Назад в библиотеку

Применение композитных материалов в горно-металлургической промышленности, настоящее и будущее.

Автор: Z J de BEER
Источник: www.saimm.co.za

Автор перевода: Н.В. Гутаревич

Аннотация

Z J de BEER Применение композитных материалов в горно-металлургической промышленности, настоящее и будущее. В статье рассмотрены примеры применения композитных материалов на шахтах США и ЮАР. Приведены достоинства и недостатки таких материалов.

Введение.

Композитные материалы считаются «революционными» и инновационными изобретениями. Однако, на самом деле композиты были известными материалами в течение нескольких веков. В той форме, которой мы привыкли воспринимать такие материалы, они существуют около 50 лет.

Композитные материалы популярны из-за своей широкой применяемости. В промышленности их используют благодаря высоким прочностным свойствам, а также их стойкости к химическим веществам и коррозии. Другие полезные свойства, такие как низкая масса, низкая стоимость, возможность производить материалы в широком диапазоне их свойств, легкость создания деталей сложной формы, также ценятся производителями машин и аппаратов.

В статье рассматривается применение композитов в горной промышленности в Соединенных Штатах Америки, а также в Южной Америке.

Применение композитных материалов в США

Для шахт этого региона в угольной и металлургической промышленности ценны следующие свойства:

- Химическая стойкость трубопроводов и резервуаров для переработки платины;

- Изоляция оболочки для водяного охлаждения;

- Вентиляционные каналы.

Конкретные примеры применения композиционных материалов в США отображены ниже:

- Композитные трубы для пресной воды, кислотных вод и шламов.

- Каналы для транспортирования золы. Материал состоит из 12% оксида железа, 40% диоксида кремния, 16% алюминия, 22% кальция, 2% магния 1% натрия. Срок использования трубопровода из такого материала на год-два дольше, чем из чугуна.

- Установка Hodge-Union Texas проекта в Оклахоме, состоящая из композитных материалов, считается одной из крупнейшей. Высота трубы примерно 150 000 и она устойчива к коррозии и отложениям парафина на ее стенках.

- Бумажная фабрика в Висконсине использует 800 м стеклопластиковых труб, а также использует растительную очистку воды. Вместо нержавеющей стали теперь используется сплав с гидроксидом натрия, стойкий к коррозии.

Применение композитных материалов в ЮАР

Некоторые из возможных способов применений в промышленности приведены ниже:

- Низкая масса оборудования;

- Высокая термическая изоляция труб;

- Низкая масса и высокая прочность канатов;

- Низкая масса оборудования для тушения пожаров;

- Транспорт шлама;

- Вентиляционные каналы;

- Трубопроводы гидроэнергетического оборудования;

- Устойчивые к коррозии кабели и решетки;

- Взрывозащита;

- Гидравлическое оборудование;

- Воздушные привода.

Шахтное оборудование

Шахтное оборудование нуждается в применении композитных материалов больше, чем любое другое. Обычные стали плохо переносят высокую влажность и подвержены коррозии. Однако, стальные конструкции имеют ряд преимуществ: невысокая цена, высокая разрывная прочность. И все-таки композитные материалы, являются перспективным и успешным направлением развития материалов для применения в шахтном оборудовании.

Передача охлажденной воды.

Использование охлажденной воды в угольной промышленности ЮАР способствовало множеству проблем с изоляцией трубопровода. Сперва было принято решение использовать термопластик, однако, такой материал абсолютно неприемлем в шахтных условиях с точки зрения пожароопасности. Альтернативный подход заключился в разработке термореактивных фенольных труб, с присущими им огнестойкостью и высокой изолирующей способностью.

Преимущества такого материала: не требует дополнительной изоляции, устойчивый к коррозии, трубопровод становится более легкий, что облегчает его монтаж, и имеет меньшие габариты.

Трубы высокого давления для гидроэлектростанции

Композитные трубы могут быть пригодны для передачи жидкостей, эмульсий под высоким давлением. В таких условиях также важны антикоррозионные свойства материала, а также его повышенная удельная прочность.

Применение композитных материалов в гидравлике

Преимуществом гидравлических систем, которые созданы из композитных материалов, в первую очередь будет их низкая масса, которая не создает большую неравномерность передачи жидкости. Во-вторых повышенная износостойкость материала позволяет увеличить ресурс оборудования.

Скиповый подъем

Безусловно для скипового подъема главным свойством, которое улучшает его работу является уменьшение массы скипа. Это позволит поднимать грузы с более высокой скоростью, повысить производительность, уменьшить износ канатов, а также экономить электроэнергию.

Проблемы композитных материалов.

Несмотря на такие серьезные преимущества и уже солидный стаж эксплуатирования композитных материалов, нельзя утверждать что это идеальный материал без недостатков. Первой проблемой является сложность структурного дизайна продуктов из композитных материалов и неоднородность свойств материала от образца к образцу.

Сложность химического состава

Подбор свойств материала для обеспечения его химической и коррозионной стойкости также является проблемой. Производство химических реактивов, которые бы могли подходить к любым материалам, должно быть совместно с производством композитов. Производители реактивов стремятся улучшать и изменять формулы, что может непредсказуемо сказаться на свойствах композитных материалов.

Стандартизация

В настоящее время еще нет конкретной базы стандартов, каталожных данных о истинных механических и химических свойствах, что является барьером для их широкого использования.

Процесс производства

Существует немного фирм, которые имеют оборудование и квалификацию выпускать сложные композиционные материалы. Процесс производства усложняется непостоянством свойств композитов и дороговизной. Поэтому немногие заводы могут позволить себе их выпуск.

Заключение

Композиционные материалы смогут сильно изменить качество угледобычи в лучшую сторону. Однако, истинный потенциал материала будет реализован, если производители согласятся пойти на риск и внедрять инновации, инвестировать в технологии и оборудование. К счастью, в настоящее время, большая часть необходимой технологии известна, местами налажено производство и можно полагать, что внедрения композитных материалов в угледобывающую промышленность – это вопрос времени.