1. РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
(19) KZ (13) A4 (11) 28817
(51) C08L 13/00 (2006.01)
C01B 33/025 (2006.01)
КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ
МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ
(21) 2012/1149.1
(22) 02.11.2012
(45) 15.08.2014, бюл. №8
(76) Ким Василий Анатольевич; Ким Сергей
Васильевич; Иващук Иван Иванович
(56) Ф.Ф. Когиелев, А.Е. Корнев, А.М. Буканов.
Общая технология резины. -М.: Химия, 1978, с.528
(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РЕЗИНЫ И
РЕЗИНОВОГО ИЗДЕЛИЯ
(57) Изобретение относится к области резиновой
промышленности, а именно, к технологии
изготовления различных типов резин и резиновых
изделий.
Технический результат изобретения - повышение
механических свойств и снижение стоимости
резиновых изделий за счет использования в качестве
минерального наполнителя пыли газоочистки -
отхода электроплавки кремния.
В предлагаемом способе технический результат
изобретения достигается путем использования в
качестве минерального наполнителя пыли
газоочистки, образующейся при электроплавке
кремния с использованием в шихте в качестве
восстановителя карбонизата «Рексил».
(19)KZ(13)A4(11)28817

2. 28817
2
Изобретение относится к резиновой
промышленности, а именно, к технологии
изготовления различных типов резин и резиновых
изделий.
Известен способ изготовления резин и
резиновых изделий с применением синтетических
минеральных наполнителей, например, коллоидной
кремнекислоты - высокодисперсного оксида
кремния, полученного пирогенным процессом,
путем разложения четыреххлористого кремния в
среде перегретого пара при температуре выше
1000°С. Содержание основной компоненты SiO2 в
коллоидной кремнекислоте-аэросиле достигает
99,8% (Технология синтетических минеральных
наполнителей, адсорбентов и коагулянтов. Сборник
статей НИОХИМ под ред. М.Б. Зеликина. Л.,
«Химия», 1970.)
Недостатком аналога является сложный
энергозатратный синтез коллоидной
кремнекислоты, сопряженный с проведением
энергоемкого технологического процесса в среде
перегретого пара при температуре более 1000°С, что
обуславливает высокую стоимость аэросила и
резиновых изделий с его применением.
Наиболее близким по технической сущности и
достигаемому результату является способ
изготовления резиновых изделий с применением
минерального наполнителя в виде коллоидной
кремнекислоты, полученной «мокрым» способом,
путем осаждения оксида кремния из водного
раствора силиката натрия диоксидом углерода, либо
водными растворами кислот. Содержание SiO2 в
наполнителе достигает 86,0%. (Ф.Ф. Когиелев,
А.Е. Корнев, A.M. Буканов. Общая технология
резины. Москва, «Химия», 1978, с.528).
Минеральные наполнители, как ингредиенты
резиновых смесей, широко применяются в
резиновой промышленности. Хотя они и изменяют
физические свойства резин, придавая им ряд
положительных свойств, но однако основной целью
их применения является снижение стоимости
резиновых изделий.
По сравнению с аналогом использование
синтетической коллоидной кремнекислоты,
полученной «мокрым» способом, удешевляет
стоимость резиновых изделий. Однако, из-за низкой
концентрации в наполнителе базовой компоненты -
коллоидной (аморфной) кремнекислоты
(содержание SiO2 составляет 75,0-86,0%), большого
содержания хлоридов, сульфидов и щелочей, а
также оксидов побочных металлов (например, в
аэросилах марки Б-30 - Б-100 суммарное
содержание их достигает 7,0%) при использовании
данного вида наполнителя не обеспечиваются
высокие и качественные показатели резиновых
изделий, например, таких основных свойств как
условная прочность на разрыв, относительное
удлинение на разрыв.
Задачей изобретения является устранение
указанных в прототипе недостатков и разработка
более дешевого способа получения резины и
резинового изделия с применением активного
минерального наполнителя на основе отхода
промышленного производства кремния.
Техническим результатом изобретения является
повышение физических свойств резинового изделия,
а именно, увеличение условной прочности на
разрыв и величины относительного удлинения на
разрыв.
Помимо указанного технологического результата
изобретения достигается также существенное
удешевление резинового изделия из-за различия,
более чем на порядок, стоимости синтетического
минерального наполнителя, полученного «мокрым»
способом и отхода производства -пыли газоочистки.
Технический результат достигается путем
использования в качестве синтетического
наполнителя отхода производства технического
кремния -пыли газоочистки, образующегося в
рудно-термической печи при электроплавке
кремния с применением заменителя древесного угля
-карбонизатарексил.
На основе результатов промышленных
испытаний установлено, что в технологии выплавки
высокомарочных сортов технического кремния
(содержание кремния более 99,0%) с успехом может
быть использован заменитель древесного угля
карбонизат «Рексил», получаемый методом
термоокислительной карбонизации из минерального
угольного сырья.
Карбонизат «Рексил» обладает высокоразвитой
изотропной структурой и низким содержанием
остаточных летучих веществ, равным 1-2%. В
отличие от него древесный уголь характеризуется
анизотропной структурой (неравномерностью
свойств в объёме материала) и высоким
содержанием остаточных летучих веществ, равным
15-20%. По этой причине при использовании в
шихте в качестве восстановителя карбонизата
«Рексил» в системе газоочистки (вне электропечи)
накапливается пыль с более высоким содержанием
SiO2, c пониженным содержанием хлоридов,
сульфидов и щелочей, а также оксидов побочных
металлов. Состав образующейся пыли по
качественным параметрам соизмерим, а по
отдельным показателям даже превосходит
минеральные наполнители, полученные «мокрым»
способом, см. таблицу 1.
Таблица 1
Характеристика белой сажи Б-120, и пыли газоочистки электропечи.
Ингридиенты наполнителя и
пыли
Коллоидная кислота, полученная
«мокрым» способом - белая сажа
Б-120
Пыль газоочистки, образующаяся при
плавке кремния с карбонизатом «Рексил»
Массовая доля аморфного
SiO2, %
86,0 93,1

3. 28817
3
Ингридиенты наполнителя и
пыли
Коллоидная кислота, полученная
«мокрым» способом - белая сажа
Б-120
Пыль газоочистки, образующаяся при
плавке кремния с карбонизатом «Рексил»
Массовая доля оксидов
побочных металлов:
Аl2O3, %
Fe2O3, %
СаО, %
0,15
0,17
0,8
0,4
0,14
0,21
Массовая доля хлоридов, % 1,0 -
Массовая доля сульфатов, % 0,2 -
Массовая доля щелочей, % 1,1 -
Насыпная плотность, г/см3
165 170
Массовая доля остатка на
сите с сеткой 0,14К по ГОСТ
6613,%
0,02 0,015
В процессе электроплавки кремния заметная
часть кремния (до 15-30%) теряется в газовую фазу
в виде газообразного оксида кремния - SiO газа.
Образование и возгонка SiO газа
обусловленыспецификой поэтапного
восстановления кремния, в промежуточном этапе
которого образуется газообразныйсубоксид
кремния.
Использование в составе шихты углеродного
восстановителя с развитой изотропной структурой -
карбонизата «Рексил» сопровождается повышением
ассимилирующей, т.е. улавливающей способности
верхнего колошникового слоя в печи, в результате
чего здесь накапливается более значительная часть
тонкодисперсной пыли с высоким содержанием
побочных конденсированных продуктов
восстановления рудного сырья, таких как оксиды
металлов, хлориды, сульфаты, щелочи. При этом
газообразные компоненты восстановительной
электроплавки кремния такие, как газообразный
SiO2 газ, не улавливаются колошниковым слоем,
покидают слой шихты и конденсируются в системе
газоочистки.
Таким образом, при использовании в шихте
карбонизата «Рексил» повышение концентрации
SiО2 в пыли газоочистки вызвано ростом
ассимилирующей способности колошникового слоя
шихты в электропечи. Основной причиной
изменения ассимилирующей способности шихты
является использование твердого углеродистого
восстановителя с изотропной поровой структурой, в
данном случае «Рексила» (ориентация и
распределение пор в объеме материала произвольны
и равномерны), что обеспечивает высокую
способность шихты улавливать тонкодисперсную
пыль. Напротив, применение углеродистого
восстановителя с анизотропной структурой, в
частности, древесного угля, (с неравномерным
распределением пор в объеме материала)
сопровождается низкой ассимилирующей
способностью колошникового слоя печи, т.к. в
процессах фильтрационного взаимодействия может
участвовать только определенная часть суммарной
внутренней поверхности пор древесного угля, по
отдельным данным не более 13-15%. По этой
причине значительная часть побочных
конденсированных продуктов восстановления (не
содержащих оксид кремния) не улавливается
колошниковым слоем в печи и, покидая печь,
накапливается в пыли газоочистки.
По качественным параметрам, таким как
содержание аморфного SiO2, количество вредных
примесных компонентов, остаток на сите с сеткой
014 К по ГОСТ 6613 и др. пыль газоочистки
производства технического кремния с применением
в шихте «Рексила» в заметной мере превосходит
аэросил Б-120. В силу отмеченных особенностей
пыль газоочистки, образующаяся при выплавке
кремния с использованием «Рексила», может быть
успешно использована в качестве усиливающего
минерального наполнителя резин на основе
каучуков общего и специального назначения.
Изобретение демонстрируется следующим
примером.
Для проведения испытаний использованы пыль
газоочистки, образующаяся при выплавке
технического кремния с использованием
карбонизата «Рексил» на ТОО «Силициум
Казахстан», а также синтетический минеральный
наполнитель в виде коллоидной кремнекислоты,
полученной «мокрым» способом - белая сажа марки
Б-120 (прототип), таблица 1.
Испытания проведены на ТОО «СКЭП» при
производстве резиновых изделий - резиновых плит
для футеровки шаровых мельниц (бронеплит), для
которых важной характеристикой свойств являются
условная прочность на разрыв, кг/см2
и
относительное удлинение на разрыв, %.
Контрольный состав резиновой смеси был
изготовлен без применения минеральных
наполнителей на основе каучука марки СКИ-3 (60%)
и технического углерода марки ТУ-245 (40%). В
опытных составах была произведена частичная
замена технического углерода различными
наполнителями (доля замещения 40%), при этом
содержание остальных компонентов не изменялось.
Результаты испытаний резиновых изделий
приведены в таблице 2.

4. 28817
4
Таблица 2
Результаты испытаний резиновых изделий приведены в таблице 2.
Состав резиновых смесейВарианты
Компоненты смеси Содержание, %
Условная
прочность на
разрыв, кг/см2
Относительное
удлинение на разрыв,
%
1 2 3 4 5
Каучук СКИ-3 60,01.
Технический углерод
ТУ-245
40,0
199,0 500,0
Каучук СКИ-3 60,0
Технический углерод
ТУ-245
24,0
2 прототип
Белая сажа Б-120 16,0
217,0 610,0
Каучук СКИ-3 60,0
Технический углерод
ТУ-245
24,0 269,0 870,0
3
предлагаемый
Пыль газоочистки
плавки кремния с
рексилом
16,0
Из приведенных данных следует, что замена
белой сажи Б-120 (вариант 2, прототип) пылью
газоочистки, образующейся при выплавке кремния с
применением карбонизата «Рексил» (вариант 3),
сопровождается ростом условной прочности на
разрыв резинового изделия с 217,0 до 269,0 кг/см2
и
относительного удлинения на разрыв с 610,0 до
870,0%. Наряду с улучшением механических
свойств применение указанной пыли, являющейся
отходом кремниевого производства, позволяет
снизить стоимость резинового изделия, а также
получать цветную резину на основе
некристаллизующихся каучуков.
Таким образом, преимуществом изобретения в
отличие от прототипа является достижение высоких
механических свойств резинового изделия и
получение резиновой продукции с более низкой
стоимостью.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ изготовления резины и резинового
изделия, включающий использование в составе
резиновой смеси минерального наполнителя,
отличающийся тем, что в качестве минерального
наполнителя применяют пыль газоочистки,
образующуюся при электроплавке кремния с
использованием в шихте карбонизата «Рексил».
Верстка Ж. Жомартбек
Корректор Е. Барч