ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Получение порошков методом металлотермического восстановления из "Порошковая металлургия " Металлотермический метод получения металлов и сплавов путем восстановления их из химических соединений (окислов, солей) основан на большем сродстве металла-восстановителя к кислороду, хлору, фтору или другому неметаллическому элементу соединения, чем восстанавливаемый металл. [c.80] Этот способ, получивший широкое распространение в металлургии для получения в чистом виде ряда редких металлов (Ti, 2г, Та, ЫЬ, и, Ве и др.), легких металлов (КЬ, Сз, Mg, Ва), а также различных металлических сплавов (особенно на основе Ре и А1), служит основой крупной отрасли металлургии — производства ферросплавов, используется в пиротехнике и т. п. [c.80] Впервые метод металлотермии был осуществлен в 1865 г. русским химиком Н. Н. Бекетовым на примере вытеснения алюминия из криолита магнием. Кроме этого, Н. Н. Бекетовым были получены барий, калий и рубидий путем восстановления их окислов алюминием. [c.80] Реакции металлотермического восстановления, как правило, экзотермичны. [c.81] При этом имеется в виду, что для окислов с большими тепловыми эффектами 7AS Q приближенной мерой прочности окисла удобно полагать соответствующий тепловой эффект реакции. Это допустимо для реакций, протекающих в конденсированных системах, когда теплоемкости исходных и конечных продуктов реакции различаются на очень малую величину. [c.81] На рис. 34 и 35 приведена зависимость свободной энергии образования окислов и галоидных солей от температуры. Из сопоставления приведенных величин следует, что наибольшей убылью свободной знергии сопровождается образование окислов кальция, магния, алюминия, натрия, кремния, циркония и бора. Перечисленные элементы, кроме двух последних, используются для осуществления металлотермических реакций восстановления. Высокое сродство циркония к кислороду используется главным образом в пиротехнике [15]. Выбор восстановителя зависит не только от термодинамических условий, но и от его летучести, которая при проведении металлотермического процесса при атмосферном давлении должна быть минимальной. [c.81] При использовании низкокипящих восстановителей процесс восстановления часто приходится проводить при повышенном давлении, создаваемым аргоном или другими инертными газами, что в свою очередь ведет к некоторому усложнению аппаратуры для восстановления и условий выполнения металлотермического процесса. [c.81] НО 11 ллг рт. ст. Чтобы избежать возгонки и конденсации кальция на крышке аппарата, в реакционное пространство вводят инертные газы (аргон или гелий) под некоторым избыточным давлении. [c.82] Избыток гидрида может разлагаться с выделением водорода, который создает восстановительную атмосферу процесса, а в ряде случаев может вступать в реакцию с соединением МеХ, будучи еще в активном состоянии. Указанным методом можно получать и гидриды металлов, разлагающиеся при нагреве с выделением водорода и образованием тонкого металлического порошка (МеН Ме + Нг). [c.84] При разработке металлотермического процесса следует иметь в виду, что во время восстановления того или иного соединения до металла реакция иногда проходит через промежуточные стадии, например с образованием низших окислов, химическая прочность которых (т. е. свободная энергия образования на 1 г-атом кислорода), как правило, значительно выше, чем химическая прочность высшего окисла. Поэтому при отсутствии данных, характеризующих химическую прочность промежуточных окислов, может произойти ошибка,, если расчет реакции вести по характеристикам химической прочности высшего окисла. [c.84] Например, если сравнить химическую прочность Т10г и М 0, можно придти к ошибочному заключению, что металлический титан может быть восстановлен магнием до металла из Т Ог. На самом деле это не верно, так как низший окисел титана Т10 обладает большей химической прочностью, чем Т10г и MgO. [c.84] Для успешного хода металлотермического процесса необходима определенная разность теплот образования соединений МеХ и Ме Х, т. е. определенный тепловой эффект реакции восстановления. Для самопроизвольного протекания реакции ее тепловой эффект Q должен быть достаточно большим. Количество тепла д), приходящееся на единицу массы шихты, называется термич-ностью процесса. Очевидно, что термичность процесса максимальная при стехиометрическом соотношении компонентов МеХ и Ме ), а при избытке любого из компонентов термичность снижается за счет расхода тепла на нагрев и расплавление избытка вещества, не участвующего в реакции. [c.84] Где Ммех — молекулярная масса восстанавливаемого соединения Аме — атомная масса металла-восстановителя. [c.85] К — коэффициент, учитывающий тепло, идущее на нагрев реакционной массы до температуры плавления и на ее расплавление, а также потери тепла за время от начала реакции до начала отделения металла от шлака например, для алюмотермических реакций коэффициент К равен 3,15. [c.86] В некоторых случаях тепловой эффект реакции настолько велик и она идет настолько бурно, что может привести к выбросу части шихты из реактора (если он не герметичен) или к разрушению реактора (если он герметичен). [c.86] Чтобы в таких случаях замедлить процесс, в исходную шихту добавляют флюсы, которые поглощают часть выделяющегося тепла на прогрев и расплавление и замедляют процесс за счет разубоживания шихты. Иногда флюсы добавляют с целью получения легкоплавкого шлака, для защиты образующегося металла от окисления при высоких температурах, с одной стороны, и, с другой стороны, для частичного или полного растворения в легкоплавком флюсе образующихся тугоплавких соединений металла-восстановителя (например СаО), препятствующих образованию крупных частиц порошка восстанавливаемого металла. Это особенно важно в тех случаях, когда восстанавливаемый металл в мелкозернистом состоянии может заметно окисляться при последующей отмывке порошка от побочных продуктов восстановления водой или водными растворами кислот. [c.86] Наоборот, в некоторых случаях бывает, что удельного теплового эффекта реакции недостаточ о для ее самопроизвольного протекания. В таких случаях в шихту вводят подогревающие добавки, состоящие из комбинаций активных окислителей с металлами (обычно основным металлом-восстановителем шихты). [c.86] В табл. 3 приведены температуры (°С) плавления и кипения наиболее распространенных металлов-восстановителей и их соединений. [c.87] Вернуться к основной статье