Способ получения противоизносного состава из серпентинита и состав на его основе
Изобретение относится к способу получения противоизносного состава и составу, применяемому для снижения трения и защиты поверхностей от износа. Сущность: состав изготавливают путем грубого помола природного минерала серпентинита, затем проводят тонкий помол полученного серпентинита с добавлением воды и натриевого жидкого стекла. Полученную пульпу пропускают через магнитный сепаратор, затем производят сепарацию и сушку и вводят ее в минеральное индустриальное масло и загущают стеаратом лития. Грубый помол производят щековой дробилкой до размеров частиц серпентинита не более 5-10 мм. Тонкий помол производят на шаровой мельнице в течение 2-6 часов до получения частиц помола с максимальным размером не более 100 мкм и сопровождают постоянным заливом воды в соотношении не более 10% воды от объема сырья в мельнице. Размол контролируют при помощи анализатора частиц. После тонкого помола пульпу пропускают через магнитный сепаратор 2-3 раза. Слив взвешенной фракции производят через отверстие, которое находится на высоте, гарантирующей содержание частиц не более 10 мкм. В результате получают состав для трущихся соединений, содержащий природный минерал серпентинит, стеарат лития, натриевое жидкое стекло, индустриальное масло и воду, причем массовая доля воды составляет не более 10%, дисперсность порошковой смеси составляет 5-30 мкм, зольность не более 6%. Технический результат - упрощение и удешевление способа, повышение экологичности способа, улучшение качественных характеристик противоизносного состава. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.
Область применения
Изобретение относится к способам производства противоизносных составов и составам, применяемым для снижения трения и защиты поверхностей от износа за счет изменения структуры поверхностных слоев металлических деталей машин и механизмов, путем наращивания на них защитных слоев до оптимизации зазоров в сопряженных парах трения.
Уровень техники
Известен способ получения чистого оксида магния из серпентинита [патент RU 2209780], при котором серпентинит предварительно измельчают до крупности не более 0,5 мм и выщелачивают серной кислотой концентрацией не менее 20%, отделяют нерастворившийся остаток от раствора, очищают раствор от примесных металлов, осаждают магнийсодержащее соединение, промывают осадок водой до концентрации солей сульфатов щелочных металлов в промывных водах 0,5-4 г/л, подвергают полученный осадок термообработке, причем отделение нерастворившегося остатка от раствора проводят путем охлаждения образующейся на стадии растворения сырья смеси до состояния кристаллизации с последующей промывкой закристаллизованной смеси в таком количестве воды, чтобы концентрация соли сульфата магния в растворе была 290-330 г/л, очистку раствора от примесных металлов осуществляют осаждением их в виде гидроокисей при рН 5-7 и отделением полученного осадка от раствора, магнийсодержащее соединение осаждают в виде гидроксида магния при рН 10-12, при температуре раствора 30-40°С, причем в качестве щелочи используют раствор едкого натра с концентрацией 40-50%, осадок гидроксида магния промывают водой до концентрации растворенного в промывных водах сульфата натрия 0,5-4 г/л, термообработку промытого осадка гидроксида магния проводят в две стадии: при 200-450°С и при 450-850°С, после чего окончательно промывают полученный продукт водой. Известный способ не обеспечивает эффективной комплексной переработки серпентинита, позволяя получить только один продукт, пригодный для дальнейшего использования. Недостатком технологии также является потребность проведения кислотного выщелачивания, что приводит к токсичным отходам и удорожанию метода. Известен также способ комплексной переработки серпентинита [патент RU 2097322], согласно которому серпентинит выщелачивают минеральной кислотой, в качестве которой используют серную кислоту концентрации от 20% до 50%, при этом на первой стадии получают осадок аморфного кремнезема двуокиси кремния и неразложившихся магнитных минералов (хромита и магнетита), полученную смесь подвергают электромагнитной сепарации с выделением концентрата магнетита и хромита и чистой двуокиси кремния, а полученный фильтрат нейтрализуют до рН 7-8,5, осаждая гидроокислы металлов хром-никель-железистого состава, из оставшегося фильтрата методом карбонизации получают карбонат магния, который прокаливанием переводят в окись магния, а из конечного раствора выпариванием получают сульфат натрия (тенардит).
Известный способ позволяет в результате переработки получить аморфный кремнезем, магнетит и хромит, гидроокисный хром-никель-железистый концентрат, окись магния (жженый периклаза) и сульфат натрия (тенардит). Использование известного способа требует значительных материальных затрат, а получаемый оксид магния содержит значительное количество примесей, т.е. не может быть использован как индивидуальное вещество без дополнительной переработки. Кроме того, в результате такой переработки появляется значительное количество сульфата натрия, которое превышает разумные технологические потребности, а объем промывных вод составляет самостоятельную нерешенную проблему.
Также недостатком технологии является потребность проведения кислотного выщелачивания, что приводит к токсичным отходам и удорожанию метода. Наиболее близким аналогом является способ безразборного восстановления трущихся соединений [патент RU 2149741], включающий подачу в зону трения технологической среды, содержащей ремонтно-восстановительный состав, и формирование покрытия при эксплуатационной нагрузке, отличающийся тем, что предварительно готовят ремонтно-восстановительный состав, который смешивают с базовым маслом перед подачей технологической среды в зону трения, при этом ремонтно-восстановительный состав готовят на основе порошка из природных минералов или смеси природных минералов, содержащих аморфную двуокись кремния, и катализаторов на основе шунгита и редкоземельных металлов.
Изобретение описывает технологию изготовления состава, который позволяет обеспечить получение комплексной переработки серпентинита с получением оксида магния высокого качества при одновременном повышении эффективности процесса. Указанный технический результат достигают при содержании аморфной двуокиси кремния 40-55% в природном минерале или смеси природных минералов. Дисперсность порошка может быть не более 10-30 мкм. Количество катализатора выбирают в пределах 0,02-2 мас.% от веса порошка. Ремонтно-восстановительный состав составляет 0,15-20 мас.% технологической среды.
Недостатком технологии является потребность проведения кислотного выщелачивания, что приводит к токсичным отходам и удорожанию метода.
Технический результат: упрощение и удешевление способа и состава, повышение экологичности способа и получаемого противоизносного состава.
На чертеже показана блок-схема устройства для производства противоизносного состава, где 1 - бункер, 2 - щековая дробилка, 3 - шаровая мельница, 4 - анализатор частиц, 5 - магнитный сепаратор, 6 - флотатор, 7 - сушильная камера, 8 - классификатор частиц, 9 - устройство для разделения на фракции (путем отстаивания в емкостях), 10 - сушка при комнатной температуре, 11 - отбор нужной фракции с применением сита, 12 - диспергатор (производство геля), 13 - гомогенизатор (производство геля), 14 - регулятор потока, 15 - компрессор, 16 - решетчатые трубчатые конструкции с тонкими отверстиями, 17 - воздуховод.
Реализация изобретения
Заявленный технический результат достигается за счет того, что в способе получения противоизносного состава из серпентинита, характеризующемся процессом измельчения сырья, промывкой и чисткой, согласно изобретению сначала состав изготавливают путем грубого помола нетоксичного природного минерала серпентинита, затем проводят тонкий помол полученного серпентинита с добавлением воды и натриевого жидкого стекла и последующим введением полученной пульпы в минеральное индустриальное масло и загущением стеаратом лития. Грубый помол производят щековой дробилкой до размеров частиц серпентинита не более 5-10 мм. Тонкий помол производят на шаровой мельнице в течение 2-6 часов до получения частиц помола с максимальным размером не более 100 микрон и сопровождают постоянным заливом воды в соотношении не более 10% воды от объема сырья в мельнице. Размол контролируют при помощи анализатора частиц. После тонкого помола пульпу из шаровой мельницы пропускают через магнитный сеператор 2-3 раза, затем производят флотацию и сушку. Слив взвешенной фракции производят через отверстие, которое находится на высоте, гарантирующей содержание частиц не более 10 мкм.
Состав для трущихся соединений, содержащий природный минерал серпентинит, отличается тем, что он дополнительно содержит стеарат лития, индустриальное масло и воду, причем массовая доля воды составляет не более 10%, дисперсность порошковой смеси составляет 5-30 мкм, зольность не более 6%.
Условие дисперсности порошковой смеси 5-30 мкм обеспечивает возможность донесения смеси до трущихся поверхностей, практически, в любой механизм для проведения ремонта без разборки.
Условие зольности порошковой смеси (в виде геля с высокой концентрацией состава) не более 6% позволяет при смешивании с маслом обеспечить выполнение норм по зольности для моторных масел.
Отказ от потребности проведения кислотного выщелачивания позволяет исключить образование токсичных отходов, что упрощает и удешевляет технологию производства состава и улучшает экологичность самого производства и конечного продукта. Способ может быть реализован при помощи устройства (см. Фиг.1), содержащего накопительный бункер (1), щековую дробилку (2) и шаровую мельницу (3), флотатор (6). Шаровая мельница (3) содержит устройство для дозированной подачи натриевого жидкого стекла и содержит устройство для дозированной подачи воды в шаровую мельницу, выполненное с возможностью вести подачу воды в соотношении не более 10% воды от объема сырья в мельнице, содержит магнитный сепаратор (5), функцией которого является обработка пульпы из шаровой мельницы, а на выходе сепаратор содержит регулятор потока (14), выполненный с возможностью направлять обогащенную пульпу на сепаратор повторно требуемое число раз или сливать ее во флотатор (6), причем к флотатору подведен патрубок для подачи воды, а в нижней части флотатора выполнены решетчатые трубчатые конструкции (16) с тонкими отверстиями в них, куда подведен воздуховод (17) от компрессора (15). Устройство может дополнительно содержать анализатор частиц (4), функцией которого является контроль помола в шаровой мельнице и дисперсность пульпы.
Осуществление способа
Для изготовления применяют следующее сырье и материалы: природный минерал серпентинит; стеарат лития, индустриальное масло (например, И-40А и пр. согласно ГОСТ 20799-88). Состав изготавливают путем грубого, а затем тонкого помолов нетоксичного природного минерала серпентинита с последующим введением его в минеральное индустриальное масло и загущением стеаратом лития.
Отобранный и очищенный от нежелательных примесей минерал кусками не более 10 см помещают в накопительный бункер (1). Из накопительного бункера куски минерала направляют на первичное измельчение в щековую дробилку (2) и измельчают до размеров не более 5-10 мм.
Далее из щековой дробилки минерал подают в шаровые мельницы (3) на дальнейшее измельчение, где производится тонкий помол.
В каждую мельницу кроме минералов загружают натриевое жидкое стекло. Натриевое жидкое стекло представляет собой водный раствор силиката натрия. Жидкое натриевое стекло обладает высокой клейкостью, взаимодействует с минеральными материалами с образованием очень прочной структуры, обеспечивает прекрасную адгезию к минеральным подложкам. Известно, что получаемые на его основе порошки превосходно функционируют в экстремальных климатических условиях, а также обладают высокой стойкостью к воздействиям окружающей среды, имеют хорошие грязеотталкивающие свойства и замедляют коррозию.
В процессе загрузки сырья происходит постоянный залив воды в шаровую мельницу (3) в соотношении не более 10% воды от объема сырья в мельнице.
Размол производят в течение 2-6 часов до получения частиц помола с максимальным размером не более 100 микрон. Размол контролируют при помощи анализатора частиц (4).
Взаимодействие воды, минерала и натриевого жидкого стекла позволяет получить пульпу, которая обладает всеми свойствами противоизносного состава после ее последующего обогащения, флотации и высушивания.
Обогащение производят следующим образом. Для отделения магнитной фракции используют магнитный сепаратор (5). Пульпу из шаровой мельницы (3) пропускают через сеператор 2-3 раза.
Затем производят флотацию и сушку. Пульпу выливают во флотатор. Во флотатор (6) добавляют еще 10-20 литров чистой воды. Перемешивание пульпы и осаждение крупных частиц обеспечивают подачей воздуха компрессором (15) через решетчатые трубчатые конструкции (16) с тонкими отверстиями в них, которые находятся в нижней части флотатора (6). Обработка помола воздухом во флотаторах производится в течение 20 мин. Затем подачу воздуха прекращают, и пульпа в емкостях для отстаивания (9) отстаивается в спокойном состоянии в течение 30 мин. Слив взвешенной фракции производится через отверстие, которое находится на высоте, гарантирующей содержание частиц не более 10 мкм. Затем производится сушка (10) при комнатной температуре. Дисперсность пульпы контролируется на анализаторе частиц (4).
Слитая пульпа заливается в лотки сушильных камер (7) и высушивается до влажности 50%. Влажность контролируется на определителе влажности. Затем высушенную пульпу, например, можно подать в дополнительную шаровую мельницу (3), на выходе из которой продукт пускают для отбора в классификатор (8), и при помощи анализатора частиц (4) осуществляют разделение продукта на фракции в зависимости от размера частиц и далее направляют в гомогенизатор (13) и диспергатор (12).
Отбор нужной фракции также можно осуществить, например, с применением сита (11), на выходе из которого продукт можно подать в диспергатор (12) (для тонкого перемешивания и диспергирования геля), а на выходе из классификатора (8) продукт можно подать в гомогенизатор (13) (служащий для дробления шариков сгустков на более мелкую фракцию).
Контроль качества может проводиться, например, путем сравнительного анализа трибологического действия масла марки МС-20 с добавкой в него состава в количестве 0.1 г на 1 литр с трибологическим действием чистого масла марки МС-20. Испытания можно проводить на стендах трения, содержащих стальной ролик класса чистоты 10, твердости 60 HRC, размером в диаметре 10 мм длиной 10 мм и чугунный диск с маркой чугуна СЧ. Время испытаний примерно 30 часов. Основные параметры сравнительной оценки: коэффициент трения должен быть в 3 раза ниже, микротвердость ролика должна быть не менее 70 HRC, величина выработки ролика должна быть в два раза меньше. В результате всех действий на устройстве удается получить состав для трущихся соединений, содержащий природный минерал серпентинит, стеарат лития, индустриальное масло и воду, причем массовая доля воды составляет не более 10%, дисперсность порошковой смеси составляет 5-20 мкм, зольность не более 6%. Практика применения составов показала эффективность их использования в качестве добавки к моторным, трансмиссионным, индустриальным, гидравлическим маслам и пластичным смазкам для улучшения антифирикционных и противоизносных свойств последних.
Пример 1. Для обработки вала (имеющего следы пригаров и задиры глубиной до 1 мм) и бронзовой втулки (имеющей следы пригара и задиры до 3 мм) конусной дробилки «Hidrocon 3000», принадлежащей ООО «ЭнСиСи-Перспектива», использовали технологическую среду, содержавшую 0,05 г восстанавливающего состава, полученного заявленным способом, на 1 литр штатной смазки. Ремонтно-восстановительный состав содержал 98% серпентина и 2% добавок. Дисперсность порошка не более 30 мкм. Перед обработкой вал был обработан абразивной шкуркой. По завершении ручной шлифовки вала остались видны:
а) отдельные глубокие (до 2 мм) бороздки;
б) сетка поверхностной эрозии;
в) сетка следов обработки и неглубоких (до 0.5 мм) бороздок;
г) на шейке вала видны следы поверхностной эрозии металла (растрескивание поверхностного слоя в виде «сетки»).
Втулку заменили на новую. Обработку вала и втулки осуществляли путем введения технологической среды в систему смазки дробилки. Обработка осуществлялась в режиме пуск-остановка. После проведения обработки и длительной эксплуатации (переработка 60000 тонн щебня) была произведена разборка данного узла и осмотр. В результате осмотра выявлено:
а) идеально гладкая поверхность вала и втулки;
б) отсутствие сетки поверхностной эрозии;
в) отсутствие следов абразивной обработки;
г) глубокие бороздки остались, но края их сглажены.
В результате проведенных работ можно сделать вывод о целесообразности применения технологии при проведении ремонтно-восстановительных работ дробильного оборудования и сокращении расходов на их проведение за счет снижения затрат на закупку дорогостоящих запасных частей.
Пример 2. Для обработки компрессора КТ-6 тормозной системы тепловоза ТЭМ2 № 270 приписки депо ст. Зима ВСЖД использовали технологическую среду, содержащую 1 г ремонтно-восстановительного состава, полученного заявленным способом, и 0,5 л базового масла. Ремонтно-восстановительный состав содержал 98% серпентина и 2% добавок. Дисперсность порошка не превышала 10 мкм. Технологическая среда перемешивалась в 1 литре штатного масла и заливалась в картер компрессора. Далее компрессор работал в режиме холостого хода в течение 20 минут. После 5 минут работы компрессор останавливали на 5 минут и т.д.
Результаты (см. таблицу 1). В результате обработки произошло снижение механических потерь и повышение производительности компрессора.
Пример 3. Для обработки коробки передач токарно-винторезного станка 1К62 инв. № 3043, принадлежащего заводу ОЭЦ ФГУП «ГНЦ РФ НИИАР» г.Димитровоград, имевшего в точке наибольшего уровня вибрации значение виброускорения 346,7 мм/с2, использовали технологическую среду, содержавшую 0,5 г ремонтно-восстановительного состава, полученного заявленным способом, и 1000 мл штатного масла. Ремонтно-восстановительный состав содержал 98% серпентина и 2% добавок. Дисперсность порошка не превышала 10 мкм. Дисперсность порошка не превышала 20 мкм. Обработку станка выполнили в два приема, используя каждый раз по 1000 г технологической среды. Между обработками станок работал в режиме штатной эксплуатации в течение 8 часов.
После обработки уровень вибрации в контролируемой точке снизился до 110,8 мм/сек2. Работы проводились в режиме штатной эксплуатации, что исключило разборку и замену изношенных деталей. Произошло создание и наращивание защитного слоя на поверхностях трения, что и привело к снижению уровня вибрации.
Как видно из приведенных примеров, в результате использования предлагаемого технического решения обеспечивают восстановление трущихся соединений при одновременном улучшении антифрикционных и противоизносных свойств поверхностей трения узлов трения.
| Таблица 1 замеров производительности компрессора КТ-6 тепловоза ТЭМ2 № 270 | ||
| Время накачки тормозной системы дизеля от 0 кг/см2 до 9 кг/см2 | До применения восстанавливающего состава | После применения восстанавливающего состава |
| 4 мин. 21 с | 4 мин. 04 с | |
| Время накачки тормозной системы дизеля от 7 кг/см2 до 8 кг/см2 | 31 с | 24 с |
1. Способ получения противоизносного состава из серпентинита, характеризующийся процессом измельчения сырья, промывкой и чисткой, отличающийся тем, что сначала состав изготавливают путем грубого помола природного минерала серпентинита, затем проводят тонкий помол полученного серпентинита с добавлением воды и натриевого жидкого стекла, полученную пульпу пропускают через магнитный сепаратор, затем производят сепарацию и сушку и вводят ее в минеральное индустриальное масло и загущают стеаратом лития.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что грубый помол производят щековой дробилкой до размеров частиц серпентинита не более 5-10 мм.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что тонкий помол производят на шаровой мельнице в течение 2-6 ч до получения частиц помола с максимальным размером не более 100 мкм, и сопровождают постоянным заливом воды в соотношении не более 10% воды от объема сырья в мельнице, а размол контролируют при помощи анализатора частиц.
4. Способ по п.3, отличающийся тем, что после тонкого помола пульпу из шаровой мельницы пропускают через магнитный сепаратор 2-3 раза, затем производят флотацию и сушку.
5. Способ по п.1, или 2, или 3, или 4, отличающийся тем, что слив взвешенной фракции производят через отверстие, которое находится на высоте, гарантирующей содержание частиц размером не более 10 мкм.
6. Состав для трущихся соединений, содержащий природный минерал серпентинит, отличающийся тем, что он дополнительно содержит стеарат лития, натриевое жидкое стекло, индустриальное масло и воду, причем массовая доля воды составляет не более 10%, дисперсность порошковой смеси составляет 5-30 мкм, зольность не более 6%.
