авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |   ...   | 9 |

«ФОНД ПЕРВОГО ПРЕЗИДЕНТА РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН СОВЕТ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ ИННОВАЦИОННОЕ РАЗВИТИЕ И ВОСТРЕБОВАННОСТЬ НАУКИ В СОВРЕМЕННОМ КАЗАХСТАНЕ IV ...»

-- [ Страница 5 ] --

Бл мліметтерден композициялы гельдерді таза ПА гельдеріні сорбциялы абілетімен салыстыранда айтарлытай жоары екенін креміз, яни «Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»

композицияларды сорбциялау абілеті бентонит сазы есебінен артып отыр деп орытынды жасауа болады.

A, *10 моль/г A, % 2, 160 8 1, 140 1, 120 1, 1, 1, 0, 4 0, 0, 20 0, 0 0, 48 сагат 0 1 2 3 4 5 6 t=250C;

ТА=0.5 моль, %;

[ЦПБ]=1.10-4 М;

ПА Г (1);

БС-ПА Г (1:10 мас. %) (2), (6);

БС-ПА Г (2:10 мас. %) (3), (7);

БС-ПА Г (5:10 мас. %) (4), (8);

БС (5);

1-5 – пайыз (%);

6-8 – моль/г 1 сурет. ЦПБ-ні композициялы гельдерде сорбциялану кинетикасы Сорбциялы мліметтер бойынша ЦПБ-ны композитте диффузиялану коэффициенті мен таралу коэффициенті есептелді. Таралу коэффициенті сорбатты гель фазасы мен сырты орта арасындаы млшерлеріні атынасы жне сорбентті байланыстыру тиімділігін сипаттайды. 1 кестеде келтірілген мліметтерден ерітінді мен гель фазасы арасында ЦПБ молекулаларыны таралу коэффициенті композит рамындаы БС-ны млшері кбейген сайын артатыны крініп тр. Ал, диффузия коэффициенттері шін байалатын кері задылы байалады, яни БС-ны ісінгіштік асиетіні тмен болуы, сонымен бірге, тыыздыыны да жоары болуы ЦПБ молекулаларына гель фазасыны ішінде диффузиялануын тежейді. Бл кестеден температура жоарылаан сайын таралу коэффициентіні артатынын да байаймыз.

Оны себебін композиттерді температура жоарылаанда артатын ісінгіштік асиетінен іздеу керек [4]. Ісіну абілетіні артуы ЦПБ сорбциясын, ол з кезегінде таралу коэффициентін кбейтіп тр деп пайымдауа болады.

1 кесте - Композитке ЦПБ-ні таралу (Кт) жне диффузия (D·108 м2/с) коэффициенттері (=72 саат;

ТА=0.5 моль. % ;

=6 саат;

[ЦПБ]=1.10-4 М) 25 0C 35 0C 45 0C 55 0C 60 0C БС-ПАК Г 1:10 Кт 4064 5634 6420 8210 D 0,238 - - - 2:10 Кт 4614 7700 9815 12585 D 0,224 - - - 5:10 Кт 4876 11841 16105 21340 D 0,180 - - - Композициялы гельдерді сорбциялы асиетіне температураны серін мына мліметтерден байауа болады. 25 0С-де композициялы гельдерді сорбциялау шамасы БС-ПА Г (5:10 мас. %) шін 44,5 % болса, температураны 60 0С-ге дейін арттыранда аталан композиттерді сорбциялы асиеті шамамен 75 %-а дейін артты. Сонымен атар, бл жмыста композициялы гельдерді сорбциялау абілетіне орта рН-ыны сері зерттелді (2 сурет). рН-ты серін екі трыда арастыру керек:

біріншісі – композитті, ал екіншісі ЦПБ-ні асиетіне байланысты. Бейтарап ортада 136 «Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»





(рН=7) сорбциялы асиетті крт тмендеуі байалды. Олай болу себебі ЦПБ гидролизі тепе-тедігіні тура баыта ыысуы жне аяына дейін жруі, сонымен атар [OH-]-ты концентрациясы артып, гидроксидті диссоциациясын басып тастауынан. Соны нтижесінде ЦПБ бейтарап, зарядсыз кйге кшеді жне оны композитпенэлектростатиканы рекеттесуі болмайды. Сілтілік ортада (рН=9-11) композитті сорбциялы абілетіні артуы композициялы гель мен ЦПБ арасындаы гидрофобты байланыстар есебінен жзеге асады. Бл задылыты келесі мысалдар длелдейді, БС-ПА Г (1:10 мас. %) композитіні ЦПБ-ні сорбциялау дрежесі рН= боланда шамамен 43 %, ал рН=7 мнінде сорбциялау дрежесі шамамен 15 %-а дейін крт тмендеп, эквиваленттік нктеге жетеді жне сілтілік ортада (рН=9) 19 %-а дейін артады.

A, % 25 12 pH 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 t=25°C;

ТА=0.5 моль, % ;

=6 саат;

[ЦПБ]=1.10-4 М;

БС-ПА Г (1:10 мас. %) (1);

БС ПА Г (2:10 мас. %) (2);

БС-ПА Г (5:10 мас. %) (3).

2 сурет. Композициялы гельдерде ЦПБ сорбциясыны рН-а туелділігі БС-ПА негізіндегі композиттерді регенерациялы ммкіндігін арастыру масатында композициялы гельдерді рамына сорбциялы діспен енгізілген ЦПБ ні композиттік матрицадан блініп шыу задылытары зерттелді.

W, % 11, 10, 10, 9, 9, 8, 8, 7, 7, 6, 6, pH 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 t=250C;

ТА=0.5 моль. %;

[ЦПБ]=1.10-4 М;

t=25°C;

ТА=0.5 моль. % ;

=6 саат;

n=0.243·10-5 моль;

БС-ПА Г (5:10 масс. %) (1);

[ЦПБ]=1.10-4 М;

n=0.243·10-5;

(2:10 масс. %) (2);

(1:10 масс. %) (3) БС-ПА Г (1:10 мас. %) (3);

(2:10 мас. %) ( (5:10 мас. %) (1) 4 сурет. Композициялы гельдердерде Ц 3 сурет. ЦПБ-ні композициялы сорбциясыны рН-а туелділігі гельдерден десорбциялану кинетикасы БС-ПА композитінен ЦПБ-ні бліну кинетикасы мліметтері бойынша ( сурет) десорбциясыны 2 тулікте тратанатыны жне 12 %-а жететіні аныталды.

Сонымен атар, композициялы гель рамындаы бентонит сазы млшеріні ЦПБ «Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»

ні десорбциялануына серін мына санды мндер бойынша айын байауа болады:

БС-ПА Г (1:10 мас. %) гелі шін ЦПБ десорбциясы 2 тулікте шамамен 12 % болса, БС-ПА Г (5:10 мас. %) шін 7 %-а жуы мнді крсетеді. Мндай згерісті болу себебі, композитті рамдас блігі болып табылатын теріс зарядты бентонит сазыны сорбциялы асиетіні басым болуы, соны салдарынан катионды беттік активті затпен кштірек байланысып, сорбцияланан ЦПБ-ні бліп шыару иындыы деп айтуа болады. 4 суреттен крініп трандай ышылды орта аймаында (рН5) рН ты жоарылауы ЦПБ десорбциясыны аздап тмендеуіне алып келеді. Оны себебі мынадай болуы ммкін: біріншіден, бл облыста рН жоарылауы полиышылды карбоксил топтарыны иондануын, осыан байланысты ісінгіштікті аздап кбеюін туызады. Екіншіден, карбоксил топтарыны иондануы ЦПБ-ні электростатикалы байланысуын кшейтуі ммкін. рН=5-7 аралыында тепе-тедік ісіну нтижелері бойынша композициялы гельдерді ісінуі крт артады, десорбциялы суреттен байалып тран ЦПБ десорбциясыны крт артуын осыан байланысты деп тсіндіруге болады. Ал сілтілік ортада (рН7) десорцияны аздап тмендеуі байалады. Бл кшті сілті композит-ЦПБ комплексіні гидролизіне ионды кш ретінде лсірете сер етуінен болуы ммкін.





2 кестеде келтірілген ртрлі температурадаы десорбциялану абілеттілігіні нтижелерін салыстырмалы талдаудан температура жоарылаан сайын десорбцияны пайызды млшеріні жоарылауы байалады. Бл композит пен ЦПБ арасындаы байланыстарды лсіреуімен байланысты болуы ммкін. Ал, композит рамындаы бентонит сазыны млшері кбейген сайын десорбциялы абілетіні тмендеуін ЦПБ-ны кшті байланыстыратын сазды серінен деп ойлаймыз.

2 кесте - Композициялы гельдерден ЦПБ десорбциясыны (%) температураа туелділігі БС-ПА Г 25 С 35 С 45 С 55 С 60 С 1:10 10,5 11,7 13 14,6 2:10 9,1 10,1 11,2 12,7 13, 5:10 6,4 6,9 7,6 9,0 9, - =6 саат;

ТА=0.5 моль. % ;

n=0.243·10 моль/г ;

Сонымен, ЦПБ-ні БС-ПА гельдерімен электростатикалы байланыстар арылы полиэлектролиттік комплекс тзе сорбцияланатыны, комплексті сутектік байланыстар жне гидрофобты рекеттесулермен тратанатыны крсетілді. ЦПБ-ні гельдерге сорбциялану жне десорбциялануы санды жаынан сипатталып, сырты факторларды сері аныталды. Зерттеу нтижелері алынан гельдерді аынды суларды катионды беттік активті зат – цетилпиридиний бромидінен тасымалдаушы ретінде олдану ммкіндігі крсетеді.

дебиеттер 1. Сергиенко Л.И. Инновационные технологии очистки сточных вод // Аграрная наука.

2007. - № 5. - С. 5-7.

2. Галимова Г.А. Использование глин в качестве адсорбентов для очистки сточных вод от ПАВ // Экологические системы и приборы. 2008. - № 1. - С. 20-22.

3. Куличихин В.Г., Цамалашвили Л.А., Плотников Е.П. и др. Реологические свойства жидких предшественников нанокомпозитов полипропилен – глина // Высокомол.

соед., Серия А, 2003, Том 45, №6, 944-954 с.

4. Байабылова Г.Ж., Жумагалиева Ш.Н., Бейсебеков М.К., білов Ж.. Бентонит сазы мен поликарбон ышылдары негізіндегі композициялы гельдерді синтездеу // Поиск, №4, 2007, 5-7 б.

138 «Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»

ИММОБИЛИЗАЦИЯ РИХЛОКАИНА НА ПОЛИАКРИЛАМИД-ГЛИНИСТЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ ГЕЛЯХ Р.С.Иминова, М.М.Бейсебеков, Ш.Н.Жумагалиева, М.К.Бейсебеков, Ж.А.Абилов Казахский национальный университет им. аль-Фараби Учитывая специфические свойства глин и одновременно, импортозависимость фармацевтического рынка республики от зарубежных стран в лекарственных средствах, вспомогательных веществах и материалах, внимание исследователей и отечественных производителей на глины особенное. Обзор литературы показал многообещающие результаты относительно использования глин при создании сорбентов-носителей для контролируемого выделения лекарственных веществ [1,2].

Наш интерес к полимер-глинистым системам связан с возможностью получения на их основе пролонгированных форм отечественных лекарственных препаратов. Особенно интересно и важно знать сорбционно-десорбционные свойства глинистых композиционных гелей полимеров относительно лекарственного вещества.

Так, целью настоящей работы является показать возможность создания полимер глинистого композиционного геля с хорошими адсорбционными свойствами для потенциального использования в качестве носителя лекарственных препаратов. В связи с чем, проведена иммобилизация отечественного местоноанестезирующего лекарственного препарата – рихлокаина на композиционный гель «полиакриламид бентонитовая глина», полученный методом радикальной полимеризации. Методика получения, морфологическая структура, набухающая способность данного композита были нами изучены и освящены в ранних работах [3-5].

В работе использовали бентонитовую глину (БГ) Манракского месторождения Восточно-Казахстанской области, акриламид ("Reanal", Венгрия) без дополнительной очистки. Методика очистки и химический состав глины, а также методика проведения синтеза композиционных гелей полиакриламид-бентонитовая глина (ПАА-БГ) можно найти в работах [3-5].

Бензойного эфира -изомера 1-аллил-2,5-диметилпиперидола-4 гидрохлорид (рихлокаин) С17Н27NO2HCl (Asfarma Ltd, Россия) многократно перекристаллизовывали из этилового спирта, сушили в вакууме при комнатной температуре до постоянного веса (Тпл=490 К).

Степень набухания определяли методом равновесного набухания и рассчитывали по отношению массы набухшего образца к массе сухого образца по формуле:

=m-m0/ m где, m0 – масса сухого образца, m - масса набухшего образца.

Иммобилизацию рихлокаина на гели полимеров и композиции ПАА-БГ проводили сорбционным методом [6]. УФ-спектры записывали на спектрофотометре «СФ-26» в кварцевой кювете с толщиной 1 см при =234 и =274 нм, характерных для карбонильной и аллильной групп рихлокаина.

Для изучения кинетики высвобождения рихлокаина из полимер-глинистых гелей были получены сухие образцы гелей с предварительно сорбированным в них лекарственным препаратом с известной концентрацией [6]. Далее, навеску массой 0, г помещали в 50 мл воды или физиологический раствор. По истечении определенного периода времени отбирали аликвоты объемом 5 мл и исследовали на УФ спектрофотометре для определения количества лекарства, высвободившегося из композитов во внешнюю среду. Использованный аликвотный объем после измерения оптической плотности возвращали в исследуемый объем. Для расчетов использовали калибровочные графики зависимости оптической плотности от концентрации ЛВ.

«Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»

Количество лекарственного вещества, высвободившегося за время, определяли по формуле:

(%) W = (n раст /n гель)*100 %, где W – выход ЛВ из геля в %, n раст - количество ЛВ в окружающем растворе, моль, n гель - количество ЛВ в геле, моль.

За счет сочетания в себе сорбционной способности бентонитовой глины можно предположить повышение сорбционной и пролонгирующей способности композиционных гелей ПАА-БГ. Исследования кинетики набухания композиционных гелей ПАА-БГ в растворах рихлокаина представлены на рисунке 1. Так, при погружении в растворы рихлокаина разной концентрации объемы гелей увеличиваются, достигая равновесного значения приблизительно через 4 часа, а далее наблюдается небольшая тенденция к монотонному росту. Повышение степени набухания в рихлокаиновом растворе с низкой концентрацией 1·10-5 М относительно воды можно считать как вклад полиакриламида в составе композиции в связывание рихлокаина. Адсорбируясь на поверхности гидрофильного полиакриламида, молекулы рихлокаина образуют комплекс с функциональными группами композиции за счет единичных межмолекулярных водородных связей. При этом поверхности геля сообщается заряд, присущий рихлокаину, в результате чего нарушается баланс между упругими силами, стягивающими сетку, и электростатическими силами растяжения [7], что приводит к дополнительному набуханию полимерной сетки. При дальнейшем увеличении концентрации рихлокаина наблюдается уменьшение степени набухания, которое проявляется сильнее при концентрации 1·10-3 М. Это, по-видимому, можно объяснить проявлением полиэлектролитного характера композита за счет БГ [8] и электростатическим связыванием рихлокаина с образованием полиэлектролитного комплекса, приводящего к контракции.

, г/г 30 0 1 2 3 4 24 32 40 48 56 64, час [МБАА]= 0,1 мол. % ;

Вода (1);

[РХ]= 1·10-5 (2);

1·10-4(3);

1·10-3(4) М Рисунок 1 - Кинетика набухания композиционных гелей ПАА-БГ (10:1) в растворах рихлокаина Данные концентрационной зависимости набухания композитных гелей с разным содержанием БГ в растворах рихлокаина, представленных в таблице 1, показывают, что с появлением бентонитовой глины и дальнейшим увеличением ее содержания в составе композиции наблюдается уменьшение степени набухания, что подтверждает постепенное увеличение вклада бентонитовой глины в связывании рихлокаина.

Ранее было отмечено, что композиционный гель является отрицательно заряженным полианионом благодаря бентонитовой глине [5]. Вследствие этого, в процессе сорбции лекарственного препарата катионного типа, следует ожидать образование полиэлектролитного комплекса композиционных гелей с рихлокаином за счет электростатических связей. По результатам исследования кинетики сорбции рихлокаина на композиционные гели ПАА-БГ, представленных на рисунках 2 и 140 «Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»

видно, что процесс сорбции протекает только при достижении определенного значения степени набухания.

Таблица 1 – Значения степени набухания (г/г) композиционных гелей ПАА-БГ с разной степенью сшивки и разным содержанием бентонитовой глины Чистый Композиционные гели ПАА-БГ Глина ПААГ [МБАА], мол. % 0,1 0,1 0,25 0, [БГ], масс. % 1 5 9 1 Вода 36 30 27 24 28 19 [РХ]= 1*10-5 М 39 33 28 26 25 17,2 8, [РХ]= 1*10-4 М 33 28 25 23 20 16,5 7, [РХ]= 1*10-3 М 29 24 20 18 18,5 16 6, При этом обращает внимание ступенчатый характер кривой кинетики сорбции, свидетельствующий о полимолекулярном характере сорбции [8]. Это по-видимому, связано с образованием комплекса композит-ЛВ, который инициирует присоединение следующих молекул сорбируемого вещества. По мере увеличения концентрации рихлокаина с 1·10-5 до 1·10-3 М для ПАА-БГ, имеющих состав равный (10:1) и [МБАА]=0,1 мол. %, сорбирующая способность уменьшается с 18 до 10 %, соответственно. А значения сорбции в моль/г согласно закону действующих масс с увеличением концентрации рихлокаина повышается. Видимо, сорбция лекарственного вещества протекает до установления определенного равновесия, а точнее осмотического, между внутренней фазой и внешней средой. Примечательно отметить, что с увеличением содержания глины в композиции сорбирующая способность гелей повышается (рисунок 3). Вероятно, что по мере увеличения количества глины в композите повышается величина сорбционной емкости межпакетных пространств частиц с отрицательно заряженной поверхностью [9], что дает дополнительное электростатическое связывание молекул лекарственного вещества. Значения сорбции для всех образцов композитов находятся между таковыми для гомогелей (кривые 1,6) и бентонитовой глины (кривые 2,7).

А, % А*10, моль/г А*10, моль/г А, % 20 9 100 16 12 60 1, 1, 5 8 1,2 4 1, 1,0 0, 0,8 12 9 0, 4 0,6 8 0, 4 0,4 4 0, 0, 0 0, 0 0, 0 1 2 3 4 5 24 32 40 48 56 64 0 1 2 3 4 5 24 32 40 48 56 64, час, час 1-5- А в %, 6-10 - А в моль/г 1,2,3 – А в %;

4,5,6 – А в моль/г Глина – 1,6;

ПАА - 2,7;

ПАА-БГ=10:1 (3,8);

[РХ]= 1·10-5 (1,4);

5·10-5 (2,5);

1·10-4 (3,6) 10:5 (4,9);

10:9 (5,10) М;

[МБАА]= 0,1 мол. % ;

[РХ]=1·10-5М, t=250С Рисунок 3 - Кинетика сорбции Рисунок 2 - Кинетика сорбции рихлокаина на композиционные гели композиционных гелей ПАА-БГ (10:1) при ПАА-БГ с разным содержанием глины разных концентрациях рихлокаина «Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»

Исследована кинетика десорбции иммобилизованного в гель рихлокаина в воду и физиологический раствор (рисунок 4).

W,% W, % 35 20 1 16 20 6 15 5 0 1 2 3 4 5 24 32 40 48 56 64 0 1 2 3 4 5 24 32 40 48 56 64, час, час 1,2 – в воде;

3,4 – в физиологическом растворе;

1,2,3 – в воду;

4,5,6 - в физиологический ПАА-БГ= 10: 1 (1,3), 10:3 (2,4);

раствор;

1,4 – ПААГ;

2,5 – Глина;

[МБАА] =0,1 мол. % 3,6 – ПАА:БГ =(10:1);

[МБАА]=0,1 моль. %;

t=25 0С Рисунок 5 – Кинетика десорбции Рисунок 4 – Кинетика десорбции рихлокаина из гелей ПАА-БГ рихлокаина из гелей ПАА, БГ и ПАА-БГ Из представленных данных видно, что в зависимости от различных факторов выход рихлокаина из гелей в течение 3 суток составляет 5-35 %, а равновесные значения десорбции устанавливаются за сутки. Релиз лекарственного вещества из полимер-глинистых гелей занимает промежуточное положение между выходом рихлокаина из гомогеля полимера и бентонитовой глины (кривые 1 и 2). Еще одной общей для всех гелей и основной закономерностью является значительно высокая десорбция рихлокаина в физиологический раствор нежели в воду. Это можно объяснить конкурентным связыванием ионов Na+ и Cl- и вытеснением рихлокаина из фазы гелей [10]. Важно проследить, как будет протекать высвобождение молекул лекарственного вещества в зависимости от концентрации минерального компонента в гелях. Как видно из рисунка 5, при содержании глины 0,5, 1 и 3 масс. % десорбция рихлокаина из гелей составляет 19, 16 и 12 %, соответственно, т.е. наблюдается снижение десорбции. Видимо, БГ в составе композита вносит свои коррективы и способствует прочному связыванию молекул анестетика с материалом композита за счет электростатических связей. Такое сильное связывание лекарственного вещества с носителем, несомненно, существенно повысит степень пролонгирования ЛВ. Эти данные, а также результаты влияния ионной силы, еще раз подтверждают заключение о приобретении полиакриламидом полиэлектролитного характера с добавлением дисперсии частиц бентонитовой глины.

Таким образом, обобщая результаты исследования иммобилизации местноанестезирующего препарата – рихлокаина на глинистые композиционные гели полиакриламида можно сказать следующее. Данные по набухающему поведению гелей в растворах рихлокаина перекликаются с результатами исследований сорбционно десорбционных характеристик гелей и находятся в хорошем согласии между собой. В ходе анализа полученных данных и выяснения возможного механизма взаимодействия рихлокаина с полимер-глинистой структурой становится ясно, что связывание ЛВ обусловлено, главным образом, некулоновскими силами связывания (водородные связи, гидрофобные взаимодействия), присущими неионогенным полимерам ПАА, и электростатическими силами, характерными минеральному компоненту композиционного геля. Варьируя такие факторы, как степень сшивки, температуру, 142 «Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»

соотношение бентонитовой глины и полимера, ионную силу можно получить композиционный полимер-глинистый материал - носитель ЛВ, дающий дополнительные возможности регулирования введения лекарственного вещества в гель и его пролонгированное и контролируемое высвобождение из композитной матрицы.

Литература 1. Ломакин С.М., Заиков Г.Е. Полимерные нанокомпозиты пониженной горючести на основе слоистых силикатов // Высокомол. соед. Cерия Б, 2005.Т.47.-№1.-С.104-120.

2. Помогайло А.Д. Синтез и интеркаляционная химия гибридных органо неорганических нанокомпозитов // Высокомол. соед. Серия С, 2006.-Т.48.-№7. С.1318-1351.

3. Садырбаева Ф.М., Каржауова А.Б., Иминова Р.С., Салахаденова Г.К., Жумагалиева Ш.Н., Бейсебеков М.К. Акриламид-глинистый композиционный гель с интеркалированной структурой и адсорбционными свойствами // II Межд. науч. практ. конф. «Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане». - 2008. - С. 174-178.

4. Салахаденова Г. К., Иминова Р.С., Жумагалиева Ш.Н., Бейсебеков М.К. Синтез и набухание композитов на основе неионогенных полимерных гелей и бентонитовой глины // Респ. науч.-практ. конф. «Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане». Часть 4. Алматы. – 2007. - С. 308-312.

5. Иминова Р.С., Есиркегенова Ш.Ж., Жумагалиева Ш.Н., Бейсебеков М.К., Абилов Ж.А. Синтез химически сшитых акриламид-глинистых композитных гелей // Вестник КазНУ. Серия химическая. - №3(43). – 2006. – С. 48-53.

6. Жумагалиева Ш.Н. Иммобилизация лекарственных препаратов: Учебное пособие. Алматы: аза университеті. - 2007. - 84 с.

7. Токтабаева А.К. Иммобилизация рихлокаина и алхидина на полимерных гелях:

дисс… канд. хим. наук. - Алматы. - 2003. - 135 с.

8. Жумагалиева Ш.Н. Иммобилизация некоторых биологически активных и лекарственных веществ на синтетических полиэлектролитах и бентонитовой глины // Дисс… канд. хим. наук. - Алматы. - 2004. - 135 с.

9. Голубева О.Ю., Доманова О.С., Уголков В.Л., Гусаров В.В. Гибридные наноструктуры на основе слоистых силикатов и азотосодержащих органических соединений // Журнал общей химии. - 2007. - Т.77, Вып.2. - С. 246-251.

10. Есикова О.В., Стародубцев С.Г., Хохлов А.Р. Синтез, набухание и адсорбционные свойства композитов на основе полиакриламидного геля и бентонита натрия // Высокомол. соед., Сер.А, 2002.-Т.44.-№5.-С.802-808.

ПОЛИВИНИЛ СПИРТІ МЕН БЕНТОНИТ САЗЫ НЕГІЗІНДЕГІ КОМПОЗИЦИЯЛЫ КРИОГЕЛЬДЕРДІ АУЫР МЕТАЛДАРДЫ СОРБЦИЯЫ М.Т. Омырзаов, Б.М. дайбергенова, Ш.Н. Жмаалиева, М.. Бейсебеков, Ж..білов л-Фараби атындаы аза лтты университеті азіргі кезде дние жзінде, соны ішінде азастанда гидросфераны алды сумен ластануы, экологиялы зекті мселелерді біріне айналып отыр. Ауыр металдар дегеніміз - тыыздыы темірді тыыздыынан (7,874 г/см) арты болатын тсті металдар тобы. Олара мырыш, орасын, алайы, марганец, висмут, мыс, сынап, кадмий жатады. Ауыр металдарды кптеген осылыстары, сіресе, тздары аза шін зиянды. Олар таам, ауа, су арылы азаа тскенде ыдырамайды, кейбір органдарда «Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»

(бйрек, буын, бауыр т.б.) жиналып, денсаулыа ауіп тндіреді. Сондытан ауыр металдарды оршаан ортадаы млшері белгіленген алыптан аспауы керек [1].

азіргі кезде азастанда ауыр металдар мен оларды осылыстарын ндірумен айналысатын кптеген тсті металлургия ндірістері жмыс істегендіктен, ауыр металдарды оршаан орта нысандарында жиналуы мен тірі азалара зиянды серін зерттеуге ерекше кіл блінуде. Ауыр металдарды оршаан орта мен азада жинаталуыны негізгі кзі — отынды жау, пестицидтер, кейбір органикалы осылыстар, сіресе ндірістік аын сулар мен алдытар жне т.б. [2].

Суды ауыр металл иондарынан тазарту ртрлі дістермен жзеге асырылады:

реагенттік, адсорбциялы, ионалмастырышты, электрохимиялы жне буландыру арылы. дісті тадау ндіріс масштабына, аын сулардаы металдар концентрациясына жне оларды баасына байланысты. Кбінесе реагентті тндыру олданылады. Біра бл діс екіншілік ластануды жне баалы компоненттерді тнбамен шыынын тудырады. Соан оса тндыру кбінесе кпен жзеге асырылатындытан, тазаланан суда кальций млшері айтарлытай артып, суды айналымды жабдыталуын иындатады [3-4].

азіргі тада, ион алмастыру да арынды олданылуда. Ионалмастырыштар ретінде кптеген материалдар алуа болады, мысалы табии бентонит саздары (БС).

Бентонит саздары онша тереде жатпаандытан, оларды ашы діспен алуа болады, бл оларды баасы арзан болуына септігін тигізеді.

Сазда органикалы катионды активті алмастырыштар кездеседі, сондытан олар ерітіндідегі ауыр металдарменде ион алмасуы тиіс. Осындай тамаша асиеттері бола тра бентонитті кемшіліктері де бар. Оны негізгі кемшілігі суда суспензияланып, оайшылыпен шкпеуінде жне фильтрлеу рдісін иындатуында. Соан орай бентонитті кемшіліктерін шектеп, олдану аясын кбейтетін жаа композициялар іздестірілуде.

Бентонит саздары негізінде жасалан сорбциялы-ионалмастырыш материалдар бар, мысалы, оны базальтті талшытара жне ааш гінділеріне отырызылан сорбенттері [5]. Бндай комплекстермен ластанан аын суларды ауыр металдардан тазалауа болады. Біра, аталмыш комплекстерді механикалы жне регенерациялы иыншылытары бар. Сондытан, бентонит саздарын ондыранда каа ызметін атаратын жаа материалдарды іздестіру азіргі уаытта зекті мселе. Бл мселені шешімдеріні бірі, ол лкен кеуектілігімен жне механикалы асиеттерімен ерекшеленетін криогельдерді олдану, длірек айтса, сорбенттер мен полимерлерді композициялы криогельдерін алу.

Поливинил спирті (ПВС) негізіндегі криогельдер ылыми трыда лкен ызыушылы танытады. Олар биотехнологияда, медицина, тама нерксібінде ке олданыс тапты. ытай мен Корей алымдарыны біріккен зерттеу жмыстарында поливинил спирті мен гидроксиапатитті композициялы криогельдері алынып, жасы сорбциялы асиеттер крсетті. Біра оларды кемшілігі сорбциялау тепе-тедігіні баяу орнауында [6-8].

Бл жмыста БС мен ПВС негізіндегі композициялы криогель алынды (БС:ПВС=1:1;

(ПВС)=10 %). Жасалу тсіліне келсек, алдымен ПВС-ні дл лшенген млшері суда ісінуге бір тулікке алдырылды. Сосын оан керекті млшерде бентонит осылып, ерітінді біртекті боланша айнап тран су моншасында араластырылды.

Блме температурасына келген со, ол белгілі мздату-еріту режимінде бір тулік бойы мздатылып, сосын айта ерітілді. Траты массаа дейін кептірілген криогель нтаталып, зерттеу жмыстарына дайындалды.

Металдарды сорбциясы атомды-абсорбциялы спектрофотометр (Shimadzu AA 6200) ралыны кмегімен зерттелді.

Сорбциялы зерттеу жмыстары салыстыру шін алдымен бентонитпен, сосын композициялы криогельмен жргізілді.

144 «Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»

орасын катиондарын сорбциялау нтижелеріне келетін болса, таза бентонитте сорбция тепе-тедігі 30 минут ішінде орнады (1 сурет), жне оны Ленгмюр бойынша изотермиялы исыы 3 суретте келтірілген.

W, % qt(mgg ) - 45 0 1 2 3 24 36 0 60 120 180 240 300 360 420 480 1440 2880,min, F 1 сурет БС-ны Pb2+ иондарын 2 сурет ПВС мен БС композитті криогеліні Pb2+ ионын сорбциялау сорбциялау исыы кинетикасы орасын иондарыны композициялы криогельге сорбциялану тепе-тедігі бір тулікте орнады (3 сурет).

Ce/q(gL ) qt(mgg ) - - 6 0 2 4 6 8 10 24 36 48 60 0 50 100 150 200, F - Ce(mg/L ) 4 сурет ПВС мен БС композитті криогеліні 3 сурет БС-на (1) жне композитке Ni2+ ионын сорбциялау кинетикасы (2) адсорбцияланан Pb2+ Ленгмюр изотермалары Бентонитті орасынды сорбциялауыны максималды сыйымдылыы 33 мг/г, ал композиттікі 20 мг/г болды. Оны сйкесінше келтірілген Ленгмюр изотермаларынан круге болады. Жмыста композитті никель катиондарын да сорбциялау ммкіншілігі зерттелді. Сонда сорбциялау тепе-тедігі орасындікіндей бір тулік щамасында орнады, ал максималды сыйымдылыы 16 мг/г шамасында болды (4 сурет).

Жмыс барысында композитті ісіну дрежесі те тмен екені аныталды. Ол криогель аасыны те берік рылым тзу себебінен.

Композитті сорбциялау асиеттері негізінен рамындаы бентонит сазына байланысты, біра криогель зі де сорбциялы асиеттерге ие. Бентонит рамындаы басым минерал – монтмориллонит, ол айын ионалмастырыш асиет крсетеді.

Монтмориллонитті ионалмастырыш асиеттері рамындаы катиондарды кп болуына байланысты. Бентониттердегі кп таралан ионалмастырыш катион ол Са2+, біра Na+, K+ жне H+ катиондарыны белсенділігі анарлым басым [9]. Композитте собция тепе-тедігі саза араанда баяу орнады, оны себебі, негізгі сорбциялаушы компонент бентонитті криогель аасыны бетінде ана орналаспай, сонымен атар аааралы кеістігінде алып, з активтігін толы клемді крсете алмауында.

«Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»

Саз бен полимер арасындаы байланыса атысатын бірнеше механизмдер белгілі. Бл механизмдер сазды функционалды топтарына жне органикалы компонентті физика-химиялы асиеттеріне байланысты болады, айта кетерлік жай, сорбция барысында композит з тратылыын сатайды, оан ерітіндіні лайланбауы длел [10-12].

Бл нтижелер салыстырмалы трде жоары жетістікке жатады, біра сонда да оларды сіруге болады. Біріншіден біздегі олданылан бентонитті активтесе, ионалмастырышты асиеті седі, екіншіден композицияны нтаталу дрежесін арттырса, рекеттесу бетін лкейтуге болады, сонда сорбция сыйымдылыы да артуы керек, шіншіден аталан асиеттерді криогельді екі рет криогенді деу арылы арттыруа болады.

Келешекте композитімізді баса да ауыр металдарды сорбциялауын тексермекші ойымыз бар. Сонымен атар БС мен ПВС-ні композициялы криогеліні нтатарын полиуретан жне поливинил спиртіні кбіктеріні бетіне ондыру кзделіп отыр, аталмыш препаратты беттік ауданы лкен боландытан ионалмасу мейлінше кп жреді деп ойластырылуда.

дебиеттер 1. Кішібаев Е.А. Ауыр металдарды асты тымдас сімдіктерді ніп-суі мен фитосидерофорлар бліп шыаруына сері // Дис. кан. хим. наук. –Алматы, 2006.

2. Нургизаринов А.М., Кошенова Г.У., Амриев Р.А. Электрокоагуляционная очистка сточных вод от ионов тяжелых металлов // Изд. НАН Республики Казахстан. Сб.

«Наука и технология». – Шымкент, 1993.

3. Сомин В.А. Разработка технологии очистки промывных вод нанесения гальвани ческих покрытий с использованием природных материалов. В.А. Сомин, М.А.

Полетаева, Л.Ф. Комарова, Л.В. Шнейдер, Д.Г. Шимонаева// Cб. статей Всероссий ской НПК студентов и аспирантов «Молодые ученые в решении актуальных проблем науки», Т.2 – Красноярск, изд-во СибГТУ, – 2009. – С. 99-103.

4. Сомин В.А. Перспективы очистки воды от ионов тяжелых металлов с помощью природных материалов / В.А. Сомин, Е.В.Кондратюк, Л.В. Куртукова, Л.Ф.Комарова. Сб. трудов XI Межд. НПК «Водоснабжение и водоотведение:

качество и эффективность», – Кемерово, ЗАО КВК «Экспо-Сибирь», – 2008. – С.

135-139.

5. Кондратюк Е.В., Лебедев И.А., Комарова Л.Ф. Очистка сточных вод от ионов свинца на модифицированных базальтовых сорбентах // Ползуновский вестник.

2006. № 2-1.

6. В.И.Лозинский. Дис. д-ра хим. наук. ИНЭОС РАН. Москва, 7. X. Wang, B.G. Min, Cadmium sorption properties of poly (vinyl alco hol)/hydroxyapatite cryogels: I. Kinetic and isotherm studies // J. Sol-Gel Sci. Technol.

43 (2007) 99–104.

8. X. Wang, B.G. Min, Comparison of porous poly (vinyl alcohol)/hydroxyapatite compositecryogels and cryogels immobilized on poly (vinyl alcohol) and polyurethane foams for removal of cadmium, Journal of Hazardous Materials 156. (2008) 381–386.

9. Бейсебеков М.., білов Ж.А. Дрілік заттарды полимерлік туындылары. – Алматы, 2004.

10. Lagaly, G. Pesticide-clay interactions and formulations // Appl. Clay Sci. – 2001. - Vol.

18. - P. 205-209.

11. Aguzzi, C., Cerezo, P., Viseras, C., Caramella, C. Use of clays as drug delivery systems:

Possibilities and limitations // Appl. Clay Sci. – 2007. - Vol. 36. - P. 22-36.

12. Tolls, J. Sorption of veterinary pharmaceuticals in soils: a review. Environ // Sci.

Technol. - 2001. - Vol. 35. - P. 3397-3406.

146 «Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»

ВЛИЯНИЕ ПРИРОДЫ СОЛИ НА РАЗМЕР, ФОРМУ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ МИКРОЧАСТИЦ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ НА ПОЛИМЕРНОЙ МАТРИЦЕ О.Т.Торебеков АО "Институт химических наук им. А.Б.Бектурова" Благодаря уникальным свойствам ультрадисперсные порошки на основе металлополимеров находят широкое применение в радио - и оптоэлектронике в качестве магнитных, электропроводящих и оптических сред [1,2]. Причем в зависимости от концентрации заполнения диэлектрической матрицы наночастицами металла, в частности железа, кобальта или никеля, в электрофизических и оптических свойствах металлополимерных нанокомпозитов могут наблюдаться изменения в широких пределах с проявлением квантоворазмерных эффектов [3,4].

Данная работа направлена на получение новых композиционных материалов на основе линейных полимеров (ПВС, ПВПД), содержащих микроразмерные частицы железа, кобальта и никеля, а также исследование их размера, формы и распределения.

Форма и размер образующихся микрочастиц железа, кобальта и никеля были изучены методом сканирующей электронной микроскопии (СЭМ). На рисунке 1 приведены микрофотографии частиц железа (а), кобальта (б) и никеля (в), полученных в водном растворе линейного полимера ПВС с ММ = (30-70)·103.

а б в Рис.1. Микрофотографии дисперсий композитов Ме0 ПВС, полученных восстановлением ионов Fe2+ (а), Co2+ (б) и Ni 2+ (в) в воде.

СЭМ – изображения показывают, что микрочастицы железа (рис.1,а) имеют округлую форму со средним диаметром d = 0,96 мкм. В полимерных пленках микрочастицы кобальта (рис.1,б) присутствуют в виде крупной шарообразной формы со средним диаметром d = 2,57 мкм. На микрофотографии также видно, что микрочастицы никеля (рис.1,в) в полимерной матрице имеют прямоугольную форму со средним диаметром d = 1,65 мкм.

На рисунке 2 представлен график распределения микрочастиц железа (а), кобальта (б) и никеля (в) по размерам в композите.

Рис.2. Распределение микрочастиц металлов по размерам:

Fe2+ (а), Co2+ (б) и Ni 2+ (в) в воде в присутствии ПВС-(30-70)·10 «Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»

Основная часть микрочастиц железа имеет размер d =0,85 мкм и равномерно распределена по объему. Средний диаметр микрочастиц кобальта составляет d = 2,57 мкм и характеризуется узким распределением частиц кобальта по размерам.

Для полимера с никелем отмечено равномерное распределение микрочастиц по объему и незначительный разброс по размерам, а основная часть частиц никеля имеет размер d =0,79 мкм.

Микроснимки дисперсий композита Ме0 – ПВПД, полученного в воде, представлены на рисунке 3. В результате восстановления ионов железа, кобальта и никеля боргидридом натрия в водном растворе линейного полимера ПВПД с ММ = 000 получены частицы нуль-валентных железа, кобальта и никеля. Частицы металлов образуются в виде темных нерастворимых осадков. Из рис.3 видно, что частицы железа (рис.3,а) имеют эллипсоидную форму, средний размер d = 1,66 мкм. Также видно, что частицы кобальта (рис.3,б) в полимерной матрице преимущественно имеют прямоугольную форму со средним размером d = 1,06 мкм. Средний размер частиц никеля (рис.3,в) составляет d = 0,63 мкм. При этом частицы никеля относительно равномерно распределяются в полимерной матрице, и большинство из них имеет прямоугольную форму.

а б в Рис.3. Микрофотографии дисперсий композита Ме0 ПВПД, полученного восстановлением ионов Fe2+ (а), Co2+ (б) и Ni 2+ (в) в воде.

На рисунке 4 представлены гистограммы численного распределения по размерам микрочастиц железа (а), кобальта (б) и никеля (в), полученных восстановлением ионов переходных металлов в водной среде в присутствии поливинилпирролидона.

Рис.4. Распределение микрочастиц металлов по размерам: Fe2+ (а), Co2+ (б) и Ni 2+ (в) в воде в присутствии ПВПД-40 000.

Из сравнения гистограмм, относящихся к железу, следует, что в присутствии ПВПД распределение микрочастиц железа по размерам практически такое же узкое, а распределение по размерам микрочастиц кобальта, формирование которых контролируется поливинилпирролидоном, достаточно широкое. Для никеля, полученного в присутствии ПВПД, наблюдается узкое и равномерное распределение микрочастиц никеля по размерам.

148 «Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»

Таким образом, показано, что изменение природы солей металлов оказывает значительное влияние на размер, форму и распределение микрочастиц железа, кобальта и никеля, полученных восстановлением в присутствии линейных полимеров.

Литература 1. Кислов В.В., Колесов В.В., Таранов И.В. // Радиотехника и электроника. 2002. Т.47.

№11. С. 1385-1390.

2. Трахтенберг Л.И., Герасимов Г.Н., Потапов В.К. // Вест. Моск. Ун-та. 2001. Сер. 2.

Химия. Т.42. №5. С. 325-331.

3. Ушаков Н.М., Кочубей В.И., Запсис К.В., Кособудский И.Д. // Оптика и спектроскопия. 2004. В.5.

4. Ушаков Н.М., Запсис К.В., Кособудский И.Д. // Письма в ЖТФ. 2001. Т. 29. В.22.

С.29-32.

ПЕРСПЕКТИВЫ ВНЕПЕЧНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ВЫПЛАВКИ ФЕРРОВАНАДИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ В КАЧЕСТВЕ ВОССТАНОВИТЕЛЯ ФЕРРОСИЛИКОАЛЮМИНИЯ А.С.Байсанов Химико-металлургический институт им. Ж.Абишева Согласно Постановлению Правительства Республики Казахстан от 1 сентября 2009 года проект «Производство магистральных рельс типа Р65» включен в Перечень инвестиционных стратегических проектов. Реализация данного проекта потребует развития попутных производств, в частности получение ферросплавов необходимых при легировании и раскислении рельсовой стали.

Так для достижения планируемых объемов производства (100 тыс.т. рельс типа Р65 с химическим составом с приведенным в таблице 1) только для легирования при 100% усвоении понадобиться закупка порядка от 30 до 150т ванадия в виде феррованадия различных марок. Необходимо отметить, что ванадий в металлическом виде не производиться в Казахстане, хотя имеется сырьевая база (ванадийсодержащие продукты - пятиокись ванадия в порошке, производимая АО "Усть-каменогорский титано-магниевый комбинат") для организации производства, обеспечивающего собственные нужды республики.

Таблица 1 – Химический состав рельсовой стали Химический состав стали Марка Массовая доля элементов, % стали C Mn Si V P S не более М76Ф 0,035 0, 0,03-0, Э76Ф 0,025 0, 0,71-0,82 0,75-1,05 0,25-0, М76Ф 0,035 0, Э76 0,025 0, В черной металлургии ванадий является незаменимым легирующим элементом с практически неограниченной сферой применения в сталях и сплавах самых разнообразных классов и назначений. Сплавы с феррованадием на основе титана «Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»

занимают важное место в атомной и авиакосмической технике, химическом машиностроении и судостроении.

Феррованадий связывает азот и снижает чувствительность стали к старению, повышает твёрдость, износостойкость и теплостойкость сплава. Ванадий широко используют при производстве конструкционных, жаропрочных и инструментальных сталей. Для легирования стали ванадием используют феррованадий, а также специальные лигатуры, содержащие ванадий.

Многочисленные исследования ученых показали, что введение в сталь ванадия в количестве от 0,05-0,2% обеспечивает повышение прочности стали на 10-30%, а также высокие значения пластичности, выносливости, сопротивления хрупким разрушениям, одновременно с хорошей обрабатываемостью резаньем непосредственно после регламентированных режимов высокотемпературной пластической деформации и охлаждения с исключением завершающей термической обработки.

Это дает огромные преимущества, предотвращая образование закалочных трещин, уменьшая коробление, улучшая экологическую обстановку. Было разработано большое количество марок низколегированных сталей с ванадием для строительства, машиностроения, производства нефтяных и газопроводных труб, железнодорожных рельсов, колес, бандажей, автомобильного листа [1, 2].

Для повышения эксплуатационных показателей железнодорожных рельсов в мировой практике осваивается выпуск их из стали, изготовленной с применением комплексных раскислителей, включающих в себя кремний, кальций, ванадий или кремний, магний и титан. Применение раскислителей позволяет повысить качество рельсовой стали в результате сокращения в ней неметаллических включений, приводящих к преждевременному выходу рельсов из строя, увеличить срок службы рельсов дополнительно на 25-30%. В настоящее время в общем объеме поставки железнодорожному транспорту доля рельсов с комплексными раскислителями составляет около 80%. Поэтому основным направлением работ по повышению износоустойчивости и долговечности рельсов, а, следовательно, и их конкуренто способности является увеличение объемов применения ферровананадия [1, 2].

В настоящее время на рынке ванадия доминирует с большим отрывом Южная Африка, где производится 43% этого сырья в пересчете на пентоксид ванадия. Далее идут Китай и Россия: на их долю приходится примерно по 20% мировых поставок.

Однако ситуация постепенно меняется: быстро расширяются объемы производства в США. Дело в том, что в ходе сталелитейного бума в 2004-2008 годы резко повысился спрос на ванадий - он растет быстрее, чем спрос на сталь, главным образом, в связи с тем, что этот металл играет важную роль в технологии упрочнения арматурной стали, которая широко используется в строительстве. Если до начала бума цена феррованадия держалась на уровне 25 долларов за килограмм, а спотовые цены достигали в феврале 2008 года и 90 долларов, т. е., они превысили исторические рекорды середины 80-х.

Правда, эти цены подвержены значительным колебаниям, и в текущем году они резко упали. Только за последние четверть века рынок ванадия пережил длительные периоды избыточных поставок с соответственно неэкономичным ценообразованием, которые приводили к сокращению объемов производства, и несколько редких периодов взрывного роста цен во времена повышения спроса. Поэтому стабильность нынешних тенденций зависит от слишком многих факторов [3].

Известно, что в промышленных масштабах феррованадий получают восстановлением технического пентоксида ванадия кремнием ферросилиция или алюминием в дуговой электропечи. Выбор способа выплавки феррованадия определяется в зависимости от содержания ванадия в исходном сырье. Наряду с феррованадием выпускаются силикованадий, выплавляемый в электропечах, а также металлический ванадий и безуглеродистый высокопроцентный феррованадий (до 80% V), получаемый алюминотермическими методами.

150 «Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»

С целью изучения возможности организации производства феррованадиевой продукции из казахстанского сырья в Химико-металлургическом институте им Ж.Абишева была проведена серия лабораторных экспериментов по внепечной технологии выплавки феррованадия. В качестве восстановителя использовался ферросиликоалюминий, получаемый одностадийным углеродотермическим способом из экибастузских углей, следующего химического состава 53,03%Si;

25,8%Al;

0,47%Ca;

17,88% Fe;

1,1%Ti. В результате были определены принципиальная возможность получения феррованадия марки ФВд40 и основные технологические параметры процесса. Химические составы полученного феррованадия и конечных шлаков приведены в таблице 2.

Таблица 2 – Химический состав полученного феррованадия и конечного шлака Химический состав № Металл Шлак № V Al Fe Si P V V2O5 CaO SiO2 Al2O 1 55,49 10,37 10,85 24,30 0,064 10,39 18,54 18,81 41,26 19, 2 50,72 6,63 10,47 27,36 0,078 11,42 20,39 18,45 40,12 22, 3 47,72 7,06 9,79 21,74 0,064 7,81 13,94 18,63 41,40 22, 4 50,86 7,26 10,44 21,10 0,095 11,79 27,08 22,95 32,54 20, 5 55,96 7,26 10,88 19,69 0,076 9,57 17,08 25,59 33,11 19, 6 43,03 4,22 37,57 10,21 0,086 10,30 18,38 35,23 31,69 14, 7 40,08 4,26 37,57 10,96 0,090 10,20 18,21 34,43 31,84 14, 8 57,31 5,88 15,08 10,46 0,064 18,31 32,70 18,25 32,28 5, 9 53,27 5,00 14,69 12,96 0,064 17,89 31,95 28,20 32,12 3, Таким образом, согласно проведенному анализу общих тенденций в производстве и потреблении ванадиевой продукции, а также согласно полученным лабораторным результатам можно заключить, что:

- Производство феррованадия может быть организовано по внепечной технологии – выплавкой на блок, что позволяет снизить капитальные затраты на закупку дорогостоящего производственного оборудования - электропечей.

- Сотрудниками Химико-металлургического института отработаны основные параметры внепечной технологии получения феррованадия. Получен опытный образец.

При разработке внепечной технологии получения 40%-ного феррованадия выявлена необходимость отработки мероприятий по разжижению конечного шлака. В настоящее время в Химико-металлургическом институте получен 40%-ный феррованадий внепечным способом. Для разработки технологии получения 80%-ного феррованадия необходимо проведение дополнительных исследований.

- Мини производство феррованадия, основанное на местном сырье, и обеспечивающее потребности отечественного предприятия по производству рельс в ферросплавах будет защищено от мировых колебаний цен на ванадий и увеличит казахстанское содержание в структуре себестоимости рельсовой продукции.

- Организация производства феррованадия, не только расширит сортамент производимых в Казахстане ферросплавов (марганцевые, хромовые, кремниевые, феррониобий, феррофосфор, ферросиликоалюминий), но и создает предпосылки для развития производства специальных марок стали, которое практически отсутствует в Казахстане.

- Имеется все необходимое для организации производства феррованадия:

ванадиевое сырье, восстановители (ферросиликоалюминий, алюминий и ферросилиций), расходные огнеупорные материалы. Реализация проекта «Производство магистральных рельс типа Р65» обеспечит постоянный спрос на производимую продукцию.

«Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»

Необходимо отметить, что проводимые исследования направлены на организацию производства продукции с более высокой добавленной стоимостью. Так, например, стоимость продаваемого в настоящее время пентаоксида ванадия составляет 33,07 $/кг в октябре 2009 (12,12 $/кг в апреле 2009), а стоимость феррованадия составляет 65, $/кг в октябре 2009 (21,49 $/кг в апреле 2009). По предварительным расчетам доход при организации даже минимальных объемов производства феррованадия в 30 т в пересчете на чистый ванадий составит 1,9-2,0 млн. $ в год.

Литература 1. Рысс М.А. Производство ферросплавов. - М.: Металлургия, 1985. - 344 с.

2. Гасик М.И., Лякишев Н.П. Теория и технология электрометаллургии ферросплавов.

- М.: Интермет Инжениринг, 1999. - 764 с.

3. Информационный бюллетень «Международный союз металлургов» №003, 01- января 2004 г. – С. 3-4.

ПЕРСПЕКТИВЫ ПРОИЗВОДСТВА КОМПЛЕКСНЫХ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ МАРГАНЦА, КРЕМНИЯ И АЛЮМИНИЯ А.С.Байсанов Химико-металлургический институт им. Ж.Абишева В практике черной металлургии при производстве стали и специальных сплавов в качестве восстановителя и раскислителя применяют ферросилиций и алюминий в виде механической смеси. Для производства каждого из них требуются высокосортные и остродефицитные материалы: кварцит, стружка металлическая и боксит. При этом технологии получения их являются энергоемкими, требующими больших затрат при подготовке сырья к плавке. Например, только затраты электроэнергии для выплавки ферросилиция ФС75 и алюминия составляют 8-10 тыс. и 15-20 тыс. кВт·ч на 1 т продукции, соответственно. Поскольку раскисление стали осуществляется механической смесью ферросилиция и алюминия, то значительная часть кремния и алюминия окисляется на поверхности жидкой стали кислородом воздуха и используется неэффективно. Именно эта проблема обусловила поиск эффективных и дешевых способов получения из техногенных отходов (золы углей, отходов углеобогащения и угледобычи и др.) сплавов ферросилиция с алюминием, которые по составу соответствовали бы их механической смеси, используемой при раскислении стали. Наличие такого сплава наряду с его дешевизной обеспечивало бы низкий угар алюминия и кремния, более глубокую очистку стали от неметаллических включений, так как при взаимодействии сплавленного ферросилиция и алюминия с кислородом в объеме стали рождаются легко всплывающие жидкие алюмосиликаты. Тогда как при использовании чистых ферросилиция и алюминия в объеме жидкой стали образуются тугоплавкие и трудно удаляемые из стали оксидные включения (кремнезем и корунд).

По требованиям сталеплавильщиков указанный сплав должен был характеризоваться составом (в % по массе): 50-60 кремния,15-25 алюминия, остальное – железо и другие примесные элементы. До недавнего времени сплавы такого состава мировой метал лургической промышленностью прямым карботермическим способом не выплавлялись. Причиной тому была крайне низкая технологичность всех опробован ных способов плавки этого металла в рудно-термических печах [1].

Основные три элемента - раскислителя стали (марганец, кремний, алюминий производят в основном раздельно в виде ферросплавов: ферросилиция, ферромарганца, 152 «Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»

силикомарганца. Для их производства используют высокосортные материалы:

марганцевые руды и концентраты, кварцит, известь, кокс, бокситы, криолит и др., а для получения марганцевых концентратов, кокса, алюминия существуют специализированные трудоемкие производства с затратой энергии, сырых и вспомогательных материалов. Алюминий для раскисления стали используется в основном в виде вторичного, а на отдельных качественных марках стали для глубокой вытяжки электролитический. В целом, технология производства трех основных раскислителей стали носит сложный, многостадийный характер [2].

Марганцевые руды можно рассматривать как комплексное сырье, содержащее марганец, кремний и алюминий – основные элементы - раскислители, применяемые в производстве стали. При полном восстановлении всех оксидов руды (бесшлаковым способом) получаются сплавы алюмосиликомарганца, которые при раскислении стали заменяют ферромарганец, ферросилиций и алюминий, производимые из высокосортного сырья. Бесшлаковый высокотемпературный процесс решает еще одну проблему – снизить содержание фосфора в металле за счет его более полного удаления с газовой фазой и меньшего расхода руды на 1 т получаемого сплава. При таком подходе к оценке марганцевых руд повышенное количество в руде кремнезема, глинозема и пониженное – марганца не обуславливают ее низкое качество и непригодность для металлургического передела без обогащения.

Повышенная зольность каменных углей, в частности Экибастузского и Борлинского месторождений вследствие высоких содержаний кремния и алюминия, также не является препятствием к их использованию для выплавки алюмосиликомарганца. В производстве алюмок ремнистых сплавов углетермическим способом использование высокозольных углей целесообразно, так как они представляют собой моношихту, содержащую и оксиды (в основном кремния и алюминия), и углерод. Для производства указанного сплава пригодны бедные марганцевые руды, а также низкосортные концентраты, не используемые при производстве ферросплавов и шламы (содержащие до 13% мар ганца), накопленные в отвалах в значительном количестве. Технология выплавки алюмосиликомарганца из марганцевых руд и высокозольного угля имеет достоинства:

она представляет собой один передел – плавку необогащенных марганцевых руд, т. е.

его производство уменьшает расход высокосортных руд, создает экономию на стадиях обогащениия и окомкования, а применение в качестве раскислителя стали позволит заменить ферросплавы (ферромарганец, силикомарганец и ферросилиций) и алюминий.

Одна из особенностей данной технологии – возможность восстановления кремния и алюминия из оксидов пустой породы руды и золы восстановителя.

В условиях Химико-металлургического института были проведены крупно лабораторные испытания по выплавке комплексного сплава алюмосиликомарганца из марганцевой руды месторождения «Западный Камыс», высокозольных экибастузских и борлинских углей, а также кварцита месторождения «Тектурмас» в рудно-термической печи мощностью 200 кВА [3]. На стадии металлургического опробования технологии выплавки комплексного сплава алюмосиликомарганца были проведены четыре кампании с различными шихтовыми материалами и их соотношениями, в каждой кампании были опробованы по 2-3 варианта состава шихты.

Основной задачей исследований было осуществление полного восстановления всех окислов шихты, состоявшей из марганецсодержащего сырья и высокозольного угля при непрерывном устойчивом легко регулируемом бесшлаковом процессе. Плавку вели непрерывным способом, с загрузкой шихты небольшими порциями по мере усадки колошника. Шихтовые материалы загружали вокруг электрода с поддержанием конуса. Сплав выпускали в чугунные изложницы расположенные каскадом 4 раз в смену. Металл каждого выпуска взвешивали, после чего отбирали пробы от каждого выпуска (от слитка) на химический анализ. Наилучшие результаты были получены в четвертой кампании при использовании марганцевой руды Западный Камыс и углистой «Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»

породы месторождения Борлы. За кампанию было израсходовано следующее количество шихтовых материалов, кг: углистой породы – 485;

руды – 92 и кварцита – 13. Средний химический состав сплава за кампанию по периодам приведен в таблице 1.

Таблица 1 - Средний химический состав сплава за четвертую кампанию по периодам Вариант плавок Si Al Mn P Fe I 40,55 16,33 21 0,03 остальное II 39,13 20,52 17,81 0,03 остальное III 35,4 28,46 13,46 0,03 остальное Оптимальный 38,46 19,81 19,01 0,03 остальное итоговый Анализ и обработка данных четырех кампаний по выплавке алюмосиликомарганца позволили выявить зависимость содержания алюминия, кремния и марганца в конечном сплаве от отношений (Mn+Fe+SiO2+Al2O3)/Ств и Mn/(Mn+Fe+SiO2+Al2O3) в исходной шихте (рисунки 1 и 2).

Рисунок 1 – Зависимость содержания кремния, марганца и алюминия в сплаве от отношения (Mn+Fe+SiO2+Al2O3)/Ств в шихте Рисунок 2 – Зависимость содержания кремния, марганца и алюминия в сплаве от отношения Mn/(Mn+Fe+SiO2+Al2O3) в шихте 154 «Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»

Полученные зависимости с высокой степенью корреляции описываются следующими полиноминальными и экспоненциальными уравнениями:

Уравнения R YSi = -5,405 x12 + 28,62 x1 + 3,195 0, YAl = 2,713 x1 + -25,576 x1 + 61,029 0, YMn = 3,5918 x1 + -6,0204 x1 + 14,914 0, YSi+Al = 2,69 x12 + 3,047 x1 + 64,22 0, YSi = -113,74 x2 + 62,396 x2 + 32,558 0, YAl = 26,786 e -4,5394 x2 0, YMn = -142,58 x22 + 160,92 x2 + 4,6555 0, -1,1585x YSi+Al = 64,62 e 0, X1 - Соотношение (Mn+Fe+SiO2+Al2O3)/Ств X2 - Соотношение Mn/(Mn+Fe+SiO2+Al2O3) Данные уравнения получены для шихтовых материалов при содержании марганца в пределах 18-25% и кремнезема 35-45% в марганцевой руде и в пределах зольности 40-50% и содержания Al2O3 в золе 20-35% углистой породы.

Таким образом, за четыре кампании крупно-лабораторных испытаний технологии выплавки комплексного ферросплава алюмосиликомарганца была установлена принципиальная возможность получения нового вида комплексного сплава, по химическому составу отличающегося повышенным содержанием алюминия (до 35%) и низким фосфора (0,03%) из дешевого сырья, относящегося к техногенным отходам:

высокозольной углистой породы Борлинского месторождения и высококремнистой марганцевой руды месторождения Западный Камыс. Разработанная комплексная и ресурсосберегающая технология позволяет получать новый вид продукта в виде кремний-алюминий-марганцевого ферросплава, который удовлетворяет требованиям, предъявляемым в сталеплавильной промышленности, а также в производстве средне- и низкоуглеродистых марок ферромарганца.

Литература 1. Г.В. Медведев, Т.Д. Такенов. Сплав АМС.-Алма-Ата, «Наука» КазССР, 1979.-140 с.

2. М.И. Друинский, В.И. Жучков. Получение комплексных ферросплавов из минерального сырья Казахстана.-Алма-Ата, «Наука», 1988.-208 с.

3. Мухамбетгалиев Е.К., Байсанов С.О., Байсанов А.С. и др. Опыт получения марганецсодержащего кремнеалюминиевого сплава с повышенным содержанием алюминия // Тр. III Межд. конф. – Темиртау 2010. – С. 11-12.

СТРОЕНИЕ РЕАКЦИОННОГО ТИГЛЯ ПРИ ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКОЙ ВЫПЛАВКЕ ФЕРРОСИЛИЦИЯ А.С.Колесников Южно-Казахстанский государственный университет им. М.О. Ауезова Важной технологической характеристикой электротермических процессов является строение реакционного тигля, которое определяет степень разделения конденсированных продуктов от компонентов шихты, а также режимом электроплавки.

В работе приводятся результаты по определению строения тигля при «Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»

электротермической выплавке ферросилиция из клинкеров вельцевания ЗАО "Южполиметалл" [1]. Электроплавку шихты проводили с использованием графитовых тиглей диаметром 15см. Марка ферросилиция определялась стандартным пикнометрическим методом с пробой в 100 г, помещаемой в прибор, наполненный керосином [2]. Разрезы тиглей фотографировались.

На рисунке 1 приведена фотография разреза тигля, полученного после электроплавки шихты, не содержащей кокс и кварцит. Как следует из фотографии, в реакционном тигле хорошо просматриваются металлизированная фаза, шлаковая фаза и верхний слой с вкраплениями кокса. Необходимо отметить, что электроплавка клинкера сопровождалась кипением расплава. Однако электрический режим был относительно стабильным с колебанием тока на 5-8%. Полученный при этом ферросилиций соответствовал марке ФС-20 и содержал 21,4% кремния.

Рисунок 2- Фотография разреза тигля Рисунок 1- Фотография разреза тигля при электроплавке шихты состоящей из при электроплавке клинкера 91% клинкера, 4,9% кварцита, вельцевания в отсутствии кварцита и 3,7% кокса кокса На рисунке 2 приведена фотография разреза тигля, полученного при плавке шихты содержащей 91,4% клинкера, 4,9% кварцита и 3,7% кокса. Как следует из рисунка, в реакционном тигле наблюдается разделение фаз между шлаком и металлизированной фазой. В верхней части фаза содержала вкрапления углерода. При электроплавке наблюдалось кипение – разбрызгивание расплава. Расплав обладал низкой вязкостью. После расплавления шихты наблюдались колебания тока на 8-12%.

Полученный ферросилиций соответствовал марке ФС-25 и содержал 26,7% кремния.

Рисунок 4- Фотография разреза тигля Рисунок 3- Фотография разреза тигля при электроплавке шихты, состоящей при электроплавке шихты, состоящей из 88,6% клинкера, 9,6% кварцита, из 93% клинкера, 5,1% кварцита, 1,9% 1,8% кокса кокса На рисунке 3 приведена фотография разреза тигля, полученного при электроплавке шихты, состоящей из 93% клинкера, 5,1% кварцита и 1,5% кокса. Как следует из рисунка, в реакционном тигле происходит удовлетворительное расплавление металлизированной фазы от шлака и не прореагировавшей шихты, в которой имеются вкрапления кокса. Вся шихта при электроплавке находилась в расплавленном состоянии. При плавке наблюдались выплески расплава.

Колебания тока составляли 10-18%. Полученный ферросилиций содержал 21,8% Si, т.е.

соответствовал марке ФС-20.

156 «Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»

На рисунке 4 приведена фотография разреза тигля, полученной при электроплавке шихты содержащей 88,6% клинкера, 1,8% кокса и 9,6% кварцита. Как и в предыдущих случаях наблюдается удовлетворительное расслаивание в ванне на металлизированную фазу, шлак и верхний слой. При электроплавке наблюдалось выплескивание расплава.

Электрический режим был мало стабильным, чем в предыдущих случаях с колебаниями тока 15-20%. Полученный ферросилиций содержал 31,6% Si.

Рисунок 6- Фотография разреза тигля Рисунок 5- Фотография разреза тигля при электроплавке шихты, состоящей при электроплавке шихты, состоящей из 44% клинкера, 40% кварцита, 16% из 75% клинкера, 18% кварцита, 7% кокса кокса Практически подобная картина наблюдалась и при электроплавке шихты содержащей 44% клинкера, 47% кварцита и 9% кокса (шихта была составлена на получение ферросилиция с содержанием кремния 70%). Колебания тока были до 85 90%. Печь работала в прерывном дуговом режиме. Верхний слой шихты трудно поддавался усадке при продавливании шихты шуровочным зондом. Расслаивание шлака от шихты было неудовлетворительным. При электроплавке был получен ферросилиций с содержанием только 31,6% кремния.

Таким образом, тигельные плавки клинкера вельцевания в электропечи показали, что устойчивый режим процесса наблюдается при плавке шихты на ферросилиций марок ФС-20 и ФС-25. В остальных случаях (при попытке получения ферросилиция более высоких марок) наблюдается ухудшение электрического режима, развитие дугового разряда в печи, которые не обеспечивают получение прогнозируемой марки. Поэтому для проведения укрупненно-лабораторных опытов по электроплавке клинкера вельцевания в непрерывном режиме рекомендуются шихты, обеспечивающие получение ферросилиция марок ФС-20 и ФС-25.

1) Не содержащая кокс:

– Клинкер 100% ;

клинкер 91-93%, кварцит 7-9% 2) Не содержащая кварцит:

– Клинкер 96,2%. Кокс –3,8%.

3) Содержащая кварцит и кокс:

– Клинкер 90,9-91,7%, кварцит 4,6–7,2%, кокс 1,9–3,7% Кроме этого необходима дополнительная проверка возможности получения ферросилиция марки ФС45 в непрерывном режиме при работе с закрытым колошником и отработкой режима загрузки шихты и слива шлака, ферросилиция.

Необходимо отметить, что при электроплавке практически весь цинк на 99,1 99,8% перешел в возгоны. Содержание его в ферросилиции составило 0,005-0,007%.

Медь преимущественно (на 70-80%) переходит в ферросилиций, однако концентрация ее в ферросилиции не превышает 0,15-0,22 %. Свинец на 98,3-99,6% переходит в возгоны. Концентрация его в ферросилиции не превышает 0,002%. По содержанию цветных металлов полученный ферросилиций близок к промышленным маркам [3].

«Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»

Литература 1. Капсалямов Б.А., Шевко В.М., Колесников А.С. Исследование процесса получения ферросплавов из отходов обогащения и металлургии // Тр. Межд. науч.-практ.

конф. “Проблемы науки, образования и устойчивого социально-экономического развития общества в начале XXI века”.- Шымкент, 2003, том. 11., с 92-93.

2. Дымов А.М. Технический анализ руд и металлов. М:Металургия. 1949.-483с.

3. Емлин Б. И., Гасик М. И. Справочник по электротермическим процессам.- М.:

Металлургия, 1978.- 288с.

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ И СОСТАВА ЭЛЕКТРОЛИТА НА МИКРОСТРУКТУРУ НАНО-КОМПОЗИЦИОННЫХ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИХ ПОКРЫТИИ Cr-SiO2 -C М.А.Калипекова АО «Центр наук о земле, металлургии и обогащения»

Свойства нанокомпозиционных систем существенно зависят не только от природы, дисперсности и количества дисперсной фазы, введенной в электролит, но и от характеристик металлической матрицы, в нашем случае, электролитического хрома.

Поэтому для полной характеристики нанокомпозиционных электролитических покрытий (нано-КЭП) необходимо детальное изучение свойств хромовой матрицы, которая может быть весьма разнообразной в зависимости от состава электролита, параметров электроосаждения.

В связи с этим цели настоящей работы является исследование влияния температуры и состава электролита на микроструктуру нанокомпозиционных электролитических покрытии Cr-SiO2 –C.

Для изучения параметров электроосаждения нами был использован электролит, состав которого приведен таблица 1.

Таблица 1- Состав электролита Концентрация С, 103кг/м Наименование Химическая формула составляющих Хромовый ангидрид CrO3 Серная кислота H2 SO4 2- Диоксид кремния SiO2 0- Сажа ламповая С 0- Изучаемый диапазон температур от 303-343К, плотность тока 2-7 кА/м2.

Всего было получено 270 образцов хромовых нано-КЭП, нанесенных на стандартные купоны из Стали 3. Размеры купонов (25х75х3)мм3. Выбор размеров и формы купонов диктовались условиями их последующего испытания в лабораторных, стендовых и производственных условиях и в коррозионно-активных средах. Изменение концентрации дисперсной фазы в электролите проводили с шагом 2 г/л.

На рисунках 1-8 представлена оптическая металлография образцов нано-КЭП, полученных из электролита, содержащего 4 г/л сажи ламповой и 16 г/л диоксида кремния при разных температурах электролиза и плотностях тока 2 кА/м2 (рис. 1-2), кА/м2 (рисунки 3-4) и 4 кА/м2 (рисунки 5-6).

Сравнение микроструктуры нано-КЭП, полученных при различных плотностях тока показывает, что с увеличением плотности тока образование пузырьков начиная с 158 «Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»

плотности тока 4 кА/м2 значительно уменьшается и с дальнейшим повышением исчезает совсем.

303 К 313 К 323 К Рисунок 1 – Оптическая металлография нано-КЭП (х1000) 333 К 343 К Рисунок 2 – Оптическая металлография нано-КЭП (х1000) 303 К 313 К 323 К Рисунок 3 – Оптическая металлография нано-КЭП (х1000) 333 К 343 К Рисунок 4 – Оптическая металлография нано-КЭП (х1000) 303 К 313 К 323 К Рисунок 5 – Оптическая металлография нано-КЭП (х1000) 333 К 343 К Рисунок 6 – Оптическая металлография нано-КЭП (х1000) «Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»

На рисунках 7-8 представлена оптическая металлография нано-КЭП, полученных при концентрации в электролите сажи ламповой 6 г/л и диоксида кремния 14 г/л и плотности тока 3 кА/м2.

Из рисунков видно, что увеличение концентрации углерода в электролите суспензии приводит к исчезновению пузырьковых образований и получению менее пористых нано-КЭП. Очевидно, это связано с тем, что у хрома электронная конфигурация валентных состояний (ЭКВС) электронов p6 d5 s1, причем p6-электроны, в силу замкнутости, ни в каких процессах не участвуют. Следовательно, «действующими» электронами являются только d5 s1. Это – основное состояния изолированного атома хрома.

303 К 313 К 323 К Рисунок 7 – Оптическая металлография нано-КЭП (х1000) 333 К 343 К Рисунок 8 – Оптическая металлография нано-КЭП (х1000) При этом следует иметь в виду, что в ряду стабильных состояний d0, d5, d10, именно d5 – состояние является самым устойчивым.

Для образования КЭП необходимо возникновение адгезии между хромом и дисперсной частицей, а это значит, что между атомами дисперсной частицы и хрома должен установиться процесс обмена электронами. Такое состояние возможно только при выполнении определенных условий, обусловленных ЭКВС хрома и материала дисперсной частицы.

Вероятность образования КЭП можно усмотреть при сравнении ЭКВС хрома и углерода. Действительно, если хром обобществит свой один s1 – электрон с углеродом, то приобретет устойчивое состояние d5 s0, а углерод приобретёт весьма устойчивую конфигурацию s2 p3.

Таким образом, с увеличением концентрации углерода ввиду образования устойчивой композиции с наночастицами углерода и происходит уменьшение пористости нано-КЭП.

В результате проведенных исследование микроструктуры были сделаны следующие выводы:

1. При температуре электроосаждения 303 К хром кристаллизуется в виде гроздьев, состоящих из конгломерата мелких кристаллов кубической формы.

2. При температурах электролиза 313 и 323 К на поверхности появляются пузырьковые образования, которые обусловлены выделением водорода в процессе электролиза.

3. Повышение температуры до 333-343К приводит к исчезновению пузырьковых образований и формированию гладких блестящих покрытий без микротрещин.

4. Наблюдаемые закономерности изменения микроструктуры хромовых осадков объясняются тем, что в зависимости от температуры электроосаждения происходит 160 «Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»

осаждение трех типов покрытий: матовых (303К), молочных (313-323 К) и блестящих (333-343 К), которые обладают вышеописанными особенностями микроструктуры и характеристиками электроосаждения.

5. Увеличение концентрации углерода в электролите приводит к значительному уменьшению пористости хромовой матрицы. Это связано с обретением хромом устойчивой электронной конфигурации валентных состояний при взаимодействии наночастиц углерода с хромом в процессе электроосаждения.

Литература 1. Манохина А.И. Композиционные материалы.-М.: Наука, 1991.–305 с.

2. Ермоленко А.Ф., Абрамчук С.С., Протасов В.Д. Оценка параметров распределения прочности армирующих волокон, взаимодействующих по боковой поверхности, путем испытания их пучков.// Механика композитных материалов, 1995. - №1 С.3-6.

3. Huges S.D.H. Strength and modulus of current Carbon fibres.// Carbon, Vol.24, 1994. №5. - Р. 551-556.

4. Gu W., Shen D., Wang Y. Deposition of duplex Al2O3 / Aluminium coatings on steel using a combined technique of arc spraying and plasma electrolytic oxidation // Applied Surface Science. 2006.- 252, Issue 8.- p. 2927-2932.

5. Сарсембинов Ш.Ш., Яр-Мухамедов Ш.Х., Яр-Мухамедова Г.Ш. Физические основы формирования структуры композиционных материалов с заданными свойствами. – Алматы: КазНУ им аль-Фараби, 2007.- 404 с.

ИЗУЧЕНИЕ КИНЕТИКИ ПРОЦЕССА ВОССТАНОВИТЕЛЬНОЙ ПЛАВКИ С ПРИМЕНЕНИЕМ ВНУТРИПЕЧНОЙ КОНВЕРСИИ УГЛЕВОДОРОДНОГО ТОПЛИВА Б.С. Рахимбаев, Д.К.Абдрахманова АО «Центр наук о Земле, металлургии и обогащения»

РГКП «Рудненский индустриальный интитут»

До настоящего времени восстановительная шахтная плавка свинцового сульфидно-оксидного и оксидно-сульфатного сырья занимает определяющее место в производстве свинца из сложного сырья. В мировом свинцовом производстве шахтной восстановительной плавкой получают более 85 % свинца 1.

Однако проведенный анализ экспериментальных данных и технической литературы показывает, что в области определяющих фундаментальных исследований макрокинетики восстановительных процессов существует ряд нерешенных проблем кинетики и механизма. Например, не существует до настоящего времени завершенной концепции об определяющей роли механизмов восстановительных процессов в шахтной восстановительной плавке с применением конверсированного природного газа. До настоящего времени не решена проблема создания более совершенной восстановительной плавки с применением внутрипечной конверсии углеводородного топлива.

Решение этих проблем в области окислительно-восстановительных процессов и создании новейших технологий восстановительной плавки с применением внутрипечной конверсии углеводородного топлива могут быть осуществлены главным образом путем совокупных фундаментальных физико-химических исследований и «Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»

математического моделирования исследований, базирующихся на современных комплексных фундаментальных компьютерных технологиях 2.

Для фундаментальных исследований, наряду с разработкой аналитических подходов и углубленным экспериментальным изучением кинетических закономерностей и механизмов восстановительных процессов крайне необходима математическая интерпретация получаемых результатов, включающая описание кинетики процесса, алгоритмизацию и компьютерную реализацию поставленных задач.

В этой связи нами осуществлена разработка и выполнено описание концептуально-методологических основ математического моделирования, алгоритмизации и компьютерной реализации исследований физико-химических основ макрокинетики и механизма восстановительных процессов, включающее:

обоснование выбора математического описания кинетических закономерностей восстановительных процессов;

формализацию общей задачи структурной и параметрической идентификации;

алгоритмическую реализацию;

отработку компьютерной технологии автоматизированного моделирования и мониторинга восстановительных процессов свинцового производства.

Выполнена адаптация программно-инструментального комплекса (ПИК) для решения прямой и обратной задач кинетики и установлению оптимальных механизмов протекания восстановительных процессов, а также осуществлена компьютерная поддержка:

исследований кинетики восстановления оксидов свинца продуктами конверсии СН4 (Н2, СО);

исследований кинетических закономерностей восстановления силикатов свинца (PbOnSiO2) в жидкой фазе (775-1100С) водородом и смесью водорода и СО;

исследований кинетики восстановления свинцового агломерата водородом и окисью углерода;

исследований кинетики и механизма высокотемпературного восстановления оксидов свинца и агломератов в конденсированных фазах водородом;

исследований кинетики восстановления основных оксидных соединений свинца окисью углерода.

Данные, полученные опытным путем, в целом соответствуют расчетным.

Константы скоростей либо близки по значению, либо находятся в одном порядковом диапазоне.

Отличительной особенностью процесса восстановления свинцовых силикатных стекол является то, что во временном интервале 30-60 мин. восстановление исходных оксидов не достигает 100%, что, в свою очередь, не позволяет получать хорошую аппроксимацию экспериментальных данных. В математическом плане это связано вычислительными трудностями, обусловленными наличием т.н. жестких систем дифференциальных уравнений, описывающих кинетику процесса.

Проведённые исследования и расчёты показали, что константы скорости восстановления свинцовых стекол одного состава при повышении температуры от до 1400С и выше (при одной и той же степени превращения 20-50%) увеличиваются, а с изменением состава стекол при одних и тех же температурах убывают с уменьшением содержания оксида свинца в стекле и увеличением степени превращения.

В результате проведенных компьютерных экспериментов, включающих элементы имитационного моделирования, установлено, что величины констант скорости и степени восстановления при одинаковых условиях гораздо выше, чем по имеющимся в литературе данным при восстановлении оксидом углерода и смесью газов (Н2г+СО).

162 «Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»

Предварительно, в качестве исходных, исследованы брутто-механизмы (при Т=600-1100С):

PbOSiO2 + CO = Pb+SiO2+CO PbOSiO2 + H2 = Pb + SiO2+H2O PbOSiO2 + CH4 = Pb + SiO2+2H+CO 3PbOSiO2 + CH4 = 3Pb +3SiO2 +H2O+CO 4PbOSiO2 + CH4 = 4Pb + 4SiO2+2H2O+CO2, которые предполагается в дальнейшем синтезировать способами имитационного моделирования с целью определения и изучения промежуточных элементарных стадий.

Компьютерный анализ кинетических данных в начальной стадии развития процесса, показывает, что жидкофазное восстановление силикатных свинцовых стекол оксидом углерода достаточно приемлемо описывается линейными уравнениями (уравнениями первого порядка). Порядок реакции начинает увеличиваться при повышении температуры от 800С. Скорость процесса, с увеличением степени восстановления, уменьшается.

На основании анализа опытных и экспериментальных данных по кинетике и механизму восстановления свинцовых силикатов водородом, окисью углерода и конверсированным природным газом (Н2+СО) в процессе восстановительной плавки свинцового агломерата, сделаны выводы о более эффективном использовании водорода в качестве восстановителя, чем окиси углерода.

Установлено, что процесс восстановления водородом осуществляется:

а) посредством хемосорбции, сопровождаемой диссоциацией молекул водорода и ионизацией с образованием атомов и ион-радикалов Н2 (газ) Н2 ( сорб ) 2Н+ + 2е, Н2 (газ) О2- ОН- +Н2 + е;

б) возможно осуществление радикально-цепного процесса Н2 + ОН Н2О + Н, Н2 Н2 (сорб) + О2- ОН- + Н + е, Н + О2- ОН- + е;

в) свободные электроны системы привлекаются к участию во взаимодействии с ионами свинца Pb2++2e Pbж, которые, мигрируя в стекле, образуют металлические корольки свинца;

г) процесс жидкофазного восстановления свинцовых силикатных стекол осуществляется на поверхности и объеме стекла.

На основании анализа рассмотренных экспериментальных результатов и синтеза экспериментальных и математических данных макрокинетики и механизма высказана точка зрения о создании принципиально новой свинцовой восстановительной плавки с внутрипечной конверсией природного газа, обеспечивающей наиболее высокие технологические показатели, и прежде всего, увеличение производительности печных агрегатов в 1,6-1,8 раза, что не достигается другими технологическими процессами.

Литература 1. Полывянный И.Р. Кислород и природный газ в металлургии свинца. г. Алма-Ата, «Наука», 2. В.И.Полывянный., А.К.Кобжасов., А.С.Инчин, Б.С.Рахимбаев Автоматизированное исследование кинетики и механизма окисления сульфидов свинца и некоторых сопутствующих металлов // Вторая международно-практическая, конференция, посвященная 15-летию независимости Республики Казахстан. – Алматы: КазНТУ им. К.И. Сатпаева, 2006. – С. 133- «Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»

ТЕХНОЛОГИЯ ПЕРЕРАБОТКИ ОКИСЛЕННЫХ СВИНЦОВЫХ РУД УЧАСТКА «ЗАРЕЧНОЕ» МАЯТАССКОЙ ТЕРРИТОРИИ М.Е.Буранбаев, Б.С.Рахимбаев ТОО «Маятас»

АО «Центр наук о Земле, металлургии и обогащения»

Основная тенденция, характеризующая положение сырьевой базой цветной металлургии в Казахстане и за рубежом, – обеднение руд и усложнение характера вкрапленности ценных компонентов, увеличение степени окисления и ухудшение обогатимости руд, что предопределяет необходимость поиска новых технологических решений по переработке полиметаллических руд.

Особенностью месторождения «Заречное», относящегося к металлоносным корам выветривания, является их природная дезинтегрированность и наличие в них глинистых минералов, а также то, что основная или значительная часть запасов металлов находится в их окисленных формах.

Анализ существующих технологий обогащения окисленных тяжелых цветных металлов показывает, что более половины потерь металла в хвостах обогащения обусловлено наличием их в форме окисленных соединений. Практика применения новых флотореагентов и комбинированных схем не позволяет повысить извлечение металлов более чем на 2-3 %. Предложенные в последние годы новые реагенты собиратели дороги, а их эффективность в значительной степени зависит от соблюдения специальных условий, что достаточно сложно осуществить на практике, так как труднообогатимые окисленные руды характеризуются непостоянством состава.

Гидрохимические способы обогащения позволяют увеличить извлечение металлов. Однако эти процессы отличаются значительными удельными затратами вследствие их многостадийности, большого расхода дорогостоящих и агрессивных реагентов, а также требуют применения коррозионностойкого оборудования. При этом извлечение полезного компонента в концентрат составляет не более 54 %.

По результатам анализов было установлено, что полезными компонентами, представляющими промышленное значение, являются свинец, золото и серебро. Цинк и медь содержатся в незначительных количествах. Основным полезным компонентом является свинец и в подчиненных количествах серебро, золото. По данным фазового анализа свинец в представленных пробах находится:

- в окисленном состоянии 77,76-84,5 %;

- сульфидном 15,50-22,64 %.

В виде плюмбоярозита 29-33,02 % (абс.).

Исходя из вышеизложенного, целью настоящих исследований являлось изучение возможности гравитационного извлечения свинца и сопутствующих благородных металлов в товарный концентрат. Также практический интерес представляла разработка комбинированной технологии, включающей в качестве основной операции гравитационное извлечение свинца и флотационное доизвлечение минералов из хвостов гравитации. С этой целью, а также учитывая результаты фазового анализа руды, который показал, что значительная часть свинца находится в окисленной форме. В связи с этим было принято решение провести лабораторные исследования по трем технологическим вариантам:

Вариант I – флотационное обогащение;

Вариант II – гравитационно-флотационное обогащение;

Вариант III – усиленное гравитационное обогащение.

164 «Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»



Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |   ...   | 9 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.