химический каталог




МЕТАЛЛОТЕРМИЯ

Автор Химическая энциклопедия г.р. И.Л.Кнунянц

МЕТАЛЛОТЕРМИЯ, процессы получения металлов, основанные на восстановлении их оксидов и галогенидов другими, более активными металлами; протекают с выделением тепла. С помощью МЕТАЛЛОТЕРМИЯ получают такие металлы, как, например, Ti, U, РЗЭ, Nb, Та, безуглеродистые сплавы, отличающиеся высокой чистотой (главным образом по углероду). Высокая чистота конечных продуктов металлотермодинамически восстановления обусловливает, например, высокую пластичность полученных металлов, т. к. содержание многие примесей в них, в первую очередь примесей внедрения, на очень низком уровне.

Металлотермодинамически процессы инициируются теплом. Исходным соединение для МЕТАЛЛОТЕРМИЯ в основные служат оксиды, хлориды и фториды. Хлориды и фториды обычно используют в тех случаях, когда содержание кислорода в получаемом металле (например, Ti) должно быть ограничено либо разделение металлич. и шлаковой оксидной фаз затруднено из-за высокой химический активности восстановленных металлов (РЗЭ). Основные требования к исходному соединение - высокое тепловыделение при восстановлении, простота и полнота отделения исходного соединения от получаемого металла.

Реакция металлотермодинамически восстановления MX + М»М + + М»Х протекает слева направо при условии более высокого сродства металла-восстановителя (М») к компоненту X, чем у восстанавливаемого металла (М); DG0 металлотермодинамически процесса, как правило, отрицательна. В качестве восстановителей могут использоваться лишь металлы, образующие термически стойкие соединение с О, Cl, F.

На рис. 1 представлены диаграммы зависимости величин DG0обp оксидов, хлоридов и фторидов из простых веществ от температуры, из которых видно, что среди относительно распространенных и доступных металлов наиболее прочные оксиды и галогениды образуют Al, Mg, Ca, а также щелочные металлы. Поэтому наиболее распространенные восстановители в M.-Na (реже Li), Al, Mg, Ca, иногда La и др. металлы. Соотв. МЕТАЛЛОТЕРМИЯ подразделяют на натриетермию, алюминотермию, магниетермию и т.д.; к МЕТАЛЛОТЕРМИЯ условно относят также и силикотермию.

Для сдвига равновесия металлотермодинамически восстановления и повышения теплового эффекта реакции (как, например, в случае восстановления алюминием СаО или ThO2, имеющих большее, чем у Аl2О3, абс. значение величины DG0обр) используют спец. приемы - вводят добавки (например, Si) для связывания выделяющегося металла и получают в качестве конечного продукта не индивидуальный металл, а прочный металлид (например, силициды РЗЭ), проводят МЕТАЛЛОТЕРМИЯ в вакууме, вводят добавки для связывания компонентов шлака в прочные соединения (например, Аl2О3-в алюминаты при алюминотермии). Так, DG0обр силицидов РЗЭ составляет около — 270 кДж/моль, поэтому DG0 реакции алюминотермодинамически восстановления оксидов РЗЭ в присутствии Si становится величиной отрицательной (рис. 2).

При проведении МЕТАЛЛОТЕРМИИ в вакууме восстанавливаемый металл переходит в пар, сдвигая тем самым равновесие реакции вправо. Величина этого сдвига возрастает с повышением температуры и понижением давления в системе и составляет 100-150 кДж в интервале температур 1000-2000 К и давлении 1 Па. Например, силикотермодинамически восстановление MgO (эндотермодинамически реакции 2MgO + Si2Mgпap + SiO2) может протекать с образованием Mg при обычном давлении выше 2400 К, а в вакууме при 1600 К.

Механизм металлотермодинамически восстановления изучен недостаточно. Гетерогенные реакции МЕТАЛЛОТЕРМИИ протекают, как правило, между жидкой и твердой (например, алюминотермодинамически восстановление оксидов) или жидкой и паровой фазами (магниетермодинамически восстановление TiCl4). Часто реагенты находятся в двух агрегатных состояниях; например, Са при кальциетермии реагирует как в жидком, так и в парообразном состоянии.

Среди металлотермодинамически процессов наиболее распространена алюминотермия. Этим методом получают сплавы большинства технически важных металлов (Nb, Ti, W, Zr, РЗЭ, Сг, Ва, Са, V, Та, Sr), которые используют для легирования сталей, чугунов и цветных металлов и как исходные материалы для производства самих металлов. Алюминотермодинамически процессы подразделяют на 3 основные группы: процессы, в которых благодаря экзотермодинамически эффекту реакции выделяется тепла больше, чем необходимо для нормального протекания реакции (расплавления всех компонентов, разделения металлич. и шлаковой фаз в результате разности в плотностях расплавов); процессы, в которых тепла выделяется больше, чем необходимо для расплавления продуктов реакции, но недостаточно для покрытия тепловых потерь; процессы, в которых тепло выделяется в недостаточном количестве для расплавления продуктов реакции.


Процессы первой группы проводят внепечным методом. Перемешанную шихту загружают в горн и поджигают запалом из стружки Mg. Плавку проводят как с выпуском металла, так и без (плавка на "блок"). Средняя продолжительность такого процесса (на 4-6 т шихты) 15-20 мин. Степень извлечения металла около 70-80%. Шлак и металл разделяют либо механически после остывания, либо путем раздельного выпуска. Внепечным методом получают легковосстанавливаемые металлы (V, Nb и др.), а также лигатуры, содержащие относительно трудновосстанавливаемые металлы.

Рис. 2. Температурная зависимость DG0 восстановления оксидов La и Y алюминием.

Процессы второй группы проводят также в горне. Дополнит. тепло, необходимое главным образом для компенсации потерь на нагрев стенок горна, получают путем введения термитных добавок-смесей порошка Аl с оксидами металлов (например, NiO), при взаимодействии которых выделяется большое количество тепла.

Процессы третьей группы проводят в электропечах, главным образом в дуговых сталеплавильного типа. Так, например, лигатуры, содержащие РЗЭ, выплавляют в наклоняющейся дуговой печи. Печь разогревают до 1700-1750 °С, зажигают дугу и загружают шихту. После плавления шихты и выдержки расплав сливают в изложницу, из которой после отстоя и кристаллизации шлака производят выпуск лигатуры.

М а г н и е т е р м и я получила свое развитие в связи с производством U путем восстановления магнием UF4, а также в связи с организацией пром. производства Ti. Восстановление очищенного ТiСl4 проводят в инертной атмосфере в герметичных ретортных печах с электрический и др. видами нагрева. Производительность современной печей около 4 т за один рабочий цикл. В реторту подают расплавл. Mg спец. дозатором, а затем после достижения 740-780 °С-ТiСl4; периодически производят слив MgCl2 через спец. отверстия в ниж. части реторты. Процесс оканчивают, когда израсходовано 60-70% Mg; остальной восстановитель располагается в порах образовавшейся титановой губки, что затрудняет его контакт с ТiСl4. Реакц. масса содержит 50-70% титановой губки, 30-35% Mg и 15-20% MgCl2; ее разделяют вакуумной сепарацией, нагревая до 1100 °С. Отгоняющиеся Mg и MgCl2 собирают в конденсаторе, представляющем собой также реторту, устанавливаемую сверху и охлаждаемую водой. После охлаждения титановую губку извлекают, а верх. реторту (конденсатор) догружают Mg и используют для следующей восстановления (так называемой оборотная реторта). Магниетермия перспективна также для получения Zr, Nb и др. металлов.

Наиб. активный восстановитель - Са. Кальциетермией получают U, Zr, Hf, Ti, РЗЭ. Так как применение оксидов и хлоридов U и РЗЭ затруднено, то в качестве исходного соединения для восстановления используют их безводные фториды. Кальций загружают в виде стружки. Процесс проводят до расплавления всех компонентов при температуре до 1800 °С в герметичных электропечах и инертной атмосфере. Разделение металлич. и шлаковой фаз происходит в результате различия в их плотностях.

При кальциетермодинамически получении тонкодисперсных порошков Zr, Hf и Ti восстанавливают их оксиды при температуре около 1100°С. Шлак отделяют путем растворения СаО в кислотах. Для удобства диспергирования Са часто используют в виде хрупкого гидрида СаН2, который перед смешением с оксидами измельчают. Этот процесс применяют для производства порошков магн. материалов SmCo5 и Nd-Fe-B.

М. открыл Н. Н. Бекетов, в 1859-65 он показал, что Аl при высоких температурах восстанавливает оксиды металлов (СаО, ВаО и др.) до металлов.

Химическая энциклопедия. Том 3 >> К списку статей


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]    [обратная связь]

 

 

Реклама
участок новая москва рассрочка
http://www.prokatmedia.ru/proektor.html
лечение варикоцеле цена
пластиковые шкафы для одежды ивещей

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(24.08.2017)