Главная | Обратная связь

Основные принципы получения металлических порошков восстановлением их соединений.

Восстановление в порошковой металлургии – получение металла из его химического соединения путём отнятия неметаллической составляющей (кислорода, солевого осадка и др.) при помощи вещества, называемого восстановителем. Восстановитель окисляется.

Простейшая реакция восстановления:

МеА + Х ↔ Ме + ХА Q

где Ме – любой металл, порошок которого хотят получать; А – неметаллическая составляющая восстанавливаемого соединения МеА (кислород, хлор, фтор, солевой остаток и др.); Х – восстановитель; Q – тепловой эффект реакции.

Восстановителями служат газы (водород, конвертированный природный газ и др.), твердый углерод (кокс, сажа и др.) и металлы (натрий, кальций и др.). Исходным сырьем являются окисленные руды, рудные концентраты, отходы и побочные продукты металлургического производства (например, прокатная окалина), а также различные химические соединения металлов

Восстановитель должен иметь большее сродство к неметаллической составляющей А соединения МеА, чем металл, входящий в это соединение.

При этом количественной мерой служит величина энергии Гиббса , высвобождающейся при образовании соответствующего химического соединения.

или

где ∆Н_Т – изменение энтальпии реакции, кДж/моль; Т – температура, К; ∆S_Т – изменение энтропии реакции, кДж/(К·моль).

Условия протекания реакции – убыль энергии Гиббса.

С газообразными реагентами наряду с температурой важно отношение парциальных давлений, так как они входят в константу равновесия.

МеО + Н₂ →Ме + Н₂О

МеCl_x + 0,5 Н₂О →Ме + xНCl

В случае, когда исходные или образующиеся фазы имеют переменный состав с определённой областью гомогенности, условия равновесия определяются не только парциальными давлениями, но и изменяющимся составом конденсированной фазы.

При восстановлении металлами (металлотермия) реакция принимает вид:

МеА + Ме` ↔ Ме + Ме`А + Q

Для её протекания необходим положительный тепловой эффект.

Так как тепловой эффект положительный, то существует опасность выброса веществ из реактора или взрыва реактора. Для предотвращения вводят балластные вещества (инертные газы), которые поглощают часть тепла. Балласт необходимо удалять, но активные окислители могут взаимодействовать с балластом с образованием побочных продуктов.. Можно вводить флюсы, которые образуют легкоплавкий слой, предотвращающий окисление или взаимодействующий с Ме`А. В качестве флюсов используют CaCl₂, при этом частицы укрупняются и порошок становится менее пирофорным, но CaCl₂ вызывает побочные реакции.

На кинетику процесса влияют температура, давление, поверхностные явления (адсорбция, сорбция, хемосорбция, диффузионные процессы , каталитические явления и т.д.)

Принцип Байкова: химическое превращение проходит через все химические соединения, способные существовать при данных условиях (Т, Р и др.).