Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия:

Р. Ю. Фещенко, доцент кафедры металлургии, канд. техн. наук, эл. почта: Feschenko_RYu@pers.spmi.ru

Р. Н. Еремин, аспирант

О. О. Ерохина, аспирант

В. М. Дыдин, аспирант

Графитированные электроды широко применяют в промышленности, однако в высокотемпературных технологических средах они подвержены окислению, которое может приводить к нарушению нормального режима эксплуатации агрегата и его преждевременному выходу из строя. Для повышения окислительной стойкости в высокотемпературных условиях широкой номенклатуры изделий промышленного назначения применяют нанесение защитных покрытий или пропитку специальными растворами (расплавами). Очевидно, что создание сплошного покрытия на поверхности электрода затруднит или сделает невозможным протекание электрического тока на границе электрод – электролит, поэтому такой метод для анодов магниевого производства не подходит. В мировой практике широкое применение находят водные растворы фосфатов для повышения устойчивости материалов к высокотемпературному окислению за счет образования стекловидных фаз при их сушке. В данной работе исследована возможность применения водного раствора смеси дигидрофосфатов цинка и алюминия в ортофосфорной кислоте для повышения окислительной стойкости металлургического электродного графита марки ЭГП (HP). Предварительную оценку пригодности раствора для достижения заданной цели проводили с помощью комплексного термического анализа, образование кристаллических структур после сушки раствора подтверждено результатами рентгеновской дифрактометрии. Эксперименты по определению оптимальных условий пропитки и сушки графита проводили на образцах кубической формы с ребром 50 мм. В качестве поверхностно-активного вещества для обеспечения смачивания графита раствором использовали изопропанол. Подобран режим пропитки образцов, включающий выдержку в растворе под разрежением после предварительного вакуумирования для удаления воздуха из пор. Подобрана кинетическая модель для описания процесса сушки образцов после пропитки. Окислительную стойкость оценивали в динамическом потоке воздуха. Температуру испытаний выбрали 700 ^oC, поскольку это максимально возможная температура при электролитическом получении магния. По результатам экспериментов определено, что в лабораторных условиях пропитка образцов электродного графита раствором по предложенному методу позволяет повысить его окислительную стойкость более чем в 5 раз. Определена целесообразность масштабирования экспериментов с последующей разработкой контуров технологии получения графита с повышенной окислительной стойкостью на их основе.

1. Колокольцев С. Н. Углеродные материалы. Свойства, технологии, применения : учебное пособие. — Долгопрудный : Интеллект, 2012. — 296 с.
2. Dubovikov O. A., Brichkin V. N. Directions and prospects of using low grade process fuel to produce alumina // Journal of Mining Institute. 2016. Vol. 220. P. 587–594. DOI: 10.18454/PMI.2016.4.587.
3. Song Y. et al. The impact of cathode material and shape on current density in an aluminum electrolysis cell // JOM. 2016. Vol. 68, No. 2. P. 593–599.
4. Щеголев В. И. Электролитическое получение магния. — М. : Руда и Металлы, 2002. — 366 с.
5. Локшин М. З., Макаров Г. С. Актуальные проблемы производства и переработки магния // Цветные металлы. 2006. № 5. С. 46.
6. Rubenstein J., Davis B. Wear Testing of Inert Anodes for Magnesium Electrolyzers // Metallurgical and Materials Transactions B. 2007. Vol. 38, No. 2. P. 193–201.
7. Pat. 102268697 CN. Graphite anode for magnesium electrolysis and preparation method thereof / Hao X., Yu Z., Li C., Cao J., Li T., Gou Z. ; Publ. 27.11.2013.
8. Цаплин А. И., Нечаев В. Н. Численное моделирование процессов тепломассопереноса в реакторе магниетермического восстановления титана // Цветные металлы. 2016. №. 7. С. 64–70.
9. Lin Y. et al. Fabrication and oxidation resistance behavior of phosphate/borate impregnation for graphite // Surface and Coatings Technology. 2020. Vol. 389. P. 125632.
10. Deng Y. L. et al. Improvement in anti-oxidation of two-step dipping graphite with different solutions // Chinese Journal of Process Engineering. 2012. Vol. 12, No. 1. P. 160.

11. Cheng X. et al. Phosphate adsorption from sewage sludge filtrate using zinc-aluminum layered double hydroxides // Journal of Hazardous Materials. 2009. Vol. 169, No. 1. P. 958–964.
12. Hernandez M. et al. Effect of an inhibitive pigment zincaluminum-phosphate (ZAP) on the corrosion mechanisms of steel in waterborne coatings // Progress in Оrganic Сoatings. 2006. Vol. 56, No. 2. P. 199–206.
13. Naderi R., Attar M. M. The role of zinc aluminum phosphate anticorrosive pigment in protective performance and cathodic disbondment of epoxy coating // Corrosion Science. 2010. Vol. 52, No. 4. P. 1291–1296.
14. Jabri M. et al. Optimisation of hardness and setting time of dental zinc phosphate cementusing a design of experiments // Arabian Journal of Chemistry. 2012. Vol. 5, No. 3. P. 347–351.
15. Mousavifard S. M. et al. The effects of zinc aluminum phosphate (ZPA) and zinc aluminum polyphosphate (ZAPP) mixtures on corrosion inhibition performance of epoxy/polyamide coating // Journal of Industrial and Engineering Chemistry. 2013. Vol. 19, No. 3. P. 1031–1039.
16. Pokorný P. Comparison of the thermal stability of magnesium phosphate (newberyite) coating with conventional zinc phosphate (hopeite) coating // Koroze a ochrana materialu. 2018. Vol. 62, No. 4. P. 129–133.
17. Кошелев Ю. И., Бубненков И. А. Роль капиллярных процессов при жидкофазном силицировании углеродных материалов // Научно-исследовательскому институту конструкционных материалов на основе графита — 55 лет. 2015. С. 121–153.
18. Butyrin G. M. Density, porous structure, and gas-dynamic characteristics of finely grained graphites (a review) // Solid Fuel Chemistry. 2015. Vol. 49, No. 5. P. 304–318.
19. EPM Group. 2013–2020. URL : https://www.epmgroup.ru/en/assets/uploads/files/docs/2019/5/epm-booklet-fin.pdf (дата обращения: 20.09.2020).
20. Правила промышленной безопасности опасных производственных объектов, на которых используется оборудование, работающее под избыточным давлением : утв. Ростехнадзором 25.03.2014, приказ № 116.