МАГНИЙФОСФАТНАЯ СВЯЗКА НА ОСНОВЕ БРУСИТА, ЕЕ АНАЛИЗ И ПРИМЕНЕНИЕ ДЛЯ СПЕКАНИЯ ПЕРИКЛАЗА
Аннотация
Представлены результаты синтеза и физико-химического исследования магнийфосфатной связки, исходя из природного брусита Кульдурского месторождения, состоящего в основном из гидроксида магния Mg(OH)2, и 60 % раствора H3PO4. По данным термогравиметрии установили, что все потери массы относились к многоступенчатому удалению воды. До 140 °С удалялась кристаллогидратная влага. В дальнейшем однозамещенный гидрофосфат магния превращался в MgH2P2O7 и Mg2P4O12, что не противоречит литературным данным. При нагревании бруситфосфатной связки (БФС) дегидратация сопровождалась эндотермическими эффектами. В интервале 450-575 °С наблюдался слабый экзотермический эффект, который мог быть связан с перестройкой структуры (циклизацией) первичных метафосфатов магния и/или кристаллизацией безводных циклофосфатов из первично выделившейся аморфной фазы, несвязанной с изменением массы. При 500–1000 °С фазовый состав оставался неизменным, что хорошо согласуется с данными, полученными другими методами. С помощью ИК спектроскопии подтверждено наличие в структуре циклов из фосфоркислородных тетраэдров. БФС достаточно устойчива; время живучести не менее года. Для определения кинетических параметров спекания периклаза с БФС была использована модель, учитывающая роль физического уплотнения и химического связывания в присутствии связующего в процессе нагревания. Анализ параметров показал, что прочность конгломерата обеспечивалась как за счет собственно спекания, так и за счет действия связующего; при этом предполагаемый вклад химического фактора максимален при низких температурах. При дальнейшем нагревании диффузионные процессы активизируются, и собственно спекание активизируется. Определили эффективную энергию активации спекания периклаза: Еа=255±8 кДж/моль, которая совпадает с энергией активации диффузии кислорода в MgO (252,05 кДж/моль).
Литература
Sudakas L.G. Phosphate binding systems. SPb.: RIA "Kvintet". 2006. 260 p. (in Russian).
Lopes S.J.S., Luz A.P., Gomes D.T., Pandolfelli V.C. Self-flowing high-alumina phosphate-bonded refractory castables. Ceram. Int. 2017. V. 43. N 8. P. 6239-6249. DOI: 10.1016/j.ceramint.2017.02.023.
Chen C., Feng B., Hu S., Zhang Y., Li S., Gao L., Zhang X., Yu K. Control of aluminum phosphate coating on mullite fibers by surface modification with polyethylenimine. Ceram. Int. 2018. V. 44. N 1. P. 216-224. DOI: 10.1016/j.ceramint.2017.09.161.
Walling S.A., Provis J.L. Magnesia-based cements: a journey of 150 years, and cements for the future? Chem. Rev. 2016. V. 116. P. 4170–4204. DOI: 10.1021/acs.chemrev.5b00463.
Li J.S., Zhang W.B., Cao Y. Laboratory evaluation of magnesium phosphate cement paste and mortar for rapid repair of cement con-crete pavement. Constr. Build. Mater. 2014. V. 58. P. 122–128. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2014.02.015.
Fang Y., Cui P., Ding Z., Zhu J.-X. Properties of a magnesium phosphate cement-based fire-retardant coating containing glass fiber or glass fiber powder. Constr. Build. Mater. 2018. V. 162. P. 553–560. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2017.12.059.
Ren Y., Babaie E., Lin B., Bhaduri S.B. Microwave-assisted magnesium phosphate coating on the AZ31 magnesium alloy. Biomed. Mater. 2017. V. 12. P. 045026. DOI: 10.1088/1748-605X/aa78c0.
Nabiyouni M., Brückner T., Zhou H., Gbureck U., Bhaduri S.B. Magnesium-based bioceramics in orthopedic applications. Acta Biomater. 2018. V. 66. P. 23–43. DOI: 10.1016/j.actbio.2017.11.033.
Mestres G., Aguilera F.S., Manzanares N., Sauro S., Osorio R., Toledano M., Ginebra M.P. Magnesium phosphate cements for endodontic applications with improved long-term sealing ability. Int. Endod. J. 2014. V. 47. P. 127–139. DOI: 10.1111/iej.12123.
Mestres G., Ginebra M.-P. Novel magnesium phosphate cements with high early strength and antibacterial properties. Acta Biomater. 2011. V. 7. N 4. P. 1853–1861. DOI: j.actbio.2010.12.008.
Ma C., Chen B. Experimental study on the preparation and properties of a novel foamed concrete based on magnesium phosphate cement. Constr. Build. Mater. 2017. V. 137. P. 160–168. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2017.01.092.
Wagh A.S., Sayenko S.Y., Shkuropatenko V.A., Tarasov R.V., Dykiy M.P., Svitlychniy Y.O., Virych V.D., Ulybkina E.A. Experimental study on cesium immobilization in struvite structures. J. Hazard. Mater. 2016. V. 302. P. 241–249. DOI: j.jhazmat.2015.09.049.
Wang L., Yu I.K.M., Tsang D., Li S., Poon C.S. Mixture design and reaction sequence for recycling construction wood waste into rapid-shaping magnesia-phosphate cement particleboard. Ind. Eng. Chem. Res. 2017. V. 56. P. 6645-6654. DOI: 10.1021/acs.iecr.7b01175.
Maldonado-Alameda A., Lacasta A.M., Giro-Paloma J., Chimenos J.M., Haurie L., Formosa J. Magnesium phosphate cements formulated with low grade magnesium oxide incorporating phase change materials for thermal energy storage. Constr. Build. Mater. 2017. V. 155. P. 209–216. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2017.07.227.
Klammert U., Vorndran E., Reuther T., Müller F.A., Zorn K., Gbureck U. Low temperature fabrication of magnesium phosphate cement scaffolds by 3D powder printing. J. Mater. Sci. Mater. Med. 2010. V. 21. N 11. P. 2947–2953. DOI: 10.1007/s10856-010-4148-8.
Fan S., Chen B. Experimental study of phosphate salts influencing properties of magnesium phosphate cement. Constr. Build. Mater. 2014. V. 65. P. 480–486. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2014.05.021.
Xing F., Ding Z., Li Z.-J. Study of potassium-based magnesium phosphate cement. Adv. Cement Res. 2011. V. 23. N 2. P. 81–87. DOI: 10.1680/adcr.9.00030.
Gardner L.J., Lejeune V., Corkhill C.L., Bernal S.A., Provis J.L., Stennett M.C., Hyatt N.C. Evolution of phase assemblage of blended magnesium potassium phosphate cement binders at 200° and 1000 °C. Adv. Appl. Ceram. 2015. V. 114. N 7. P. 386-392. DOI: 10.1179/1743676115Y.0000000064.
Abyzov V.A. Lightweight refractory concrete based on aluminum-magnesium-phosphate binder. Proc. Eng. 2016. V. 150. P. 1440-1445. DOI: 10.1016/j.proeng.2016.07.077.
Kosenko N.F., Filatova N.V., Fukina T.A. Thermal transformations of alumina-borophosphate binder. Neorg.Mater. 2004. V. 40. N 10. P. 1276-1280 (in Russian).
Tricot G., Coilot D., Creton E., Montagne L. New insights into the thermal evolution of aluminophosphate solutions: A complementary XRD and solid state NMR study. J. Eur. Cer. Soc. 2008. V. 28. P. 1135–1141 DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2007.09.046.
Kosenko N.F., Filatova N.V. Binding materials activity regulating by mechanical chemical methods. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2018. V. 61. N 1. P. 66-71. DOI: 10.6060/tcct.20186101.5664.
Pechkovsky V.V., Dzyuba E.D. Atlas of phosphate infra-red spectra. Condensed phosphates. М.: Nauka. 1985. 240 p. (in Russian).
Kosenko N.F., Filatova N.V., Denisova O.P. Simulation of the isothermal sintering of corundum materials with a chemical binder. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2004. V. 47. N 7. P. 113-116 (in Russian).
Physicochemical properties of oxides: Handbook. Ed. by G.V. Samsonov. M.: Metallurgy. 1978. 472 p. (in Russian)
Sinelnikov S.V., Gropyanov V.M., Abakumov V.G. Kinetics of non-isothermal MgO sintering. Zhurn. Prikl. Khim. 1982. V. 55. N 4. P. 765-769 (in Russian).
