (198) - - 01-078-2315 (C) - Quartz - SiO2 - Y: 18.08 % - d x by: - WL: 1.5406 - Hexagonal - a 4.91239 - b 4.91239 - c 5.40385 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 120.000 - Primitive - P3221 (154) - - 112.933 - 65 3Al2O3.2SiO2 Faculty of Chemistry, HUS,cristobalite VNU, D8 ADVANCE-Bruker - NM8 1000 d=4.101 900 800 corundon 700 500 d=3.389 Lin (Cps) 600 d=1.376 d=1.354 d=1.461 d=1.526 d=1.602 d=1.654 d=1.742 d=1.695 d=1.843 d=2.123 d=2.087 d=2.294 d=1.889 d=2.208 d=2.544 d=2.512 d=2.432 d=2.381 d=2.886 d=2.826 100 d=3.164 200 d=3.346 d=3.486 300 d=2.696 d=5.396 d=3.429 400 15 20 30 40 50 60 2-Theta - Scale Hình 6-13 XRD vật liệu nung nhiệt độ 13000C mẫu nghiên cứu M2 File: Huy NM8.raw - Type: Locked Coupled - Start: 15.000 ° - End: 69.990 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 0.3 s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 15 s - 2-Theta: 15.000 ° - Theta: 7.500 ° - Chi: 0.00 ° - Phi: 00-015-0776 (I) - Mullite, syn - Al6Si2O13 - Y: 32.54 % - d x by: - WL: 1.5406 - Orthorhombic - a 7.54560 - b 7.68980 - c 2.88420 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Primitive - Pbam (55) - 167 00-046-1212 (*) - Corundum, syn - Al2O3 - Y: 13.57 % - d x by: - WL: 1.5406 - Rhombo.H.axes - a 4.75870 - b 4.75870 - c 12.99290 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 120.000 - Primitive - R-3c (167) 01-089-3607 (C) - Cristobalite beta (high) - SiO2 - Y: 44.42 % - d x by: - WL: 1.5406 - Cubic - a 7.07000 - b 7.07000 - c 7.07000 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 90.000 - Primitive - P213 (198) - - 01-078-2315 (C) - Quartz - SiO2 - Y: 14.10 % - d x by: - WL: 1.5406 - Hexagonal - a 4.91239 - b 4.91239 - c 5.40385 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 120.000 - Primitive - P3221 (154) - - 112.933 - Nghiên cứu trạng thái bề mặt vật liệu qua ảnh hiển vi điện tử qu t (SEM) mẫu M1 nung 1300oC nhận thấy điều kiện nhiệt độ cao, thành phần phối liệu liên kết chặt với thông qua chất kết dính hệ keo phốt phát nhơm (hình 6-15) 66 Hình 6-14 Ảnh SEM bề mặt mẫu vật liệu M1 sau nung 1300oC Ảnh SEM hình 6-15 cho thấy rõ hạt phối liệu biên giới hạt Thông thường chất kết dính để tạo vật liệu cần phải có lực p lớn, sau p tạo vật liệu phải sấy khơ nung thiêu kết hạt phối liệu có khả dính kết tạo tính tốt cho vật liệu Trong nghiên cứu ch ng thành công chế tạo vật liệu từ hạt phối liệu samốt, cao lanh đất s t keo phốt phát nhôm Quá trình p tạo vật liệu khơng cần lực p lớn, vật liệu tạo thành sau để khô đạt tính cho xây dựng Trong q trình sử dụng, tác dụng nhiệt độ môi trường làm việc vật liệu thiêu kết trở nên rắn Chất kết dính vơ chịu nhiệt sở polyme phốt phát nhôm làm cầu nối liên kết hạt phối liệu vật liệu 3.6 Độ bền axit mẫu Polyme với phụ gia cao lanh Na2SiF6 Do thời gian có hạn khảo sát độ giảm khối lượng mẫu ngâm dung dịch H2SO4 10% 40% mẫu có độ bền n n cao tương ứng với 67 mẫu keo M4 – M7 kết khảo sát trình bày bảng 6-1 6-2 Lượng phụ gia Na2SiF6 sử dụng 2% so với tổng phối liệu rắn Bảng 6-1 Độ giảm khối lượng mẫu ngâm H2SO4 10% Mẫu Độ giảm khối lượng, % Sau ngày Sau ngày Sau ngày M4 phụ gia 1,2 2,5 3,28 phụ gia 1,3 3,37 4,7 M6 phụ gia 1,1 2,35 3,15 M7 phụ gia 0,9 2,2 2,98 M5 Bảng 6-2 Độ giảm khối lượng mẫu ngâm H2SO4 80% Mẫu Độ giảm khối lượng, % Sau ngày Sau ngày Sau ngày M4 phụ gia 4,7 6,8 8,1 phụ gia 4,02 5,25 6,37 M6 phụ gia 3,8 5,4 6,2 M7 phụ gia 3,3 4,9 5,8 M5 Theo kết khảo sát độ giảm khối lượng mẫu M4 – M7 hai dung dịch axit H2SO4 10% 80% nhiệt độ phòng cho thấy sau ngày ngâm axit độ giảm khối lượng mẫu tăng tất mẫu song mức độ tăng không giống phụ thuộc vào chất mẫu thành phần polyme dùng làm chất liên kết, ngâm axit 10% có độ giảm khối lượng nhỏ so với axit đặc (80% Trong mẫu thí nghiệm cho thấy mẫu polyme M4 có độ giảm khối lượng nhỏ so với mẫu khảo sát, giảm tối đa 5,8% sau ngày ngâm H2SO4 80% 3.7 Nghiên c u phụ gia chịu axit samốt nhân tạo 3.7.1 Nghiên c u vữa chịu axit từ samốt nhân tạo, polyme M4 Na2SiF6 68 Để khảo sát độ bền axit vữa chế tạo polyme M4 với chất đóng rắn Na2SiF6 phụ gia chịu axit bột samốt nhân tạo Ch ng tơi thử nghiệm với lượng chất đóng rắn 2,5gam lượng bột samốt nhân tạo thay đổi từ 88 gam đến 92 gam với 25ml polyme M4 Độ giảm khối lượng mẫu axit H2SO4 80% sau thời gian đóng rắn ngày, 14 ngày 28 ngày trình bày bảng 6-3 Bảng 6-3 Độ bền axit vữa tổng hợp từ samốt nhân tạo, polyme M4 Na2SiF6 ngâm H2SO4 80% Ký hiệu Polyme Samốt Na2SiF6 mẫu M4, ml g g D1 25 88 2,5 D2 25 90 D3 25 92 Độ giảm khối lượng, % Sau ngày Sau 14 ngày Sau 28 ngày 11,54 14,36 14,5 2,5 10,5 12,4 10,4 2,5 9,6 10,0 9,6 Kết bảng 6-3 cho thấy thay đổi cao lanh bột samốt nhân tạo với khối lượng tương tự độ giảm khối lượng mẫu vữa tổng hợp ngâm axit 80% Sau ngày, 14 ngày 28 ngày cho thấy cố định polyme M4 chất đóng rắn Na2SiF6 nêu bảng độ bền axit mẫu thay đổi thay đổi lượng bột samốt từ 88gam đến 92gam với 2,5gam Na2SiF6 25ml polyme M4, tăng lượng bột samốt độ bền axit tăng lên, thử độ giảm khối lượng lượng cao lanh độ bền axit vữa với bột samốt nhân tạo k m so với bột cao lanh khơng có bột phenpat Với cao lanh sau 28 ngày độ giảm khối lượng 9,96% so với 14,5% dùng 88gam cao lanh với 2,5gam Na2SiF6 25ml polyme M4 Điều chứng tỏ phụ gia chịu axit cao lanh có độ bền axit cao bột samốt nhân tạo khả kết dính cao lanh cao độ kết dính samốt nhân tạo Như cho thấy độ kết dính cao tính chịu axit cao Vì thời gian phương tiện có hạn chế xác định độ kết dính samốt nhân tạo nung 11000C Chấp nhận kết ảnh hưởng bột samốt 90÷92gam hỗn hợp chất đóng rắn polyme 69 3.7.2 Nghiên c u ảnh hưởng hàm lượng polyme đến độ bền axit vữa tổng hợp Để khảo sát độ bền axit của mẫu polyme M4 với phụ gia samốt nhân tạo, phenpat chất đóng rắn Na2SiF6 thay đổi lượng polyme M4 phụ gia cố định với lượng 8,5gam phenpat, 2,5gam Na2SiF6 89 gam samốt nhân tạo, cịn lượng polyme 15÷35ml mẫu hỗn hợp khơ phụ gia chất đóng rắn Bảng 6-4 Ảnh hưởng hàm lượng polyme đến độ bền axit vữa tổng hợp ngâm axit H2SO4 10% Kí hiệu M4, ml mẫu samốt Phenpat, g g Na2SiF6 g Độ giảm khối lượng, % Sau Sau 14 Sau 28 ngày P1 15 89 8,5 2,5 5,6 7,2 7,2 P2 25 89 8,5 2,5 4,4 5,9 5,9 P3 30 89 8,5 2,5 5,2 6,9 6,9 P4 35 89 8,5 2,5 8,2 10,3 10,3 Bảng 6-5 Ảnh hưởng hàm lượng polyme đến độ bền axit vữa tổng hợp ngâm axit H2SO4 80% Kí hiệu M4, ml mẫu samốt Phenpat, g g Na2SiF6 % Độ giảm khối lượng, % Sau Sau 14 Sau 28 ngày P1 15 89 8,5 2,5 7,7 9,5 9,6 P2 25 89 8,5 2,5 5,9 6,8 6,8 P3 30 89 8,5 2,5 7,5 8,6 8,7 P4 35 89 8,5 2,5 9,7 11,8 11,8 3.7.3 Nghiên c u ảnh hưởng hàm lượng phenpat đến độ bền axit vữa tổng hợp Khi cố định hàm lượng samốt 90gam hỗn hợp vữa chịu axit chứa 25ml polyme M4 2,5gam Na2SiF6 thay đổi phenpat đem đóng mẫu ngâm 70 axit H2SO4 80% ngày, 14 ngày 28 ngày thu kết độ giảm khối lượng bảng 6-6 Bảng 6-6 Ảnh hưởng hàm lượng phenpat đến độ bền axit vữa tổng hợp ngâm axit H2SO4 80% Ký Polyme Samốt M4, ml g g g M4-D 25 90 M5-D 25 90 M6-D 25 M7-D 25 hiệu mẫu Phenpat Na2SiF6 Độ giảm khối lượng Sau Sau Sau ngày 14 ngày 28 ngày 2,5 11,3 14,8 14,7 2,5 7,6 9,5 9,2 90 2,5 5,9 7,4 7,2 90 10 2,5 6,3 8,9 8,8 Kết thử nghiệm mẫu vữa tổng hợp từ bột samốt, polyme M4 Na2SiF6 phenpat nêu bảng 6-6 Từ kết bảng 6-6 ngâm mẫu axit H2SO4 80% nhiệt độ phòng cho thấy cố định lượng bột samốt 90gam chất đóng rắn 2,5gam với lượng polyme M4 = 25ml cho 100gam bột hỗn hợp độ giảm khối lượng thay đổi lượng phenpat độ giảm khối lượng mẫu thay đổi, độ giảm khối lượng nhỏ mẫu chứa 8gam phenpat, phenpat cao 8gam độ giảm khối lượng lại có xu tăng lên Điều chứng tỏ nên dùng lượng xác định, nhiều không tốt tồn lượng Al2O3 lẫn phenpat Như vữa chịu axit từ polyme M4 phụ gia chịu axit có thành phần khác độ bền axit khác nhau, phải khảo sát thêm ảnh hưởng đồng thời phụ gia đến độ bền axit 3.8 Nghiên c u phụ gia chịu axit Cao lanh 3.8.1 Nghiên c u ảnh hưởng hàm lượng polyme đến độ bền axit vữa tổng hợp Để khảo sát độ bền axit mẫu vữa tổng hợp từ polyme M4 với cao lanh, phenpat, chất đóng rắn Na2SiF6 cố định thay đổi hàm lượng polyme M4 từ 15 71 ÷35ml polyme /100gam hỗn hợp khơ phụ gia chất đóng rắn Kết sau ngày, 14 ngày 28 ngày ngâm H2SO4 10% 80% nêu bảng 6-7 6-8 Bảng 6-7 Ảnh hưởng hàm lượng keo (mẫu M4) đến độ ăn mòn axit vữa tổng hợp từ Cao lanh (  = 0,04 ÷ 0,08 , phenpat, Na2SiF6 ngâm axit H2SO4 10% Kí hiệu M4, Cao mẫu ml/100g lanh hh khô g Q1 15 88,5 9,0 Q2 25 88,5 Q3 30 Q4 Q5 Phenpat, g Na2SiF6 Độ giảm khối lượng, % Sau Sau 14 Sau 28 ngày 2,5 5,35 6,46 6,9 9,0 2,5 4,36 6,3 6,6 88,5 9,0 2,5 4,2 5,65 5,65 35 88,5 9,0 2,5 4,12 5,96 6,01 40 88,5 9,0 2,5 5,35 6,37 6,39 g Bảng 6-8 Ảnh hưởng hàm lượng keo (mẫu M4) đến độ ăn mòn axit vữa tổng hợp từ cao lanh (  = 0,04 ÷ 0,08 , phenpat, Na2SiF6 ngâm axit H2SO4 80% Kí M4, Cao hiệu ml/100g lanh mẫu hh khô g Q1 15 88,5 9,0 Q2 25 88,5 Q3 30 Q4 Q5 Phenpat, g Na2SiF6 Độ giảm khối lượng, % Sau Sau 14 Sau 28 ngày 2,5 7,69 8,64 8,67 9,0 2,5 5,9 7,4 7,57 88,5 9,0 2,5 5,7 6,9 6,9 35 88,5 9,0 2,5 7,19 8,36 8,39 40 88,5 9,0 2,5 10,17 11,89 11,92 g Từ bảng 6-7, 6-8 nhận thấy cố định hàm lượng Cao lanh, phenpat, Na2SiF6 thay đổi hàm lượng polyme M4 độ ăn mòn axit vữa biến đổi hàm lượng polyme nhỏ 30 ml/100g hỗn hợp khơ độ ăn mòn axit tăng polyme chưa đủ liên kết hết phần khô, làm phần khô tan Khi hàm lượng polyme 72 lớn 30ml/100g hỗn hợp khô độ bền axit giảm polyme điền đầy khoảng trống phần khô phần trống tăng nên axit xâm thực phá hu nhanh Hàm lượng polyme thích hợp 30ml/100g hỗn hợp khơ 3.8.2 Nghiên c u ảnh hưởng kích thước hạt cao lanh đến độ bền axit vữa tổng hợp Để khảo sát độ bền axit mẫu vữa tổng hợp từ polyme M4 với cao lanh, phenpat, chất đóng rắn Na2SiF6 cố định hàm lượng polyme M4, cao lanh, phenpat, chất đóng rắn Na2SiF6 thay đổi kích thước hạt cao lanh Kết sau ngày, 14 ngày 28 ngày ngâm H2SO4 10% 80% nêu bảng 6-9 6-10 Bảng 6-9 Ảnh hưởng kích thước hạt cao lanh đến độ ăn mịn axit vữa tổng hợp từ cao lanh, phenpat, Na2SiF6 ngâm H2SO4 10% Kí hiệu M4, Cao lanh ( mẫu ml/10g hh 88,5%), khô mm R1 R2 R3 Phenpat, Na2SiF6 % % ≤0,04 9,0 0,04÷0,08 0,08÷0,16 Độ giảm khối lượng, % Sau Sau 14 Sau 28 ngày 2,5 3,38 4,45 5,47 9,0 2,5 4,2 5,65 5,65 9,0 2,5 4,85 6,1 6,1 Bảng 6-10 Ảnh hưởng kích thước hạt cao lanh đến độ ăn mòn axit vữa tổng hợp từ cao lanh, phenpat, Na2SiF6 ngâm H2SO4 80% Kí hiệu M4, Cao lanh mẫu ml/10g (88,5%), hh khô mm R1 R2 R3 Phenpat, Na2SiF6 % % ≤0,04 9,0 0,04÷0,08 0,08÷0,16 Độ giảm khối lượng, % Sau Sau 14 Sau 28 ngày 2,5 5,43 6,54 6,56 9,0 2,5 5,7 6,9 6,9 9,0 2,5 10,3 12,12 12,12 Từ số liệu ta nhận thấy cỡ hạt nhỏ độ bền axit tăng Chọn kích thước hạt 0,04÷0,08, cịn kích thước lớn độ bền axit giảm tiếp x c hạt với bị phân tán, nghiền nhỏ 0,04mm độ bền axit 73 thay đổi không nhiều cần lượng nghiền, chi phí sản xuất tốn k m Vì chọn kích thước hạt 0,04÷0,08 3.8.3 Nghiên c u ảnh hưởng phenpat đến độ bền axit vữa tổng hợp Để khảo sát ảnh hưởng phenpat tới độ bền axit mẫu vữa chịu axit sở polyme M4, cao lanh Na2SiF6 với lượng cố định, thay đổi hàm lượng phenpat từ 0÷12% phối liệu khơ ngâm axit H2SO4 10% 80% Kết độ giảm khối lượng ngâm H2SO4 10% 80% nhiệt độ phòng nêu bảng 6-11 6-12 Bảng 6-11 Ảnh hưởng phenpat đến độ ăn mòn axit vữa tổng hợp từ cao lanh, phenpat, Na2SiF6 ngâm axit H2SO4 10% Kí hiệu M4, ml mẫu Cao lanh Phenpat, Na2SiF6 g g g Độ giảm khối lượng, % Sau Sau 14 Sau 28 ngày X1 30 88,5 0,0 2,5 7,7 9,7 9,8 X2 30 88,5 6,0 2,5 5,3 6,7 6,8 X3 30 88,5 9,0 2,5 4,2 5,65 5,65 X4 30 88,5 12,0 2,5 4,9 6,85 6,9 Bảng 6-12 Ảnh hưởng phenpat đến độ ăn mòn axit vữa tổng hợp từ cao lanh, phenpat, Na2SiF6 ngâm axit H2SO4 80% Kí hiệu M4, ml mẫu SiO2 Phenpat, Na2SiF6 g g g Độ giảm khối lượng, % Sau Sau 14 Sau 28 ngày X1 30 88,5 0,0 2,5 11,4 14,2 14,2 X2 30 88,5 6,0 2,5 8,2 9,6 9,7 X3 30 88,5 9,0 2,5 5,7 6,9 6,9 X4 30 88,5 12,0 2,5 6,7 7,4 7,45 Khi cố định kích thước hàm lượng cao lanh, Na2SiF6 polyme M4 cho thấy khơng có phenpat độ bền axit tăng, nhiên độ bền axit tăng mẫu 74 có phenpat tăng đến giới hạn hàm lượng xác định, vượt mức giới hạn độ bền axit giảm thừa phần nhơm có bã khơng liên kết với polyme M4 làm cho kết cấu mẫu không bền d bị xâm thực Như với thành phần phối liệu chọn keo phốt phát nhơm ta tạo vật liệu với tính khoảng 200 kg/cm2, chịu nhiệt, chịu ăn mịn hóa tốt, đáp ứng yêu cầu làm vật liệu cho bọc lót đường ống chịu nhiệt, chịu hóa chất Quá trình nung nhiệt độ cao điều kiện làm việc thực tế tạo cho vật liệu có số liên kết mới, bền chưa nung 3.9 ng dụng vật liệu chịu nhiệt, chịu hóa chất vào bọc lót đường ống Q trình nghiên cứu đưa công thức phối liệu để chế tạo vật liệu có khả chịu nhiệt, chịu ăn mịn hóa với t lệ phối trộn sau: - T lệ phối liệu 85% samốt, 12% đất s t, 3% cao lanh chế tạo vật liệu có cường độ cao - Kích thước hạt: Samốt gồm có 50% hạt có kích thước nhỏ 0,5mm, 35% hạt có kích thước từ 0,5÷1mm, 15% hạt có kích thước từ 1÷3mm - Lượng keo sử dụng 160 ml cho 2000 gam nguyên liệu rắn Sử dụng phối liệu để chế tạo vật liệu bọc lót đường ống chịu nhiệt chịu hóa chất Trong quy mơ phịng thí nghiệm, ch ng tơi thử nghiệm chế tạo vật liệu bọc lót bên ống với quy trình sau: Trộn phối liệu theo t lệ xác định trên, sau đưa mẫu vào khn (là hai đoạn ống lồng ống có kích thước: đường kính ống ngồi Ø160mm, đường kính ống Ø140mm Phối liệu trộn nhồi vào khoảng không gian hai ống p dọc theo chiều dài đoạn ống ống th p thứ ba có chiều dày đ ng khoảng cách hai ống Sau p xong, tiến hành r t ống phần vật liệu bọc lót bám dính tốt với bề mặt kim loại phía ống Ø160mm hình (Hình 6.15) 75 Hình 6.15 Vật liệu bọc lót đường ống chịu nhiệt chịu hóa chất Do vật liệu có tính dẻo tốt kết dính cao nên q trình tạo hình vật liệu khơng q khó khăn Trong điều kiện thực tế ta sử dụng vật liệu vào việc bọc lót phía ngồi đường ống, bể chứa Với việc bọc lót phía trong, sau trộn vật liệu theo t lệ xác định, ta tiến hành trát lót phía đường ống, bể chứa có đường kính lớn Với việc bọc lót phía ngồi ta tiến hành việc tạo khuôn cho đường ống, bể chứa sau tiến hành lót ngồi 76 ẾT LU N Đã nghiên cứu điều chế vật liệu chịu nhiệt, chịu hóa từ hạt phối liệu samốt, cao lanh đất s t keo phốt phát nhơm với t lệ kích thước hạt sau: - T lệ phối liệu 85% samốt, 12% đất s t, 3% cao lanh chế tạo vật liệu có cường độ cao - Kích thước hạt: Samốt gồm có 50% hạt có kích thước nhỏ 0,5mm, 35% hạt có kích thước từ 0,5÷1mm, 15% hạt có kích thước từ 1÷3mm Đã thí nghiệm, tạo hình đo tính, khảo sát khả chịu nhiệt sản phẩm Đã nghiên cứu độ bền axit sản phẩm với phụ gia riêng rẽ: cao lanh, samốt, phenpat với chất liên kết polyme chất đóng rắn Na2SiF6 với hàm lượng khác cho thấy phụ gia chịu axit tạo vữa có ảnh hưởng khác tới độ bền axit hay độ giảm khối lượng vữa ngâm H2SO4 10% 80% Nhận thấy độ bền axit theo lượng giảm dần từ cao lanh > samốt nhân tạo> phenpat Đã nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời phụ gia cao lanh, samốt, phenpat với chất đóng rắn Na2SiF6 chất liên kết polyme tới độ bền axit vữa tổng hợp từ phụ gia nêu Kết cho thấy phụ gia có mặt đồng thời vữa tổng hợp chịu axit có độ bền axit khác thay đổi thành phần tổ hợp vữa tổng hợp, độ bền axit thay đổi chọn tổ hợp với chất liên kết polyme M4 với hỗn hợp cao lanh, phenpat chất đóng rắn Na2SiF6 Đã chế tạo vật liệu bọc lót chịu nhiệt chịu axit phịng thí nghiệm theo phương pháp nhồi phối liệu p tạo hình 77 T I LI U TH M HẢO NH Ray (1978) Inorganic polymer London-New York – San Francisco Patty Wisan-Neilson, Harry R Acool, Knneth J Wynne (1993) Inorganic and Organometallic polymer II Denvercoloraclo D N Hunter (1963) Inorganic polymer Plack scientific publictications Oxford J.A.Brydson (1989) Plastic materials London Butter Worth Valeria F.F.Barbosa, Kenneth J.D.Mackenzie, Clio Thaumaturgo (2000) Synthesis and charaterization of material based on inorganic polymer of alumino and silica: Sodium polymer Internation journal of inorganic materials Nguy n Đăng Hùng, Công nghệ sản xuất vật liệu chịu lửa, NXB Bách khoaHà Nội, 2006 Lê Thị Hồng Liên, Ăn mòn phá hủy vật liệu kim loại mơi trường khí nhiệt đới Việt Nam, Tạp chí khoa học cơng nghệ, 2012 Nguy n Hữu Ph (2003 , Hóa lý & hóa keo Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội Trịnh Xuân S n, Ăn mòn bảo vệ kim loại, Nhà xuất Đại học Quốc Gia Hà Nội, 2006 10 Nguy n Văn Tư, Ăn Mòn Bảo Vệ Vật Liệu, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội, 2002 11 La Thế Vinh, La Văn Bình, Quan hệ cấu trúc khả bền nhiệt vật liệu polyme phốt phát nhôm, Hội nghị khoa học lần thứ 20 - ĐHBK Hà Nội, 103-105 (2006) 12 La Thế Vinh, La Văn Bình, Cấu trúc polymer phốt phát AlPO4 FePO4, tạp chí Khoa học công nghệ trường đại học kỹ thuật số 62, 6062 (2007) 78 13 La Thế Vinh, Nguy n Thế Dương, Polyme phốt phát nhôm cấu trúc nó, tạp chí Khoa học cơng nghệ trường đại học kỹ thuật số 68, 83-86 (2008) 14 La Thế Vinh, Khả chịu nhiệt bền nhiệt sơn vơ cơ, Tạp chí Hóa học T.48 (4A , Tr 485-488 (2010) 15 La Thế Vinh, Nguy n Thị Hồng Phượng, Nguy n Thế Dương, Trần Thị Thịnh, Khả chịu nhiệt chống cháy sơn vô sở polyme phốt phát nhơm, Tạp chí Hóa học T.49 (2ABC , 809-814, (2011) 16 La Thế Vinh, Tổng hợp Polyme Aluminosilicat từ caolanh dung dịch Na2SiO3, Tạp chí Khoa học cơng nghệ trường đại học kỹ thuật số 89, 92-96 (2012) 17 Vũ Minh Khôi, La Thế Vinh, Nguy n Thị Hồng Phượng, Nguy n Ngọc Hiển, Ảnh hưởng phụ gia SiO2 đến số tính chất sơn vơ sở polyme phốt phát nhơm, Tạp chí Khoa học Công nghệ tập 52(5B 2014, 604-610 18 La Thế Vinh, Nguy n Quang Bắc, Vũ Hoàng Tùng, Phạm Thị Hịa, Phạm Đại Hải, Vật liệu xây dựng khơng nung từ đất đồi chất kết dính vơ cơ, Tạp chí Hóa học tập 52(5A , 2014, 147-150 19 La Thế Vinh, Nguy n Thế Dương, Khảo sát trình nghiền thiết lập quy trình muối - ủ, nghiền hệ sơn vơ chịu nhiệt, Tạp chí Hóa học tập 53(4E2), 2015, 184-188 79 ... tổng hợp vật liệu bọc lót hệ vơ có khả chịu nhiệt, chịu hóa chất Thành phần hóa học vật liệu chịu nhiệt, chịu hóa chất có vai trị quan trọng việc sản xuất loại vật liệu chịu nhiệt, chịu hóa chất. .. có tên: ? ?Nghiên cứu chế tạo vật liệu bọc lót đường ống chịu nhiệt, chịu hóa chất ứng dụng cơng nghiệp? ?? với mong muốn góp phần vào việc sử dụng hợp lí tạo giá trị cao từ nguồn nguyên liệu khoáng... tr c vật liệu ảnh hưởng đến tính chất vật liệu chịu nhiệt, chịu hóa chất Vật liệu sản xuất cần phải thỏa mãn số tính chất sau: - Độ chịu nhiệt, chịu hóa chất khả bền vững vật liệu tác dụng nhiệt