يتعلق الاختراع بصناعة الكيماويات ، ولا سيما بمصنع لإنتاج هيدروكسيد الألومنيوم والهيدروجين. يشمل التركيب جهازًا لخلط مسحوق الماء والألمنيوم المقسوم بدقة ، وهو مفاعل للتفاعل الكيميائي للمياه مع الألومنيوم ، مصحوبًا بتطور خليط الغاز المحتوي على الهيدروجين وتشكيل منتجات أكسدة الألومنيوم ، بالإضافة إلى جهاز لإزالة خليط الغاز المحتوي على الهيدروجين ومنتجات أكسدة الألومنيوم. تم تجهيز مفاعل التفاعل الكيميائي للماء مع الألومنيوم بجهاز خلط وجهاز تشعيع بالموجات فوق الصوتية للتعليق يقع داخل المفاعل. الاختراع يحسن إنتاجية العملية. 1 مريض.

أرقام لبراءات الاختراع للاتحاد الروسي 2350563

يتعلق الاختراع بالصناعة الكيميائية ، على وجه الخصوص ، بجهاز لإنتاج الهيدروجين وأكسيد الألومنيوم في محلول ضعيف من القلويات من معدن الألمنيوم عن طريق الأكسدة في مجال الموجات فوق الصوتية.

تستخدم هيدروكسيدات الألومنيوم في مختلف الصناعات مثل المواد الماصة ، والمواد الحفازة ، إلخ. تستخدم هيدروكسيدات الألومنيوم عالية النقاء في الصناعة الإلكترونية والبصرية في شكل مسحوق ناعم - على هيئة مساحيق خاصة ، للأقراص الصلبة أو الرؤوس الممغنطة ، وكذلك للحصول على المواد الخام اللازمة لادعاءات السيراميك والياقوت الصناعي والصفير للصناعات البصرية والإلكترونية ، لزيادة خصائص قوة الخرسانة في البناء الحرج.

يتعلق الاختراع ، على وجه الخصوص ، بطريقة لإنتاج هيدروكسيدات الألومنيوم من البوهيميت. تسمح هذه الطريقة بالحصول على الهيدروجين ، والذي يمكن استخدامه لإنتاج المواد الكيميائية ، والمعادن ، وإمدادات الطاقة المستقلة القائمة على الهيدروجين.

تتمثل الطريقة الرئيسية للإنتاج الصناعي لهيدروكسيدات الألومنيوم في عملية باير ، ويؤدي تجفيفها وتكلسها اللاحقين إلى إنتاج أكاسيد الألومنيوم (موسوعة كيميائية ، الطبعة "الموسوعة السوفيتية" ، M. ، 1988 ، الإصدار 1 ، المادة 2-214).

ومع ذلك ، لا توفر الطرق التقليدية لإنتاج هيدروكسيدات الألومنيوم درجة نقاء عالية للمنتج.

طريقة معروفة لإنتاج هيدروكسيدات الألومنيوم في شكل مسحوق ناعم ، والذي يتكون من خلط مركب ألومنيوم وسلائف للألمنيوم ومركب واحد على الأقل من المركبات المستخدمة في صناعة بلورات هيدروكسيد الألومنيوم ، يليه التكلس في جو يحتوي على كلوريد الهيدروجين (EP No. 1262457، C01F 7/02، publ. 04.12.2002).

ومع ذلك ، لا توفر هذه الطريقة مادة من النقاء والهيكل المطلوب. بالإضافة إلى ذلك ، فإن طريقة إنتاج هيدروكسيدات في شكل مواد هلامية غير مريحة لأن عزلتها يصعب ترشيحها ، بالإضافة إلى أن خطوات الطحن أو البثق ضرورية للحصول على مساحيق دقيقة.

يبدو أنه من الأسهل الحصول على هيدروكسيدات الألومنيوم عن طريق تفاعل معدن الألمنيوم مع الماء ، ومع ذلك ، بسبب تكوين فيلم أكسيد على سطح الألومنيوم ، يتناقص نشاطه بسرعة. لمنع هذه الظاهرة ، يتم استخدام إضافات مختلفة.

لذلك ، هناك طرق معروفة لإنتاج الهيدروجين ، تتكون في تفاعل المعادن ، بما في ذلك الألومنيوم مع الماء (رقم الولايات المتحدة 3348919 ، 423-657 ، publ. 10.24.1967 ، رقم الولايات المتحدة 3985866 ، 423-657 ، publ. 12.10.1976). ومع ذلك ، في هذه الطرق ، بالإضافة إلى الألومنيوم ، يتم استخدام معادن أخرى - القلوية أو المعادن القلوية أو السبائك (EP No. 248960، С01С 3/086، publ. 16.12.1987).

في طرق أخرى (رقم الولايات المتحدة 2958582 ، 423-627 ، منشور رقم 01.10.1958 ، رقم الولايات المتحدة 2958583 ، 423-627 ، عنوان رقم 01.10.1958) للحصول على هيدروكسيدات الألومنيوم وهيدروجين ، من الضروري استخدام مواد إضافية تسهل تفاعل الكواشف ، على سبيل المثال ، الكميات الحفزية الأمينات العضوية. إدخال هذه المواد يجعل من المستحيل الحصول على هيدروكسيد الألومنيوم النقي. تتم عملية تفاعل الألومنيوم أو مركباته والهيدروجين في مرفق يتضمن مفاعلًا مع محرض ، حيث يتم تقديم كواشف البدء. يتضمن التثبيت مبادل حراري وفاصل وفلتر لفصل التعليق الناتج لهيدروكسيدات الألومنيوم مع الماء.

تعرف (رقم الولايات المتحدة 2758011 ، 423-627 ، publ. 07.08.1956) طريقة لإنتاج الألومينا في شكل boehmite (-AlOOH) ، والذي يتكون في التفاعل الذي تم تنفيذه في الأوتوكلاف ، الذي يحمل الماء والألمنيوم في شكل جزيئات دقيقة. ثم يتم تسخين الخليط إلى درجة حرارة تتراوح بين 482-705 درجة فهرنهايت (250-374 درجة مئوية) ، وبعد ذلك يبدأ التحريك عند نفس درجة الحرارة تحت ضغط يكفي للحفاظ على الماء في الطور السائل. تتم العملية لفترة كافية لتفاعل جميع الألومنيوم ، في الأمثلة المقدمة ، هذه المرة حوالي 4 ساعات. بعد أن يتفاعل كل الألومنيوم ، يتم إيقاف التحريك ، ويتم تبريد الأوتوكلاف مع خليط التفاعل وفصل هيدروكسيد الألومنيوم الناتج. يشمل التركيب لتنفيذ هذه الطريقة مفاعلًا مزودًا بمحرك ، وفتحات لإدخال الماء والألومنيوم المسحوق ، والحوض ، ومكثف لتلقي البخار والغاز. تنفيذ مثل هذه الطريقة على نطاق صناعي ليس متقدمًا تقنيًا بسبب وضعه الدوري ؛ هذه الطريقة لا تسمح لك بتغيير شكل المنتج الناتج وهو هيدروكسيد الألومنيوم.

طريقة معروفة لإنتاج الهيدروجين ، والتي تتكون في حقيقة أن المواد التي تحتوي على المعادن تتفاعل مع الماء. يتم تغليف المواد المحتوية على المعادن بغشاء بوليمر قابل للذوبان في الماء قبل إطعامه إلى المفاعل. يتم التفاعل في وسط مائي ، تتوافق معاملاته مع معلمات حالته فوق الحرجة ، مما يجعل من الممكن تنفيذ عملية احتراق طبقة تلو الأخرى للمواد المحتوية على المعادن مع تطور الهيدروجين (RU No. 2165388 ، С 3/10 ، publ. 04.07.2000).

يمكن استخدام مسحوق الألمنيوم كمواد تحتوي على المعادن ، ويمكن استخدام محلول من أكسيد البولي إيثيلين في كحول الديوكسين أو ميثيل كفيلم بوليمر قابل للذوبان في الماء. يبلغ ضغط الحالة فوق الحرجة للبيئة المائية أكثر من 22.12 ميجا باسكال ، ودرجة الحرارة أكثر من 647.3 كلفن (374 درجة مئوية). تسمح هذه الطريقة بالحصول على مزيج الهيدروجين من التركيبة: 96.1 المجلد ، الهيدروجين ، 3.9 المجلد ، أول أكسيد الكربون ؛ وتنفيذ تجديد المواد الخام. ومع ذلك ، فإن شكل عملية هيدروكسيد الألومنيوم الناتجة ليست boehmite.

المعروف هو عملية محسنة لإنتاج هيدروكسيد الألومنيوم عالي النقاء في شكل هيدرارجيليت ، والذي يتضمن الخطوات التالية: (أ) إدخال الألومنيوم الصلب غير المسحوق ، ويفضل أن يكون في شكل سبائك ، في الماء الساخن عند حوالي 70 درجة مئوية للحصول على خليط تفاعل ؛ (ب) تحريك هذا الخليط لمدة 20 دقيقة ؛ (ج) إدخال مادة صلبة قلوية ، ويفضل هيدروكسيد الصوديوم ، في الخليط وتسخينه إلى درجة الغليان ؛ (د) خفض درجة الحرارة إلى 75-80 درجة مئوية والتحريك لمدة 60 دقيقة ؛ (هـ) خفض درجة الحرارة إلى درجة حرارة الغرفة ؛ و (و) ترشيح الخليط ، مما يؤدي إلى هيدروكسيد الألومنيوم عالي النقاء. تستخدم هذه الطريقة مادة إضافية - هيدروكسيد الصوديوم ، مما يساهم في تكوين الشوائب (رقم الولايات المتحدة 5435986 ، C01F 7/02 ، النشرة 25.07.1995).

طريقة معروفة لإنتاج هيدروكسيدات أو أكاسيد الألومنيوم والهيدروجين من الألمنيوم والماء المقطر ، وتتميز بأنه من الألمنيوم المشتت بدقة مع حجم جسيم لا يزيد عن 20 ميكرون ، يتم إعداد تعليق للألمنيوم المسحوق في الماء بنسبة Al: H 2 O \u003d 1: 4-16. . ، التي يتم تغذيتها باستمرار في مفاعل عالي الضغط ، حيث يتم رش تعليق من مسحوق الألمنيوم بقطر قطره لا يزيد عن 100 ميكرون في الماء عند درجة حرارة 220-900 درجة مئوية وضغط من 20-40 ميجا باسكال ، مع نسبة تعليق إلى الماء يبلغ وزنها 1: 50-100. بعد ساعات من الخروج عالية عند الضغط ، يتم تغذية الغاز في المكثف ويتم إزالة الهيدروجين منه ، ويتم نقل هيدروكسيد الألومنيوم أو أكسيد الألومنيوم إلى حوض التعليق. في هذه الحالة ، يتم الحصول على هيدروكسيد الألومنيوم من شكل البوهيميت عند درجة حرارة تتراوح بين 250 و 350 درجة مئوية ، وضغط من 32-35 ميجا باسكال مع نسبة Al: H 2 O \u003d 1: 8-12 أجزاء للوزن. (RU No. 2223221، C01F 7/42، ВВВВ 3/10، publ. 02/10/2004).

من نفس المصدر ، تثبيت معروف لتنفيذ الطريقة ، بما في ذلك الخلاط ، مفاعل ، خزان ترسيب للتعليق ، مكثف. في هذه الحالة ، المفاعل هو جهاز يعمل تحت ارتفاع الضغطمزود بفوهة لرش تعليق من الألمنيوم المسحوق في الماء بقطر لا يزيد عن 100 ميكرون. لتنفيذ هذه الطريقة ، قم أولاً بإعداد تعليق من مسحوق الألمنيوم (حجم الجسيمات يصل إلى 20 ميكرون ، ويفضل أن يصل إلى 5 ميكرون) في الماء بمعدل Al: H 2 O \u003d 1: 4-16. يتم تغذية هذا التشتت في المفاعل ، حيث يتم رشه في الماء تحت ضغط يتراوح من 20 إلى 40 ميجا باسكال عند درجة حرارة 220-900 درجة مئوية. من الضروري ضمان رش دقيق للتعليق - يجب ألا يزيد حجم القطرات عن 100 ميكرون ، في حين أن نسبة التعليق إلى الماء تبلغ 1: 50-100 جزءًا بالوزن ، مع الإزالة المستمرة للهيدروجين وأكسيد الألومنيوم.

تم اتخاذ هذا القرار المعروف كنموذج أولي.

من تحليل المنشورات المحلية والأجنبية ، يترتب على ذلك أن الطرق المعروفة حاليًا لا تضمن اكتمال أكسدة الألومنيوم بالماء وغير فعالة. بالإضافة إلى ذلك ، تستخدم هذه الطرق مساحيق ألومنيوم متناهية الصغر غالية الثمن وسبائك الألومنيوم المنشط. استخدام هذا الأخير لإنتاج الهيدروجين غير واعد ، لأن هذه هي طرق تستهلك الطاقة وغير فعالة.

يهدف الاختراع الحالي إلى حل المشكلة الفنية المتمثلة في إنشاء مصنع لعملية مستمرة ، والتي تسمح في وقت واحد بالحصول على هيدروكسيد الهيدروجين والألمنيوم بنقاء عالي للمنتج النهائي بأقل استهلاك ممكن للطاقة.

والنتيجة التقنية التي تحققت في هذه الحالة هي زيادة الكفاءة التشغيلية والإنتاجية من خلال ضمان إنتاج الهيدروجين النقي ومنتجات أكسدة الألمنيوم مع الحفاظ على نظام درجة حرارة آمنة لخليط العملية والقضاء على تكوين خليط متفجر من الهيدروجين مع الأكسجين.

يتم تحقيق النتيجة الفنية المحددة من خلال حقيقة أنه عند تركيب لإنتاج هيدروكسيد الألومنيوم وهيدروجين ، بما في ذلك جهاز لخلط مسحوق الماء والألمنيوم المقسوم بدقة ، مفاعل للتفاعل الكيميائي للمياه مع الألومنيوم ، مصحوبًا بإطلاق خليط غاز يحتوي على الهيدروجين وتشكيل منتجات أكسدة الألومنيوم ، وكذلك جهاز لإزالة الهيدروجين المحتوي على خليط الغاز ومنتجات أكسدة الألومنيوم ، تم تجهيز مفاعل التفاعل الكيميائي للمياه مع الألومنيوم مع جهاز خلط م وجهاز للإشعاع بالموجات فوق الصوتية للتعليق الموجود داخل المفاعل.

هذه الميزات مهمة ومترابطة مع تشكيل مجموعة مستقرة من الميزات الأساسية الكافية للحصول على النتيجة الفنية المحددة.

يتم توضيح الاختراع الحالي بواسطة مثال محدد ، مع ذلك ، ليس هو الوحيد الممكن ، ولكنه يوضح بوضوح إمكانية تحقيق مجموعة الميزات المذكورة أعلاه للنتيجة التقنية المطلوبة.

في الرسم - رسم تخطيطي لإنتاج هيدروكسيد الألومنيوم وإنتاج الهيدروجين.

في إطار الاختراع الحالي ، يتم عرض مخطط تدفق لإنتاج هيدروكسيد الألومنيوم في مفاعل عن طريق التنشيط فوق الصوتي لمسحوق معدن الألمنيوم في محلول قلوي ضعيف في وضع مستمر في الرسم ، من أجل طريقة مستمرة لإنتاج هيدروجين وأكسيد النانو هيدروكسيد الألومنيوم في مفاعل عن طريق التنشيط بالموجات فوق الصوتية من مسحوق فلز الألومنيوم.

يشتمل مصنع لإنتاج هيدروكسيد الألومنيوم وهيدروجين على جهاز لخلط مسحوق الماء والألمنيوم المقسّم بدقة بنسب محددة مسبقًا ، يتم تغذية هذا الخليط منه إلى مفاعل للتفاعل الكيميائي للماء مع الألومنيوم ، مصحوبًا بتطور الهيدروجين وتشكيل منتجات أكسدة الألومنيوم. يتكون المفاعل للتفاعل الكيميائي للماء مع الألومنيوم الضغط المنخفض  مع وظيفة خلط دوران التعليق داخل المفاعل وهي مجهزة بجهاز الموجات فوق الصوتية لتشعيع التعليق داخل المفاعل مع تحريك الدوران. تشكل أجهزة إزالة خليط الغاز المحتوي على الهيدروجين وأكسدة الألومنيوم تدفقات نقل المنتجات النهائية التي تم الحصول عليها في المفاعل.

يتضمن جهاز إنتاج الألومنيوم وهيدروكسيد الهيدروجين مقياس منصة 1 ، مفاعل مذيب 2 ، مفاعل 3 ، مكثف 4 ، عمود تجفيف 5 ، مرشح 6 ، مرشح 7 (أو جهاز طرد مركزي) ، فرن كهربائي 8 (مجفف) ، وطاحونة كروية 9 ، مبادل حراري 10. المفاعل 3 مجهز بجهاز استشعار الضغط ، مستشعر درجة حرارة المحلول في المفاعل ، مستشعر معدني في المحلول في المفاعل ، وجهاز خلط.

يتم تحضير محلول الإلكتروليت بتركيز معين في مفاعل مذيب 2 عن طريق إذابة كمية القلويات الصلبة المقاسة بمقاييس المنصة 1 في الماء منزوع الأيونات. يتم توفير المحلول المحضر للمفاعل ، وفي نفس الوقت ، يتم تغذية تعليق من الماء والألمنيوم في المفاعل من خلال مضخة القياس ، حيث يتعرض المزيج إلى تشعيع بالموجات فوق الصوتية لكسر فيلم أكسيد من سطح جزيئات الألمنيوم ويبدأ أكسده في المفاعل 3 مع التحريك ودرجة حرارة الإلكتروليت داخل هذا المفاعل هي 65-70 درجة S. يتم غسل المنتج الناتج عن التفاعلات الكيميائية ، هيدروكسيد الألومنيوم النانوي ، من الإلكتروليت الموجود بالفلتر 7. يتم إرجاع المرشح الأول إلى مفاعل المذيب 2 لإعداد جزء جديد من محلول الإلكتروليت. من أجل تقليل الحمل على المرشح ، يتم فصل الرواسب المتخثرة بسهولة من طاف في المرشح- المرشح 6. يستخدم الطاف لتحضير محلول الإلكتروليت في المفاعل 2. بدلاً من المرشح 7 ، يُنصح في بعض الأحيان باستخدام جهاز طرد مركزي. يتم إجراء التجفيف والتكلس الضروريين للمنتج في فرن كهربائي 8. إذا كان المنتج يفقد قابليته للتدفق ، نتيجة للمعالجة الحرارية ، فقد تم طحنه في مطحنة كروية 9. يمكن استبدال الجهاز 7 و 8 و 9 بواسطة مجفف الرش.

يمر الهيدروجين المتطور عبر مكثف 4 لإزالة بخار الماء ، عمود التجفيف 5 ويتم إرساله إلى المجمع. يتم إرجاع المكثفات البخارية إلى المفاعل. 3. لتسخين الماء المضاف إلى المفاعل ، يتم توفير مبادل حراري 10 في الدائرة.

عند تنظيم الإنتاج المستمر لهيدروكسيد الألومنيوم ، يجب تزويد الماء بغلاف مفاعل المذيب لتسخين المنحل بالكهرباء إلى درجة الحرارة المطلوبة. لهذا ، يتم استخدام الحرارة المستخدمة في غلاف المفاعل 3.

يمكن تركيب الأجهزة والمعدات التكنولوجية المتقدمة لإنتاج هيدروكسيد الألومنيوم بسهولة على أساس المصانع الكهروكيميائية الموجودة. إن تقنية إنتاج هيدروكسيدات الهيدروجين والألمنيوم هي أنه من الألمنيوم المشتت بدقة ، مع حجم جسيم لا يزيد عن 20 ميكرون ، يتم إعداد تعليق من مسحوق الألمنيوم في الماء ، والذي يتم تغذيته باستمرار في المفاعل من خلال وحدة تشعيع فوق صوتية. من الجزء العلوي من المفاعل ، يتم تغذية خليط البخار الناتج عن الهيدروجين إلى مكثف يتم فيه تكثيف البخار ، ويتم تزويد الهيدروجين إلى الجسر أو المستهلك من خلال نظام التجفيف. تتم إزالة هيدروكسيد الألومنيوم من أسفل المفاعل إلى مصفي الإيضاح. تعتمد تقنية إنتاج الهيدروجين وهيدروكسيد الألومنيوم فائق الدقة على تفاعل كيميائي مقدم وفقًا للمخطط.

المؤشرات المفضلة.

1. البساطة والموثوقية والاكتناز للتنفيذ بالمقارنة مع نظائرها.

2. انخفاض استهلاك الطاقة لكل 1 م 3 N و 2 كجم ALOOH: الموجات فوق الصوتية - 500 W · ساعة ، مضخة - 500 W · ساعة.

تكمن حداثة الطريقة في حقيقة أنه مع الإمداد المستمر المتحكم فيه بتعليق مائي من مسحوق الألمنيوم ، يتم تنشيطه بالموجات فوق الصوتية ، حيث يحدث التفاعل الكيميائي للماء مع الألومنيوم ، مصحوبًا بتطور الهيدروجين وتشكيل منتجات أكسدة الألومنيوم (هيدروكسيدات). بشكل عام ، فإن استخدام مزيج من العوامل المؤثرة في الطريقة المطورة يضمن إنتاج الهيدروجين النقي وأكسدة الألومنيوم ، والحفاظ على درجة حرارة آمنة لخليط العملية ويزيل تكوين خليط متفجر من الهيدروجين مع الأكسجين.

يتم تفعيل الألمنيوم وفقًا لتقنية المعالجة الأولية لمساحيق الألمنيوم التي تنتجها الصناعة باستخدام الموجات فوق الصوتية.

من نتائج الحسابات النظرية والدراسات التجريبية ، يترتب على ذلك أنه عند حرق 1 كجم من الألومنيوم في الوسط المائي ، إلى جانب الطاقة الحرارية (17.1 MJ) ، يتم إطلاق كمية كبيرة من الهيدروجين عالي النقاء (1.165 نانومتر 3) وتشكيل أكثر من 2 كجم من هيدروكسيدات الألومنيوم النانوية التكلفة التي هي 50-400 دولار للكيلوغرام الواحد.

يتيح لك هذا استخدام هذه العملية لإنتاج الهيدروجين في أجهزة توليد الغاز المستقلة وذات الأداء العالي والكفاءة في استخدام الطاقة ، بما في ذلك وحدات اللحام بالغاز صغيرة الحجم والمستقلة.

عندما يتم حرق الهيدروجين المتولد في الأنظمة الحرارية والدفع ، فإن ناتج الطاقة (30.57 MJ / kg) يتجاوز تكلفة تجديد الوقود الأولي من الألومينا (26.3 MJ / kg). يتم توفير الطاقة أثناء التجديد الكامل لمكونات البداية (الألومنيوم والماء) دون انبعاث المكونات السامة في الغلاف الجوي.

تكلفة محددة من 1 MJ من الطاقة في احتراق الألومنيوم مع تجديد لاحقا عن طريق التحليل الكهربائي لأكسيد الألومنيوم هي أقل بكثير بالمقارنة مع حرق البنزين والكهرباء المائية.

يوفر توازن الطاقة في دورات الاحتراق والتجديد ربحًا بنسبة 16٪ تقريبًا من الطاقة بسبب حرق الهيدروجين المنطلق إلى الماء عن طريق الأكسجين الجوي. وبالتالي ، مع التجديد الكامل لكواشف البدء (الألمنيوم والماء) ، من الممكن توفير الطاقة الحرارية بشكل مستقل بتكلفة 1 MJ - 0.0015 دولار ، وهو أكثر ربحية من الناحية الاقتصادية من حرق الوقود الهيدروكربوني (0.007 دولار).

يمكن استخدام تقنيات الطاقة من الألومنيوم في أجهزة الطاقة المختلفة ، وكذلك لإنتاج الهيدروجين وأكسيد الألمنيوم عالي التشتت عالي النقاء ، الذي تبلغ قيمته السوقية لكل كيلوغرام واحد من 150 دولارًا إلى 400 دولار بتكلفة الألومنيوم المصدر 1،5-2 دولار لكل 1 كجم.

وبالتالي ، فإن الاختراع الحالي يسمح بإنتاج مشترك لهيدروكسيدات الألومنيوم لهيكل معين وهيدروجين عند تنفيذ الطريقة في وضع مستمر ، مع التحضير الأولي لتعليق الألومنيوم المسحوق في الماء. تتميز الطريقة الناتجة بعدم الفاقد والقدرة على التصنيع والإنتاجية العالية ، وكذلك السلامة البيئية.

ملخص الاختراع

تركيب لإنتاج هيدروكسيد الألومنيوم والهيدروجين ، بما في ذلك جهاز لخلط مسحوق الماء والألمنيوم المقسوم بدقة ، وهو مفاعل للتفاعل الكيميائي للمياه مع الألومنيوم ، يرافقه تطور خليط غاز يحتوي على الهيدروجين وتشكيل منتجات أكسدة الألومنيوم ، بالإضافة إلى جهاز لإزالة خليط الغاز المحتوي على الهيدروجين ومنتجات أكسدة الألومنيوم ، حقيقة أن مفاعل التفاعل الكيميائي للماء مع الألومنيوم مجهز بجهاز خلط وجهاز بالموجات فوق الصوتية إشعاع التعليق الموجود داخل المفاعل.

الألومنيوم

الألومنيوم عنصر برقم تسلسلي 13 ، الكتلة الذرية النسبية - 26.98154. وهي تقع في الفترة الثالثة ، المجموعة الثالثة ، المجموعة الفرعية الرئيسية. التكوين الإلكتروني: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 3d 0. حالة الأكسدة المستقرة للألمنيوم هي "+3". يحتوي الكاتيون المتشكل في هذه الحالة على قذيفة من الغاز النبيل ، مما يساهم في ثباته ، لكن نسبة الشحن إلى نصف القطر ، أي تركيز الشحنة ، مرتفعة بدرجة كافية ، مما يزيد من طاقة الموجبة. تؤدي هذه الميزة إلى حقيقة أن الألومنيوم ، إلى جانب المركبات الأيونية ، يشكل عددًا من المركبات التساهمية ، ويخضع الكاتيون إلى تحلل مائي كبير في المحلول.

يمكن للألمنيوم إظهار التكافؤ الأول فقط عند درجات حرارة أعلى من 1500 درجة مئوية. معروفة Al 2 O و AlCl.

في الخصائص الفيزيائية  الألومنيوم هو معدن نموذجي مع الموصلية الحرارية والكهربائية العالية ، في المرتبة الثانية بعد الفضة والنحاس. إن إمكانات التأين للألمنيوم ليست عالية جدًا ، لذلك يمكن توقع نشاط كيميائي كبير منه ، ولكن يتم تقليله بشكل كبير بسبب حقيقة أن المعدن يتم تخميله في الهواء بسبب تكوين طبقة أكسيد قوية على سطحه. إذا تم تنشيط المعدن: أ) قم بإزالة الفيلم آليا ، ب) الملغمة (تتفاعل مع الزئبق) ، ج) استخدم مسحوق ، ثم يصبح هذا المعدن تفاعليًا لدرجة أنه يتفاعل حتى مع الرطوبة والأكسجين ، ينهار وفقًا للعملية:

4 (Al، Hg) + 3O 2 + 6H 2 O \u003d 4Al (OH) 3 + (Hg)

التفاعل مع المواد البسيطة.

1. مسحوق الألومنيوم يتفاعل مع التدفئة قوية   مع الأكسجين.هناك حاجة إلى هذه الظروف بسبب التخميل ، ورد فعل للغاية من تشكيل الألومينا هو طارد للحرارة للغاية - 1676 كيلو جول / مول من الحرارة.

2. مع الكلور والبروميتفاعل في ظل الظروف القياسية ، حتى يتمكن من اشتعال النار في بيئتهم. فقط لا يستجيب مع الفلوريد  ل يشكل فلوريد الألومنيوم ، مثله مثل الأكسيد ، فيلمًا ملحيًا وقائيًا على سطح المعدن. مع اليوديتفاعل عند تسخينه وفي وجود الماء كعامل مساعد.

3. مع الرمادييتفاعل خلال الانصهار ، وإعطاء تكوين كبريتيد الألومنيوم Al 2 S 3.

4. يتفاعل C الفسفور أيضًا عند تسخينه ليشكل فسفيد: AlP.

5. مباشرة مع الهيدروجينالألومنيوم لا يتفاعل.

6. مع النيتروجينيتفاعل في 800 حول مع ، وإعطاء نيتريد الألومنيوم (AlN). يجب أن يقال أن الألومنيوم يحترق في الهواء عند درجة حرارة تقريبية ، وبالتالي فإن منتجات الاحتراق (مع الأخذ في الاعتبار تركيبة الهواء) هي أكسيد وأكسيد النتريد.

7. مع الكربون يتفاعل الألومنيوم عند درجة حرارة أعلى: 2000 درجة مئوية. كربيد الألمنيوم المكون Al Al C3 ينتمي إلى ميثانيدات ، ولا يحتوي على روابط C - C ، ويطلق الميثان أثناء التحلل المائي: Al 4 C 3 + 12H 2 O \u003d 4Al (OH ) 3 + 3CH 4

التفاعل مع المواد المعقدة

1. مع الماءيتفاعل الألومنيوم المنشط (بدون طبقة واقية) بنشاط مع تطور الهيدروجين: 2Al (act.) + 6H 2 O \u003d 2Al (OH) 3 + 3H 2 يتم الحصول على هيدروكسيد الألومنيوم في شكل مسحوق أبيض فضفاض ، وعدم وجود فيلم يتداخل مع رد الفعل على الاكتمال.

2. التفاعل مع الأحماض:أ) يتفاعل الألومنيوم بنشاط مع الأحماض غير المؤكسدة وفقًا للمعادلة: 2Al + 6H 3 O + + 6H 2 O \u003d 2 3+ + 3H 2 ،

ب) مع الأحماض المؤكسدة ، يحدث التفاعل مع الميزات التالية. تتركز أحماض النيتريك والكبريتيك المركزة ، إضافة إلى حمض النيتريك المخفف للألمونيوم (تؤدي الأكسدة السطحية السريعة إلى تكوين طبقة أكسيد) في البرد. عند تسخينه ، يتم تكسير الفيلم ويمر التفاعل ، لكن يتم عزل المنتجات ذات الحد الأدنى من الأحماض المركزة عند تسخينها: 2Al + 6H 2 SO 4 (conc) \u003d Al 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 6H 2 O Al + 6HNO 3 ( conc) \u003d Al (NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O مع حمض النتريك المخفف بشكل معتدل ، اعتمادًا على ظروف التفاعل ، يمكن الحصول على NO ، N 2 O ، N 2 ، NH 4 +.

3. التفاعل مع القلويات.الألومنيوم هو عنصر مذبذب (في الخواص الكيميائية) ، لأنه لديه القدرة الكهربية كبيرة بما فيه الكفاية للمعادن - 1.61. لذلك ، إنه سهل الذوبان بسهولة في المحاليل القلوية مع تكوين الهيدروكسي كومبلكس والهيدروجين. يعتمد تكوين الهيدروكسي كومبلكس على نسبة الكواشف: 2Al + 2NaOH + 6H 2 O \u003d 2Na + 3H 2 2Al + 6NaOH + 6H 2 O \u003d 2Na 3 + 3H 2 يتم تحديد نسبة الألومنيوم والهيدروجين عن طريق التوازن الإلكتروني لتفاعل الأكسدة والاختزال بينهما. لا تعتمد.

4. إن إمكانية التأين المنخفضة والأقارب العالية للأكسجين (الثبات العالي للأكسيد) تؤدي إلى حقيقة أن الألومنيوم يتفاعل بنشاط مع أكاسيد العديد من المعادناستعادة لهم. تحدث التفاعلات عند التسخين الأولي مع زيادة تطور الحرارة ، بحيث ترتفع درجة الحرارة إلى 1200 درجة مئوية - 3000 درجة مئوية. خليط من مسحوق الألمنيوم 75 ٪ و 25 ٪ (بالوزن) يسمى Fe 3 O 4 "النمل الأبيض". سابقا ، كان رد فعل الاحتراق لهذا الخليط يستخدم لقضبان اللحام. يُسمى اختزال المعادن من الأكاسيد التي تستخدم الألومنيوم الألومينيوثيرمي ويستخدم في الصناعة كوسيلة لإنتاج المعادن مثل المنجنيز والكروم والفاناديوم والتنغستن والسبائك الحديدية.

5. مع حلول الملحالألومنيوم يتفاعل بطريقتين مختلفتين. 1. إذا ، نتيجة للتحلل المائي ، يكون لمحلول الملح بيئة حمضية أو قلوية ، يتم إطلاق الهيدروجين (مع المحاليل الحمضية ، يستمر التفاعل فقط مع تسخين كبير ، لأن فيلم أكسيد الحماية الواقي يذوب بشكل أفضل في القلويات منه في الأحماض). 2Al + 6KHSO 4 + (H 2 O) \u003d Al 2 (SO 4) 3 + 3K 2 SO 4 + 3H 2 2Al + 2K 2 CO 3 + 8H 2 O \u003d 2K + 2KHCO 3 + 3H 2. 2. يمكن للألمنيوم أن يحل محل المعادن من تكوين الملح ، والتي هي على يمين خط الجهد منه ، أي سوف تتأكسد فعلا من الكاتيونات من هذه المعادن. بسبب فيلم أكسيد ، هذا التفاعل لا يحدث دائما. على سبيل المثال ، يمكن لأنيونات الكلوريد كسر الفيلم ، ويمر التفاعل 2Al + 3FeCl 2 \u003d 2AlCl 3 + 3Fe ، ولن يعمل تفاعل مماثل مع الكبريتات في درجة حرارة الغرفة. مع الألومنيوم المنشط ، فإن أي تفاعل لا يتعارض مع القاعدة العامة سيعمل.

مركبات الألومنيوم.

1. أوكسيد (Al 2 O 3). معروف في شكل العديد من التعديلات ، ومعظمها دائم للغاية وغير خاملة كيميائيا. يحدث تعديل α-Al 2 O 3 بشكل طبيعي في شكل معدن اكسيد الالمونيوم. في الشبكة البلورية لهذا المركب ، يتم استبدال الكاتيونات الألومنيوم أحيانًا جزئيًا بكاتيونات من معادن أخرى ، مما يعطي المعدن لونًا. مزيج من Cr (III) يعطي لونًا أحمر ، مثل هذا الالكسيد هو جوهرة الياقوت. مزيج من Ti (III) و Fe (III) يعطي الياقوت الأزرق. تعديل غير متبلور نشط كيميائيا. الألومينا هو أكسيد مذبذب نموذجي يتفاعل مع كل من الأحماض وأكاسيد حمض ، ومع القلويات وأكاسيد أساسية ، مع تفضيل القلويات. تختلف منتجات التفاعل في المحلول وفي الطور الصلب أثناء الانصهار: Na 2 O + Al 2 O 3 \u003d 2NaAlO 2 (الانصهار) - metaaluminate الصوديوم ، 6NaOH + Al 2 O 3 \u003d 2Na 3 AlO 3 + 3H 2 O (الانصهار) - orthoaluminate الصوديوم ، Al 2 O 3 + 3CrO 3 \u003d Al 2 (CrO 4) 3 (الانصهار) - كرومات الألومنيوم. بالإضافة إلى الأكاسيد والقلويات الصلبة ، يتفاعل الألومنيوم أثناء صناعة السبائك مع الأملاح المتكونة من أكاسيد الحمض المتطاير ، مما يحل محلها من تركيبة الملح: K 2 CO 3 + Al 2 O 3 \u003d 2KAlO 2 + CO 2 تفاعلات في المحلول: Al 2 O 3 + 6HCl \u003d 2 3+ + 6Cl 1- + 3H 2 O Al 2 O 3 +2 NaOH + 3H 2 O \u003d 2 Na - رباعي هيدروكسيلومين الصوديوم. أنيون رباعي هيدروكسوكسومين هو في الواقع 1 - رباعي هيدروكسودياكانيون ، ل التنسيق رقم 6 للألمنيوم هو الأفضل. مع وجود فائض من القلويات ، يتشكل سداسي هيدروكسوكسومين: Al 2 O 3 + 6NaOH + 3H 2 O \u003d 2Na 3. بالإضافة إلى الأحماض والقلويات ، يمكن توقع تفاعلات مع الأملاح الحمضية: 6KHSO 4 + Al 2 O 3 \u003d 3K 2 SO 4 + Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2 O.

3. هيدروكسيدات الألومنيوم. يعرف هيدروكسيد الألومنيوم - metahydroxide –AlO (OH) و orthohydroxide –Al (OH) 3. كلاهما لا يذوبان في الماء ، ولكنهما أيضًا مذنبان ، لذلك يذوبان في محاليل الأحماض والقلويات ، وكذلك الأملاح ذات الوسط الحمضي أو القلوي نتيجة للتحلل المائي. في الانصهار ، تتفاعل الهيدروكسيدات بشكل مشابه للأكسيد. كما تتحلل جميع القواعد غير القابلة للذوبان ، تتحلل هيدروكسيدات الألومنيوم عند التسخين: 2Al (OH) 3 \u003d Al 2 O 3 + 3H 2 O. عند الذوبان في المحاليل القلوية ، لا تنحل hydroxides من الألومنيوم في الأمونيا المائية ، لذلك يمكن ترسيبها بالأمونيا من ملح قابل للذوبان: Al (NO) 3) 3 + 3NH 3 + 2H 2 O \u003d AlO (OH) ↓ + 3NH 4 NO 3 ، ينتج عن هذا التفاعل metahydroxide بدقة. من الصعب ترسيب هيدروكسيد مع القلويات ، كما يذوب الترسيب الناتج بسهولة ، ويكون للتفاعل الكلي الشكل: AlCl 3 +4 NaOH \u003d Na + 3NaCl

4. أملاح الألومنيوم. تقريبا كل أملاح الألومنيوم قابلة للذوبان في الماء. غير قابلة للذوبان AlPO 4 الفوسفات و AlF 3 فلوريد. لأن يحتوي كاتيون الألومنيوم على تركيز عالي الشحنة ، حيث يكتسب أكوا كومبلكس الخاص به خصائص حمض الكاتيون: 3+ + H 2 O \u003d H 3 O + + 2+ ، أي أملاح الألومنيوم تخضع للتحلل الكاتيوني قوي. في حالة أملاح الأحماض الضعيفة ، بسبب التعزيز المتبادل للتحلل المائي بواسطة الكاتيون والأنيون ، يصبح التحلل المائي غير قابل للإلغاء. المحلول متحلل بالكامل بالماء أو لا يمكن الحصول عليه عن طريق تفاعل التبادل للكربونات ، الكبريتيت ، الكبريتيد و سيليكات الألومنيوم: Al 2 S 3 + 6H 2 O \u003d 2Al (OH) 3 ↓ + 3H 2 S 2Al (NO 3) 3 + 3K 2 CO 3 + 3H 2 O \u003d 2Al (OH) 3 ↓ + 3CO 2 + 6KNO 3. بالنسبة لبعض الأملاح ، يصبح التحلل المائي لا رجعة فيه عند تسخينه. تتحلل أسيتات الألومنيوم الرطب عند التسخين وفقًا للمعادلة: 2Al (OOCCH 3) 3 + 3H 2 O \u003d Al 2 O 3 + 6CH 3 COOH في حالة هاليدات الألومنيوم ، يتم تسهيل تحلل الملح بتقليل قابلية ذوبان هاليدات الهيدروجين الغازية عند التسخين: AlCl 3 + 3H 2 O \u003d Al (OH) 3 ↓ + 3HCl. بالنسبة لهاليدات الألومنيوم ، فلوريد فقط هو مركب أيوني ، وبقية الهاليدات عبارة عن مركبات تساهمية ، ونقاط انصهارها أقل بكثير من الفلورايد ، وكلوريد الألومنيوم يمكن أن يتسامح. في درجات الحرارة المرتفعة للغاية ، توجد جزيئات هاليد الألومنيوم المفردة ذات هيكل مثلثي مسطح في أزواج بسبب تهجين sp 2 للمدارات الذرية للذرة المركزية. إن الحالة الرئيسية لهذه المركبات في الأبخرة وفي بعض المذيبات العضوية هي الخافتة ، على سبيل المثال ، Al 2 Cl 6. هاليدات الألومنيوم هي الأحماض القوية لويس ، كما لديك المدار الذري الشاغر. لذلك يحدث الذوبان في الماء مع إطلاق كمية كبيرة من الحرارة. هناك فئة مثيرة للاهتمام من مركبات الألمنيوم (وكذلك المعادن الثلاثية التكافؤ) هي الشب - 12 كبريتات مائي مزدوجة م 1 م 3 (د 4) 2 ، والتي عند الذوبان ، شأنها شأن جميع الأملاح المزدوجة ، تعطي مزيجًا من الكاتيونات والأنيونات المقابلة.

5. مركبات معقدة.النظر في hydroxocomplexes الألومنيوم. هذه أملاح يكون فيها الجسيمات المعقدة عبارة عن أنيون. جميع الأملاح قابلة للذوبان. دمرت عن طريق التفاعل مع الأحماض. في هذه الحالة ، تقوم الأحماض القوية بحل مادة أورثوهيدروكسيد الناتجة ، وترسب أكاسيد الحمض الضعيفة أو المناظرة (H 2 S ، CO 2 ، SO 2): K + 4HCl \u003d KCl + AlCl 3 + 4H 2 OK + CO 2 \u003d Al (OH) 3 KH + KHCO 3

عندما يتكلس ، يتحول هيدروكسي ألومينات إلى ortho - أو metaaluminates ، ويفقد الماء.

حديد

عنصر بالرقم التسلسلي 26 ، مع الكتلة الذرية النسبية 55.847. إنه ينتمي إلى مجموعة العناصر ثلاثية الأبعاد ، ولديه تكوين إلكتروني: 3d 6 4s 2 وفي النظام الدوري يكون في المجموعة IV ، المجموعة VIII ، المجموعة الفرعية الجانبية. في المركبات ، يُظهر الحديد في الغالب حالات أكسدة +2 و +3. يمتاز Fe 3+ ion بقذيفة مدمجة مليئة بالإلكترونات ، ثلاثية الأبعاد ، مما يمنحه ثباتًا إضافيًا. حالات الأكسدة +4 ، +6 ، +8 هي أكثر صعوبة في تحقيقها.

بفضل خواصه الفيزيائية ، يكون الحديد أبيض فضي ولامع وناعم نسبياً ومرن وممغنط ومغناطيس بسهولة. تحتوي نقطة الانصهار 1539 على العديد من التعديلات الخواص ، تختلف في نوع الشبكة البلورية.

  خصائص مادة بسيطة.

1. عند الاحتراق في الهواء ، يشكل أكسيد مختلط من Fe 3 O 4 ، وعند التفاعل مع الأكسجين النقي - Fe 2 O 3. الحديد البودرة غير قابل للإشتعال - يشعل نفسه في الهواء.

2. يتفاعل الفلور والكلور والبروم بسهولة مع الحديد ، مما يؤدي إلى أكسده Fe 3+. يتكون FeJ 2 من اليود ، حيث أن الكاتيون الحديدي ثلاثي التكافؤ يؤكسد أنيون يوديد ، وبالتالي ، فإن مركب FeJ 3 غير موجود.

3. لسبب مشابه ، مركب Fe 2 S 3 غير موجود ، وتفاعل الحديد والكبريت في نقطة انصهار الكبريت يؤدي إلى مركب FeS. مع وجود فائض من الكبريت ، يتم الحصول على ثاني كبريتيد البايرايت - الحديد - FeS 2. كما تتشكل مركبات غير متكافئة.

4. يتفاعل الحديد مع غير المعادن الأخرى مع تسخين قوي ، وتشكيل محاليل صلبة أو مركبات تشبه المعادن. يمكن إعطاء تفاعل يحدث عند 500 درجة مئوية: 3Fe + C \u003d Fe 3 C. هذا المركب من الحديد والكربون يسمى الأسمنت.

5. مع العديد من المعادن ، الحديد أشكال السبائك.

6. في الهواء في درجة حرارة الغرفة ، يتم طلاء الحديد بغشاء أكسيد ، وبالتالي ، لا يتفاعل مع الماء. التفاعل مع البخار المحمص يعطي المنتجات التالية: 3Fe + 4H 2 O (steam) \u003d Fe 3 O 4 + 4H 2. في وجود الأكسجين ، يتفاعل الحديد حتى مع رطوبة الهواء: 4Fe + 3O 2 + 6H 2 O \u003d 4Fe (OH) 3. تعكس المعادلة أعلاه عملية الصدأ ، والتي تتعرض لما يصل إلى 10 ٪ من المنتجات المعدنية سنويا.

7. نظرًا لأن الحديد في سلسلة من الضغوط حتى الهيدروجين ، فإنه يتفاعل بسهولة مع الأحماض غير المؤكسدة ، لكنه يتأكسد فقط إلى Fe 2+.

8. أحماض النيتريك والكبريتيك المركزة تخمد الحديد ، ولكن عندما يتم تسخينه ، يحدث التفاعل. يتفاعل حمض النتريك المخفف أيضًا في درجة حرارة الغرفة. مع جميع الأحماض المؤكسدة ، يعطي الحديد أملاح الحديد (III) (وفقًا لبعض التقارير ، يكون تكوين نترات الحديد (II) ممكنًا مع حامض النتريك المخفف) ، ويقلل من HNO 3 (decomp.) إلى NO ، N 2 O ، N 2 ، NH 4 + حسب الظروف ، و HNO 3 (conc.) - إلى NO 2 بسبب التسخين ، وهو أمر ضروري لمواصلة رد الفعل.

9. الحديد قادر على التفاعل مع القلويات المركزة (50٪) عند تسخينه: Fe + 2KOH + 2H 2 O \u003d K 2 + H 2

.10 ﺑﺎﻟﺘﻔﺎﻋﻞ ﻣﻊ ﻣﺤﻠﻮل أﻣﻼح اﻟﻤﻌﺎدن اﻷﻗﻞ ﻧﺸﺎﻃﺎً ، ﻳﻘﻮم اﻟﺤﺪﻳﺪ ﺑﺎﻟﺒﺨﺮ ﻣﻦ هﺬﻩ اﻟﻤﻌﺎدن ﻣﻦ اﻟﻤﻠﺢ ، وﻳﺘﺤﻮل إﻟﻰ ﻣﻮﺟﺐ ﺛﻨﺎﺋﻲ اﻟﻜﺮﺑﻮن: CuCl 2 + Fe \u003d FeCl 2 + Cu.

خصائص مركبات الحديد.

Fe 2+  نسبة الشحن إلى نصف القطر لهذا الكاتيون قريبة من نسبة المغنيسيوم 2+ ؛ لذلك ، فإن السلوك الكيميائي لأكسيد وأكسيد الهيدروكسيد والأملاح الحديدية يشبه سلوك مركبات المغنيسيوم المقابلة. في محلول مائي ، تشكل الكاتيون الحديدي مجمع أكوا أخضر شاحب 2+. يتأكسد هذا الكاتيون بسهولة حتى مباشرة في محلول بواسطة الأكسجين الجوي. يحتوي محلول FeCl 2 على جزيئات معقدة 0. تركيز شحنة مثل هذا الكاتيون منخفض ، وبالتالي ، فإن التحلل المائي للأملاح معتدلة.

1. FeO - أكسيد الرئيسي ، أسود ، لا يذوب في الماء. قابل للذوبان بسهولة في الأحماض. عند تسخينه فوق 500 درجة مئوية ، يتناسب: 4FeO \u003d Fe + Fe 3 O 4. يمكن الحصول عليها عن طريق تحميص هيدروكسيد المقابلة والكربونات والأكسالات بعناية ، بينما يؤدي التحلل الحراري لأملاح Fe 2+ الأخرى إلى تكوين أكسيد الحديديك: FeC 2 O 4 \u003d FeO + CO + CO 2 ، ولكن 2 FeSO 4 \u003d Fe 2 O 3 + SO 2 + SO 3 4Fe (NO 3) 2 \u003d 2Fe 2 O 3 + 8NO 2 + O 2 يمكن أن يعمل أكسيد الحديد (II) نفسه كعامل مؤكسد ، على سبيل المثال ، عند تسخينه ، يحدث التفاعل: 3FeO + 2NH 3 \u003d 3Fe + N 2 + 3H 2 O

2. الحديد (OH) 2 - الحديد (II) هيدروكسيد - قاعدة غير قابلة للذوبان. يتفاعل مع الأحماض. يحدث التفاعل الحمضي القاعدي والأكسدة مع الحديد الحديدي في وقت واحد مع الأحماض المؤكسدة: 2Fe (OH) 2 + 4H 2 SO 4 (conc) \u003d Fe 2 (SO 4) 3 + SO 2 + 4H 2 O. يمكن الحصول عليها عن طريق التبادل تفاعلات الملح القابلة للذوبان. هذا مركب أبيض يتحول أولاً إلى اللون الأخضر في الهواء بسبب التفاعل مع رطوبة الهواء ، ثم يتحول إلى اللون البني بسبب أكسدة الأكسجين الجوي: 4Fe (OH) 2 + 2H 2 O + O 2 \u003d 4Fe (OH) 3.

3. الأملاح. كما سبق ذكره ، تتأكسد معظم أملاح Fe (II) ببطء في الهواء أو في محلول. الأكثر مقاومة للأكسدة هي ملح موهر - كبريتات الحديد المزدوجة (II) والأمونيوم: (NH 4) 2 Fe (SO 4) 2. 6H 2 O. يتأكسد الكاتيون Fe 2+ بسهولة إلى Fe 3+ ، وبالتالي فإن معظم العوامل المؤكسدة ، على وجه الخصوص ، الأحماض المؤكسدة ، تعمل على أكسدة الأملاح الحديدية. عند إطلاق كبريتيد الحديد وثاني أكسيد الحديد ، يتم الحصول على أكسيد الحديد (III) وأكسيد الكبريت (IV): 4FeS 2 + 11O 2 \u003d 2Fe 2 O 3 + 8SO 2 يذوب كبريتيد الحديد (II) أيضًا في الأحماض القوية: FeS + 2HCl \u003d FeCl 2 + 2H 2 S كربونات الحديد (II) غير قابلة للذوبان ، بينما يذوب كربونات الهيدروجين في الماء.

Fe 3+فيما يتعلق بشحن إلى دائرة نصف قطرها هذا الكاتيون يتوافق مع الكاتيون الألومنيوم ,   لذلك ، تشبه خواص مركبات الكاتيون الحديدي (III) مركبات الألمنيوم المقابلة.

Fe 2 O 3 - هيماتيت ، أكسيد مذبذب ، تسود فيه الخصائص الرئيسية. تتجلى الأمفوتري في إمكانية الاندماج مع القلويات الصلبة والكربونات المعادن القلوية: Fe 2 O 3 + 2NaOH \u003d H 2 O + 2NaFeO 2 - أصفر أو أحمر ، Fe 2 O 3 + Na 2 CO 3 \u003d 2NaFeO 2 + CO 2. تتحلل المياه بفريتس (II) عن طريق إطلاق Fe 2 O 3. nH 2 O.

Fe 3 O 4- المغنتيت ، مادة سوداء يمكن اعتبارها إما أكسيد مختلط - FeO. Fe 2 O 3 ، أو كأكسوميترات الحديد (II) (III): Fe (FeO 2) 2. عند التفاعل مع الأحماض يعطي مزيجًا من الأملاح: Fe 3 O 4 + 8HCl \u003d FeCl 2 + 2FeCl 3 + 4H 2 O.

Fe (OH) 3 أو FeO (OH) - يترسب الجيلاتين الأحمر والبني ، هيدروكسيد مذبذب. بالإضافة إلى التفاعلات مع الأحماض ، يتفاعل مع محلول قلوي ساخن التركيز ويتم دمجه مع القلويات الصلبة والكربونات: Fe (OH) 3 + 3KOH \u003d K 3.

الملح.معظم أملاح الحديد الحديدي قابلة للذوبان. مثل أملاح الألومنيوم ، فإنها تخضع للتحلل المائي القوي من خلال الكاتيون ، والذي في وجود أنيونات من الأحماض الضعيفة وغير المستقرة أو غير القابلة للذوبان يمكن أن يصبح لا رجعة فيه: 2FeCl 3 + 3Na 2 CO 3 + 3H 2 O \u003d 2Fe (OH) 3 + 3CO 2 + 6NaCl. عند غليان محلول كلوريد الحديد (III) ، يمكن أيضًا جعل التحلل المائي غير قابل للإلغاء ، لأن قابلية ذوبان كلوريد الهيدروجين مثل أي غاز عند تسخينه ويترك مجال التفاعل: FeCl 3 + 3H 2 O \u003d Fe (OH) 3 + 3HCl (عند تسخينه).

قدرة التأكسد لهذا الكاتيون مرتفعة للغاية ، خاصة فيما يتعلق بالتحويل إلى Fe 2+: Fe 3+ + ē \u003d Fe 2+ φ o \u003d 0.77v. نتيجة لذلك:

أ) تعمل حلول الأملاح الحديدية على أكسدة جميع المعادن حتى النحاس: 2Fe (NO 3) 3 + Cu \u003d 2Fe (NO 3) 2 + Cu (NO 3) 2 ،

ب) تفاعلات التبادل مع الأملاح التي تحتوي على أنيونات قابلة للتأكسد تمر في وقت واحد مع أكسدة: 2FeCl 3 + 2KJ \u003d FeCl 2 + J 2 + 2KCl 2FeCl 3 + 3Na 2 S \u003d 2FeS + S + 6NaCl

مثل الكاتيونات الثلاثية التكافؤ الأخرى ، يكون الحديد (III) قادرًا على تكوين كبريتات الشب المزدوجة مع الكاتيونات من المعادن القلوية أو الأمونيوم ، على سبيل المثال: NH 4 Fe (SO 4) 2. 12H 2 O.

مركبات معقدة.  كلا الكاتيونات الحديدية عرضة لتشكيل مجمعات أنيونية ، خاصة الحديد (III). FeCl 3 + KCl \u003d K ، FeCl 3 + Cl 2 \u003d Cl + -. يعكس التفاعل الأخير تأثير كلوريد الحديد (III) كمحفز للكلورة الكهربائية. تهم مجمعات السيانيد: 6KCN + FeSO 4 \u003d K 4 - سداسي البوتاسيوم (II) ، ملح الدم الأصفر. 2K 4 + Cl 2 \u003d 2K 3 + 2KCl - سداسي البوتاسيوم (III) ، ملح الدم الأحمر. يعطي مركب الحديد الحديدية ترسبًا أزرق أو محلولًا مع ملح حديدي ، اعتمادًا على نسبة المواد المتفاعلة. يحدث نفس التفاعل بين ملح الدم الأحمر وأي ملح حديدي. في الحالة الأولى ، كان الراسب يدعى اللون الأزرق البروسي ، في اللون الأزرق ذي الحبل الشائك. في وقت لاحق اتضح أن المحاليل لها على الأقل نفس التركيبة: K - بوتاسيوم الحديد (II ، III) hexacyanoferrate. ردود الفعل الموصوفة هي النوعية للوجود في حل الكاتيونات الحديد المقابلة. رد الفعل النوعي لوجود الكاتيون الحديدي هو ظهور لون أحمر-دموي عند التفاعل مع ثيوسيانات البوتاسيوم (الثيوسيانات): 2FeCl 3 + 6KCNS \u003d 6KCl + Fe.

الحديد +6. حالة الأكسدة +6 للحديد غير مستقرة. من الممكن الحصول على الأنيون FeO 4 2- فقط الموجود في الأس الهيدروجيني\u003e 7-9 ، ولكنه عامل مؤكسد قوي.

Fe 2 O 3 + 4KOH + 3KNO 3 \u003d 2K 2 FeO 4 + 3KNO 2 + 2H 2 O

Fe (نشارة الخشب) + H 2 O + KOH + KNO 3 \u003d K 2 FeO 4 + KNO 2 + H 2

2Fe (OH) 3 + 3Cl 2 + 10KOH \u003d 2K 2 FeO 4 + 6KCl + 6H 2 O

Fe 2 O 3 + KClO 3 + 4KOH \u003d 2K 2 FeO 4 + KCl + 2H 2 O

4K 2 FeO 4 + 6H 2 O \u003d 4FeO (OH) ↓ + 8KOH + 3O 2

4BaFeO 4 (التدفئة) \u003d 4BaO + 2Fe 2 O 3 + 3O 2

2K 2 FeO 4 + 2CrCl 3 + 2HCl \u003d FeCl 3 + K 2 Cr 2 O 7 + 2KCl + H 2 O

إنتاج الحديد في الصناعة:

أ) عملية المجال: Fe 2 O 3 + C \u003d 2FeO + CO

FeO + C \u003d Fe + CO

FeO + CO \u003d Fe + CO 2

ب) الألمنيوم: Fe 2 O 3 + Al \u003d Al 2 O 3 + Fe

CHROME - عنصر برقم مسلسل 24 ، وكتلة ذرية نسبية تبلغ 51.996. إنه ينتمي إلى مجموعة العناصر ثلاثية الأبعاد ، ولديه تكوين إلكتروني لـ 3d 5 4s 1 وفي النظام الدوري في المجموعة IV ، المجموعة السادسة ، المجموعة الفرعية الجانبية. حالات الأكسدة المحتملة: +1 ، +2 ، +3 ، +4 ، +5 ، +6. من هذه ، الأكثر استقرارا هي +2 ، +3 ، +6 ، و +3 لديه الحد الأدنى من الطاقة.

بفضل خواصه الفيزيائية ، يكون الكروم معدنًا رماديًا ولامعًا صلبًا بنقطة انصهار تبلغ 1890 درجة مئوية. وترجع قوة شبكة شبكتها البلورية إلى وجود خمسة إلكترونات d غير متزاوجة قادرة على التجليد التساهمي الجزئي.

الخواص الكيميائية  مادة بسيطة.

في درجات الحرارة المنخفضة ، يكون الكروم خاملًا بسبب وجود فيلم أكسيد ، ولا يتفاعل مع الماء والهواء.

1. يتفاعل مع الأكسجين عند درجات حرارة أعلى من 600 درجة مئوية. في هذه الحالة ، يتكون أكسيد الكروم (III) - Cr 2 O 3.

2. يحدث التفاعل مع الهالوجينات بطرق مختلفة: Cr + 2F 2 \u003d CrF 4 (في درجة حرارة الغرفة) ، 2Cr + 3Cl 2 (Br 2) \u003d 2CrCl 3 (Br 3) ، Cr + J 2 \u003d CrJ 2 (مع تسخين كبير ). يجب أن يقال أنه يمكن العثور على يوديد الكروم (III) ويتم الحصول عليه من خلال تفاعل التبادل في شكل هيدرات CrJ 3 البلورية. 9H 2 O ، لكن ثباتها الحراري صغير ، وعند تسخينها ، تتحلل إلى CrJ 2 و J 2.

3. عند درجات حرارة أعلى من 120 درجة مئوية ، يتفاعل الكروم مع الكبريت المنصهر لإعطاء الكروم (II) كبريتيد - CrS (أسود).

4. عند درجات حرارة أعلى من 1000 درجة مئوية ، يتفاعل الكروم مع النيتروجين والكربون ، مما يعطي مركبات خاملة كيميائية غير كيميائية. من بينها ، يمكن ملاحظة كربيد مع تكوين CRC التقريبي ، والتي في صلابة تقترب الماس.

5. الكروم لا يتفاعل مع الهيدروجين.

6. يتفاعل التفاعل مع بخار الماء على النحو التالي: 2Cr + 3H 2 O \u003d Cr 2 O 3 + 3H 2

7. التفاعل مع الأحماض غير المؤكسدة سهل إلى حد ما ، بتكوين مجمع أكوا 2+ من اللون الأزرق السماوي ، وهو مستقر فقط في حالة عدم وجود الهواء أو في جو الهيدروجين. في وجود الأكسجين ، يتفاعل التفاعل بشكل مختلف: 4Cr + 12HCl + 3O 2 \u003d 4CrCl 3 + 6H 2 O. الأحماض المخففة المشبعة بالأكسجين تؤدي إلى إفساد الكروم الناتج عن تكوين فيلم أكسيد قوي على السطح.

8. العوامل المؤكسدة للحمض: حمض النتريك من أي تركيز ، يتسبب حمض البيركلوريك المركّز في إخماد الكروم ، بحيث لم يعد يتفاعل مع الأحماض الأخرى بعد المعالجة السطحية بهذه الأحماض. يتم إزالة التخميل عند تسخينها. في هذه الحالة ، يتم الحصول على أملاح الكروم (III) وثاني أكسيد الكبريت أو النيتروجين (من حمض البيركلوريك - كلوريد). يحدث التخميل الناتج عن تكوين فيلم الملح أثناء تفاعل الكروم مع حمض الفوسفوريك.

9. لا يتفاعل الكروم مباشرة مع القلويات ، لكنه يتفاعل مع ذوبان القلوية مع إضافة عوامل مؤكسدة: 2Cr + 2Na 2 CO 3 (g) + 3O 2 \u003d 2Na 2 CrO 4 + 2CO 2

10. يستطيع Chromium التفاعل مع المحاليل الملحية ، حيث يحل محل المعادن الأقل نشاطًا (يقف إلى يمينها في صف الجهد) من تركيبة الملح. في هذه الحالة ، يتحول الكروم نفسه إلى كاتيون Cr + +.

الدولة الفيدرالية المستقلة

مؤسسة تعليمية

التعليم المهني العالي

"الجامعة الفدرالية السيبيرية"

معهد المعادن غير الحديدية وعلوم المواد

الملخص

تشكيل الادراج الغازية في سبائك الألومنيوم

كراسنويارسك - 2014

مقدمة

2.2 التفاعل مع النيتروجين

2.3 التفاعل مع الغازات المعقدة

2.4 التفاعل مع الهيدروجين

تفاعل الألومنيوم مع الهيدروجين

3.1 مصنع إزالة الغازات PAL FI 60R

3.2 تركيب مرحلتين لتكرير الفرن الثانوي SNIF P-140UHB

استنتاج

مقدمة

يتفاعل الألومنيوم وسبائكه مع غازات الغلاف الجوي المحيط بشكل رئيسي أثناء ذوبانه وصبه. تتفاعل عناصر الألومنيوم وسبائك السبائك في الهيدروجين والأكسجين والنيتروجين والكربون وبخار الماء ، SO 2، مع 2و СО ومختلف المواد الهيدروكربونية ، مما يؤدي إلى تلوث الألمنيوم وسبائكه بالغازات ومنتجات التفاعل. على الرغم من إمكانية تفاعل الألومنيوم مع العديد من الغازات في الغلاف الجوي لفرن الصهر ، الخلاط وفي البيئة أثناء عملية الصب ، فإن الهيدروجين ، النتريد ، الكربيدات وأكاسيد المعادن فقط تمر في الذوبان بكميات كافية للتأثير بشكل كبير على هيكل وخصائص المنتج.

تفاعل المعادن السائلة مع المواد المستخدمة في تبطين أفران الصهر ومغرف الصب ، وكذلك لتصنيع البوتقات والعفن ، متنوع ومعقد. يجب أن تتحمل مادة خزان الصهر في المقام الأول الضغوط الميكانيكية في درجات الحرارة المناسبة. يتفاقم هذا التفاعل الميكانيكي بظواهر فيزيائية وكيميائية معقدة بين الذوبان والمواد الصلبة الملامسة لها. في الوقت نفسه ، عمليات الحد من الأكسدة وعمليات الذوبان المتبادل ممكنة ، كما أن تشريب البطانة بالذوبان ممكن أيضًا.

سبائك الألومنيوم الغازية التفريغ

1. تشكيل الادراج الغازية. العمليات الفيزيائية والكيميائية أثناء ذوبان الألومنيوم

إذا كان المعدن السائل النقي يتلامس مع الوسيلة الغازية لفترة طويلة بما فيه الكفاية وتطور العمليات التي تهدف إلى تحقيق التوازن في النظام ، فإن الأنواع الثلاثة التالية من التغييرات في تكوين وحالة الذوبان ممكنة:

يكون الوسط الغازي خاملًا فيما يتعلق بالمعادن السائلة ؛ وبالتالي ، لا يحدث انحلال الغاز في الذوبان أو تشكيل أي مركبات. يتم تقييم غياب انحلال الغاز من وجهة نظر عملية. يشمل ذلك الحالات ذات القابلية المنخفضة للذوبان ، وهو أمر غير مهم لعملية صهر المعادن. يمكن ملاحظة غياب التفاعل بين أي فلز وأي غاز خامل من المجموعة الصفرية للنظام الدوري Mendeleev ، وكذلك في بعض الأنظمة ، هيدروجين معدني (معدن - قصدير ، رصاص ، إلخ) ، معدن نيتروجين (معدن - نحاس ، فضة ، زنك ، إلخ).

في تفاعل المعدن السائل مع الغاز ، لوحظ قابلية ذوبان كبيرة للغاز في الذوبان. ويشير أيضًا إلى قابلية الذوبان العملية بشكل كبير ، مما يؤثر بشكل كبير على جودة السبائك ويحدد تقنية الذوبان. في الأنظمة التي يحدث فيها هذا التفاعل ، سيكون هناك في النهاية محلول سائل مشبع بالغاز ومرحلة غاز. من الممكن أيضًا أن يبدأ تكوين مركب كيميائي بين الغاز والمعادن عند الوصول إلى الحد الأقصى لمحتوى الغاز في الذوبان. بالنسبة لعملية الصهر ، فإن الظروف المحددة هي بالتحديد تكوين محلول غاز في فلز سائل. ويلاحظ هذا النوع من التفاعل في العديد من أنظمة الهيدروجين المعدني.

يتم التعبير عن تفاعل المعدن السائل مع الغاز في تكوين مركبات كيميائية مستقرة معدنية - غاز. إن قابلية ذوبان الغاز في المعدن السائل في هذه الحالات صغيرة جدًا بحيث يتم ملاحظتها في العديد من أنظمة الأكسجين المعدني (A1-O) 2والماغنسيوم-O 2  وغيرها).

يتم تحديد نوع تفاعل المعدن السائل مع الغاز حسب طبيعة المعدن والغاز ، ودرجة حرارة وضغط الغاز على الذوبان. بالنسبة للنظام الثنائي للغاز المعدني ، يمكن تحديد طبيعة التفاعل والمراحل المشكلة بسهولة إلى حد ما من خلال مخططات الحالة الحالية.

تتكون عملية تفاعل المعدن السائل مع الغازات من عدة مراحل. يتم ضمان دخول جزيئات الغاز إلى سطح المعدن السائل من خلال الانتشار الجزيئي ونقل كتلة الحمل الحراري فيه. تحت ضغط 10 4  باسكال وأكثر ، يتم نقل الكتلة في الغازات بشكل رئيسي بواسطة الحمل الحراري.

والخطوة التالية هي انتقال جزيئات الغاز إلى سطح الذوبان. هذه العملية تسمى الامتزاز. في درجات الحرارة المرتفعة ، يتم لعب الدور الرئيسي عن طريق الامتصاص أو الامتصاص الكيميائي المنشط ، والذي لا يتم التعبير عنه فقط في ترسب جزيئات الغاز على سطح الذوبان ، ولكن أيضًا في تفككها الجزئي في الذرات. يتضح ذلك من خلال القيمة الكبيرة لحرارة الامتصاص الكيميائي ، على مقربة من حرارة تفكك الغازات ثنائية الذرة.

تكون ذرات الغاز الممتصة على سطح الذوبان جاهزة لتشكيل جزيئات المركب الكيميائي للغاز المعدني وللانتشار في عمق الذوبان. إذا كان التفاعل هو حدوث غير قابلة للذوبان في. ذوبان مركب ، تبدأ طبقة من هذا المركب في النمو على سطح الذوبان. يتم تحديد معدل التفاعل ، من بين ظروف أخرى ، من خلال استمرارية هذه الطبقة ، والتي يمكن تقديرها من خلال مقارنة أحجام المركب الناتج والمعادن القابلة للاستهلاك ، مع الأخذ في الاعتبار قياس العناصر المتكافئة للمركب وكثافة المعدن والمركب.

إذا كان حجم المركب الناتج أقل بكثير من حجم المعدن المستنفد ، فيجب أن يكون لطبقة المركب حتما دموع وشقوق حيث يخترق الغاز بحرية. في هذه الحالات ، يتم التفاعل بسرعة ثابتة. إذا كانت وحدات التخزين المشار إليها قريبة من بعضها البعض ، فيجب أن ينتشر الغاز من خلال طبقة التوصيل. كلما زاد سمك الطبقة بشكل مستمر ، سينخفض \u200b\u200bمعدل التفاعل. يحدث هذا ، على سبيل المثال ، تفاعل الألومنيوم السائل مع الأكسجين ، مما يؤدي إلى تشكيل فيلم من أكسيد الألومنيوم على سطح الذوبان.

أثناء العملية الطاردة للحرارة لتشكيل مركب الغاز المعدني ، يمكن أن تحدث زيادة في درجة الحرارة المحلية ، مما يؤدي إلى اشتعال الذوبان. ويلاحظ هذا ، على سبيل المثال ، عند ارتفاع درجة حرارة المغنيسيوم السائل وسبائكه في الهواء فوق 700 حول C ، وكذلك مع ارتفاع درجة حرارة الزنك فوق 600 حول S.

إذا كان المصهور قادرًا على إذابة الغاز ، فإن ذرات الغاز الممتصة تنتشر في عمق الذوبان. في انصهار المعادن ، يمكن أن تذوب الغازات فقط في الحالة الذرية.

يتم تحديد عملية إذابة الغاز في الطبقة السطحية بالكامل بواسطة الانتشار. في أعماق الذوبان ، يتم انتشار ذرات الغاز بشكل رئيسي عن طريق نقل الكتلة الحرارية.

غالبًا ، بسبب انتقال الكتلة المحدود في الطور السائل ، تظهر طبقة مركبة على سطح الذوبان ، على الرغم من أن الحد الأقصى لتركيز الغاز في المحلول لم يتم بلوغه بعد في كامل كتلة الذوبان.

القابلية للذوبان في التوازن Dيوصف الغاز دياتومي في المعدن عموما بالاعتماد

(1)

العلاقات العامة 2  - ضغط الغاز فوق الذوبان ؛ A حول   - عامل ثابت ؛ Δ N هي حرارة ذوبان الغاز ، ويشار إلى 1 مول من الغاز الذائب ؛ R هو ثابت الغاز ؛ T هي درجة الحرارة ، K.

يعطي لوغاريتم الصيغة (1) التعبير التالي:

(2)

في درجة حرارة ثابتة ، يصبح الاعتماد (1) قانون الجذر التربيعي (قانون سيفرتس): الذي يتبعه بوضوح مع حلول الغاز في المعادن أحادية الذرة ( ك  هو عامل ثابت).

في العديد من أنظمة الغاز المعدني ، يذوب الغاز من خلال امتصاص الحرارة. لذلك ، فإن القيمة ΔН\u003e 0 ، وبالتالي ، فإن الزيادة في درجة الحرارة تسبب زيادة في قابلية ذوبان الغاز. هناك أيضًا عدد كبير من المعادن التي يصاحبها انحلال الغاز بواسطة الحرارة (ΔН<0). В таких металлах повышение температуры сопровождается снижением растворимости газа в расплаве.

إن التغير في قابلية ذوبان الغازات في المعادن حسب درجة الحرارة والضغط يتوافق مع قيم التوازن فقط مع التغيرات البطيئة بما فيه الكفاية في الظروف الخارجية. في حالة حدوث هذه التغييرات بسرعة ، تبدأ الذوبان في التراجع عن القيم المحددة بواسطة الصيغ أعلاه ، نظرًا لحقيقة أن بعض خطوات عملية الذوبان العامة لا توفر نقل الكمية المطلوبة من الغاز. عادة ما يكون هذا عنق الزجاجة هو الانتشار. نتيجة لذلك ، يتم الحصول على قيم مبالغ فيها أو تقديرا ناقصا لمحتوى الغاز المذاب في المعدن.

تكون الظواهر معقدة بشكل خاص عندما تنخفض درجة حرارة وضغط الغاز فوق الذوبان ، إذا كان يتم تقليل قابلية ذوبان الغاز. في معظم الحالات ، لا يتوفر للغاز المنبعث من المحلول وقت للمرور عبر السطح الحر للذوبان. فرط التشبع المتزايد للذوبان يؤدي إلى ظهور فقاعات غاز داخله. من الواضح أن نواة فقاعات الغاز المتجانسة في الذوبان أمر مستحيل. يمكن أن تحدث فقط على نوى جاهزة ، والتي هي المسام والشقوق في الجزيئات غير القابلة للذوبان النجاسة في الذوبان. تمتلئ هذه الانقطاعات مع غازات خاملة لمعدن معين. في هذه التجاويف النهائية ، تتسارع ذرات الغازات المنبعثة من المحلول ، وهنا تبدأ فقاعة الغاز في النمو.

خصوصية وجود فقاعة غاز في الذوبان هو أن الضغط فيها يتحدد بواسطة pn \u003d pbv + ρgh + 2σ / g ، حيث pp هي الضغط الخارجي فوق الذوبان ؛ ρgh - الضغط المعدني ، اعتمادًا على كثافة الذوبان ρ ، تسارع الجاذبية g ، المسافة من المرآة المعدنية (العمق) h ؛ 2σ / جم - الضغط الشعري ، اعتمادًا على الطاقة البينية في واجهة الغاز الذائب ونصف قطر الفقاعة g.

عندما تنخفض درجة الحرارة بسرعة تزيد عن عدة درجات في الثانية ، يتم ملاحظة تطور الغاز غير المكتمل من المحلول الموجود في المعدن. يمكن أن يظل الغاز بالكامل في محلول في حالة وجود معدلات تبريد أكبر. بمعنى آخر ، يتم إخماد محلول الغاز أولاً في المعدن السائل ، ثم في المادة الصلبة. تستخدم هذه الظاهرة على نطاق واسع في إذابة العينات لتحديد محتوى الغاز.

لا يمكن اعتبار الغازات المتبقية في محلول مفرط في معدن صلب غير ضارة. يمكن أن تؤثر على خصائص القوة ، وتقليل ليونة المعدن ، وتغيير خصائص التآكل. يؤدي التحلل التدريجي للمحلول إلى إطلاق غاز مجاني ، يتراكم عند حدود الحبوب ، في شقوق صغيرة ، بالقرب من شوائب غير معدنية ، مكونًا مسام. تسخين تسريع تحلل الحل ويزيد من خطر تدمير المعادن. يتم تفسير أنواع من العيوب مثل delamination في سبائك غير الحديدية المشوهة بدقة من خلال تطور الغازات من الحل.

2. تفاعل سبائك الألومنيوم مع الغازات

2.1 التفاعل مع الأكسجين

ينتج تفاعل الألومنيوم مع الأكسجين ثلاثة مركبات: ألأكسيد الألومنيوم 2يا ، ألو وألومينا 2يا 3. لا يمكن الحصول على أكاسيد الألومنيوم الفرعية إلا بشكل مصطنع في درجات حرارة عالية في فراغ عالي. مجمع آل المشترك 2يا 3، هو مركب كيميائي قوي للغاية مع مرونة ضئيلة من تفكك البخار حتى في درجات حرارة عالية جدا. يحتوي Alumina على العديد من التعديلات متعددة الأشكال ، والتي يعتمد تشكيلها والانتقال من واحدة إلى أخرى على درجة الحرارة ووقت التعرض وتكوين البيئة. الأفكار الموجودة حول التعديلات متعددة الأشكال للألومينا الحرة متناقضة وتنقسم إلى اتجاهين: منفصلين وتطوريين.

يدرك أنصار الاتجاه المنفصل وجود عدد كبير من التعديلات المتعددة الأشكال المنفصلة المستقلة لأكسيد الألومنيوم. تعديل α   - آل 203  يمثل الشكل الأكثر استقرارا من الألومينا. في الطبيعة ، تم العثور على A1303 في شكل اكسيد الالمونيوم - وهو معدن ذو صلابة عالية. تبلور اكسيد الالمونيوم في سداسي الشكل المعين. المسافة بين ذرات الألومنيوم 0.136 نانومتر. الألومينا α   - آل 2يا 3  هو تعديل درجة حرارة عالية ، والذي في نهاية المطاف ، مع زيادة في درجة الحرارة ، تمر جميع التعديلات المذكورة أعلاه. عند درجة حرارة 2050 درجة مئوية α   - آل 203  يذوب ، وعند درجة حرارة 3000 درجة مئوية ، يغلي. النظر في هيكل وخصائص أكسيد الألومنيوم التي شكلت على سطح الألومنيوم وسبائكها. من المعروف أن سطح الألمنيوم الذي تم فتحه حديثًا حتى في درجة حرارة الغرفة يتم تغطيته بسرعة بواسطة فيلم أكسيد ، الذي يصل سمكه في الساعات الأولى من الأكسدة إلى 1.7 - 2.1 ميل بحري. مع مزيد من التعرض للألمنيوم في الهواء ، يحدث نمو بطيء لغشاء الأكسيد على مدار 70-80 يومًا ، ويصل سمكه عند 25 درجة مئوية والرطوبة النسبية بنسبة 45-55٪ إلى 3 نانومتر. ثم توقف نمو الفيلم عمليا. يتكون فيلم الأكسيد الطبيعي الموجود على سطح الألومنيوم من خليط غير متبلور مع مزيج صغير من البلورية. γ   - آل 2يا 3. عندما يتم تسخين الألمنيوم إلى 450-500 درجة مئوية ، يكتسب غشاء الأكسيد الموجود على سطح الألومنيوم هيكلًا بلوريًا دقيقًا ، وعند تسخينه عند درجة حرارة 500 درجة مئوية ، تظهر الخطوط المقابلة للبنية البلورية لنوع الإسبنيل على أنماط حيود الأشعة السينية. مع زيادة درجة الحرارة ، يصل سمك فيلم أكسيد الأكسدة على سطح الألومنيوم وعند درجات حرارة قريبة من نقطة الانصهار ، إلى 100 نانومتر. فيلم الأكسيد الطبيعي على الألومنيوم شفاف وغير مرئي ومدمج وله خصائص لاصقة جيدة.

.2 التفاعل مع النيتروجين

يختلف النيتروجين عن الأكسجين عن طريق انخفاض النشاط الكيميائي ، وعن الهيدروجين - بأحجام ذرية أكبر بكثير. في درجات الحرارة العادية ، لا يذوب النيتروجين تقريبًا في المعادن ، لأن درجة تفكك جزيئاته إلى ذرات صغيرة جدًا.

في ظل ظروف الانصهار الحقيقية ، لا يشكل النيتروجين أي محاليل أو نيتريدات مع النحاس والفضة والذهب والقصدير والزنك والكادميوم والرصاص والأنتيمون والبزموت. النيتروجين أيضًا لا يذوب في الألمنيوم ، ولكن عند درجة حرارة حوالي 900 حول تشكل C معه مركب كيميائي مستقر - نيتريد الألومنيوم (AlN) ، والذي يمكن أن يكون في الذوبان في شكل شوائب صلبة. في درجات حرارة أقل من 750 حول حيث أن النيتروجين للألمنيوم يعتبر غازًا محايدًا وغالبًا ما يستخدم كمزيل للذوبان.

المغنيسيوم يشكل نيتريد المغنيسيوم (Mg 3N 2) ، والتي تتحلل في درجة حرارة الغرفة بالماء لتشكيل الأمونيا. في هذا الصدد ، فإن وجود نيتريد المغنيسيوم في المعدن يقلل من مقاومة التآكل للمغنيسيوم وسبائكه.

عند الذوبان في جو من النيتروجين والنحاس والفضة والذهب والزنك والكادميوم والمغنيسيوم والألومنيوم والقصدير والرصاص والبزموت والأنتيمون وسبائكهم ، فإن جودة المنتجات المصبوبة لا تتدهور.

المعادن الأرضية القلوية والقلوية تمتص النيتروجين بشكل نشط ، وتشكل أولاً محلول مشبع ، ثم النيتريدات المستقرة حرارياً. لذلك ، عندما يتم ذوبانها ، لا يجوز النيتروجين في الجو.

المعادن الحرارية من المجموعات الرابعة والخامسة والسادسة من الجدول الدوري Mendeleev (التيتانيوم ، الزركونيوم ، الهافنيوم ، الفاناديوم ، النيوبيوم ، التنتالوم ، الكروم ، الموليبدينوم والتنغستن) وسبائكها تذوب النيتروجين بكميات كبيرة وتشكل النتريدات. تشبع هذه المعادن مع النيتروجين يؤدي إلى زيادة حادة في الهشاشة. وبالتالي ، فإن النيتروجين لهذه المعادن الحرارية هو غاز ضار وغير مقبول في جو الفرن.

يستخدم النيتروجين النقي على نطاق واسع في تفكيك سبائك الألومنيوم ، ويتم تقديمه في شكل فقاعات صغيرة في جميع أنحاء حجم الذوبان. في الممارسة العملية ، لا تتم معالجة ذوبان السبائك المحتوية على أكثر من 1.5٪ من المغنيسيوم بالنيتروجين بسبب تكوين نيتريد المغنيسيوم ، مما يقلل بشكل كبير من الخصائص التكنولوجية للسبائك.

.3 التفاعل مع الغازات المعقدة

في جميع حالات تفاعل الغازات المعقدة مع المعادن السائلة ، يحدث تدمير جزيئات الغاز ، مصحوبًا بتكوين مركبات جديدة ، وظهور العناصر الحرة التي تشكل الغاز المركب ، وظهور حلول أحد هذه العناصر أو كليهما في فلز سائل.

نظرًا لأن تكوين الغازات المعقدة يشمل الكربون والكبريت ، فمن الضروري مراعاة تفاعل المعادن السائلة مع هذه العناصر. وعادة ما تسمى الغاز تشكيل.

تفاعل المعادن السائلة مع بخار الماء. كما هو موضح في الحسابات الديناميكية الحرارية ، تتفاعل جميع المعادن تقريبًا في درجات الحرارة هذه ، عندما تكون في حالة سائلة أثناء الذوبان ، مع بخار الماء. سوف يذهب الهيدروجين المنطلق إلى الجو. سيتم أيضًا طلاء الألمنيوم السائل بطبقة من أكسيد المعادن غير القابلة للذوبان ، لكن الهيدروجين المنطلق سيذوب في الذوبان. وبالتالي ، فإن صهر هذه المعادن في جو يحتوي على بخار الماء لن يؤدي فقط إلى تلوث الذوبان بالاحتباسات غير المعدنية ذات الطبيعة الأكسيدية ، ولكن سيؤدي أيضًا إلى تشبعها بالهيدروجين المذاب. بالنسبة لهذين المعدنين ، بسبب تقاربهما الكبير للأكسجين ، فإن التفاعل مع بخار الماء ينتقل بالكامل تقريبًا نحو تكوين أكسيد الفلز والهيدروجين.

لذلك ، عندما يتم ذوبانه في جو يحتوي على بخار ماء ، سيتم تلوثها بالأكسجين والهيدروجين.

.4 التفاعل مع الهيدروجين

الهيدروجين هو الغاز الوحيد الذي يذوب بشكل ملحوظ في الألومنيوم وسبائكه. القابلية للذوبان تختلف في درجة الحرارة والجذر التربيعي للضغط. كما هو مبين في الشكل ، فإن قابلية ذوبان الهيدروجين في الألمنيوم السائل أعلى بكثير من الألمنيوم الصلب: 0.65 و 0.034 مل / 100 غرام ، على التوالي. هذه القيم تختلف قليلا اعتمادا على التركيب الكيميائي للسبائك. عندما يكون تبريد وتصلب الألمنيوم المصهور ذو المحتوى الهيدروجيني أعلى بكثير من قابليته للذوبان في الحالة الصلبة ، يمكن إطلاقه (الهيدروجين) في شكل جزيئي ، مما سيؤدي إلى تكوين مسام أولية أو ثانوية.

<#"center">مسامية الهيدروجين من الألومنيوم

يعتمد تكوين فقاعات الهيدروجين في الألومنيوم بدرجة كبيرة على معدل التبريد والتصلب ، وكذلك على وجود مراكز النواة لتطور الهيدروجين ، مثل الأكاسيد المحتجزة داخل الذوبان. لذلك ، يتطلب تشكيل المسامية وجود فائض كبير في محتوى الهيدروجين المذاب مقارنةً بذوبان الهيدروجين في الألومنيوم الصلب. في غياب مراكز النواة ، يتطلب تطور الهيدروجين تركيزًا مرتفعًا نسبيًا من الهيدروجين - حوالي 0.30 مل / 100 غرام ، وفي العديد من السبائك الصناعية ، لا يتم اكتشاف المسامية حتى مع وجود محتوى هيدروجين مرتفع نسبياً مثل 0.15 مل / 100 جم.

الهيدروجين في سبائك الألومنيوم

يعتمد موقع الهيدروجين في الألومنيوم المتصلب على مستواه في الألومنيوم السائل والظروف التي حدث فيها تصلب. نظرًا لوجود مسامية الهيدروجين نتيجة لآليات النمو والنوى التي يتم التحكم فيها عن طريق الانتشار ، فإن انخفاض تركيز الهيدروجين وزيادة معدل التصلب يكون لهما تأثير كبير على نويات المسام ونموها. لهذا السبب ، تكون المسبوكات المصنوعة بطريقة صب البرد القابلة للفك أكثر عرضة للعيوب المرتبطة بالهيدروجين من المسبوكات ، على سبيل المثال ، بواسطة طرق قولبة الحقن.

مصادر الهيدروجين في الألومنيوم

يدخل الهيدروجين الألومنيوم من العديد من المصادر ، بما في ذلك جو الفرن ، ومواد الشحن ، والتدفقات ، وأدوات الصهر ، وردود الفعل بين الألومنيوم المصهور والعفن.

جو الفرن. إذا كان المصهر يعمل بالغاز الطبيعي أو ، على سبيل المثال ، زيت الوقود ، فمن الممكن الاحتراق غير الكامل للوقود بتكوين هيدروجين حر.

شحن المواد. قد تحتوي السبائك والخردة وعودة المسابك على أكاسيد ومنتجات تآكل ورمل ومخططات مسبك أخرى ، بالإضافة إلى مواد تشحيم تستخدم في التصنيع. كل هذه الملوثات هي مصادر محتملة للهيدروجين ، والتي تتشكل أثناء استعادة المواد العضوية أو التحلل الكيميائي لبخار الماء.

عوامل التدفق. معظم التدفقات هي أملاح ، شأنها شأن جميع الأملاح ، استرطابية ، وهذا هو ، على استعداد "لامتصاص" المياه بسرور. لذلك ، فإن التدفق الرطب يدخل حتما الهيدروجين في الذوبان ، الذي يتكون من التحلل الكيميائي للمياه.

ذوبان الأدوات. يمكن أيضًا أن تكون أدوات الصهر مثل القمم والكاشطات والمجارف مصدرًا للهيدروجين ، إن لم تكن نظيفة. تعتبر أكاسيد وبقايا التدفق في هذه الأدوات من مصادر التلوث الصعبة بشكل خاص ، لأنها تمتص الرطوبة مباشرة من الهواء المحيط. تعتبر حراريات الفرن ، المزاريب وقنوات التوزيع ، ومدافع الجير والأسمنت ، مغارف أخذ العينات كلها مصادر محتملة للهيدروجين ، خاصة إذا لم يتم تجفيفها بشكل كافٍ.

التفاعل بين الألومنيوم السائل والعفن. إذا كان المعدن السائل يتدفق بشكل مضطرب أثناء ملء القالب ، فإنه يمكن أن يصيد الهواء إلى حجمه الداخلي. إذا تعذر على الهواء أو لم يكن لديه وقت للخروج قبل أن يبدأ التصلب ، فسيدخل الهيدروجين المعدن. يمكن أن تتسبب مغذيات القالب المصنوعة بشكل غير صحيح في حبس الهواء. مصدر آخر للهيدروجين هو الرمل الرطب بشكل مفرط.

تفاعل الألومنيوم مع الهيدروجين

ويعتقد أن الألومنيوم ، مثل معظم المعادن ، لا يتفاعل مباشرة مع الهيدروجين. عادة ما تشكل المعادن مركبات عن طريق فقدان الإلكترونات ، والتي يتم قبولها من قبل عناصر أخرى. يشكل الهيدروجين أيضًا مركبات ، أو يفقد الإلكترونات (أو يشارك الإلكترونات). لذلك ، عادة لا تقبل ذرات الهيدروجين الإلكترونات التي تتبرع بالمعادن لتشكيل مركبات. فقط بعض المعادن شديدة التفاعل مثل الصوديوم والبوتاسيوم والكالسيوم والمغنيسيوم يمكنها "إجبار" ذرات الهيدروجين على قبول إلكتروناتها لتشكيل مركبات أيونية صلبة تسمى هيدريدات هذه المعادن.

يتطلب التوليف المباشر لهيدريد الألومنيوم من الهيدروجين والألمنيوم ضغطًا مجنونًا يصل إلى حوالي 2،000،000،000 غلاف جوي ودرجة حرارة تزيد عن 800 كلفن. وفي الوقت نفسه ، يوجد مركب مثل هيدريد الألومنيوم. هيدريد الألومنيوم هو مركب غير مستقر يتحلل بسهولة عند درجات حرارة تزيد عن 100 درجة مئوية. لا يتم الحصول عليها مباشرة ، ولكن نتيجة لتفاعلات المركبات الأخرى.

1.تحديد مسامية الغاز بمثال سبائك الألمنيوم المصبوب

· عند تحديد المسامية في سبائك الألومنيوم المصبوب ، يتم استبعاد قابلية الانكماش أو المسامية المركزية.

· لتحديد مسامية الغاز ، تتم معالجة القوالب المقطوعة من السبائك أو المسبوكات أو العينات المقطوعة من المسبوكات إلى درجة خشونة لا تزيد عن 1.6 ميكرون.

· لتحديد مسامية الغاز ، يتم حفر قسم الماكرو دون الكشف عن الهيكل الكلي ، ثم يتم غسله بالماء الجاري وتجفيفه بورق الترشيح.

· لتحديد مسامية الغاز ، من الضروري استخدام المقياس الموضح في الشكل. يتم تحديد درجة مسامية المقاطع الكلية في النقاط من خلال مقارنتها بمعايير المقياس.

· يتم تحديد المسامية الغازية لقوالب السبائك في ثلاثة مربعات بمساحة 1 سم 2  لكل منهما. يتم تحديد عدد المسام وحجم المسام كمتوسط \u200b\u200bحسابي من ثلاثة قياسات.

· إذا كان هناك انحرافات في متوسط \u200b\u200bمقدار أو حجم أو نسبة المسام نحو جانب الزيادة ، تتم إحالة مؤشرات المسامية إلى درجة مسامية أعلى.

· على المسبوكات الصغيرة ، يمكن تحديد مسامية الغاز على عدد أقل من المربعات.

· يتم توزيع درجة المسامية ، التي تحددها ثلاثة مربعات على قسمين كليين من قوالب السبائك ، على الحرارة بالكامل.

· ويتم التحكم في المسامية بصريا بالعين المجردة. لتحديد قطر المسام ، يمكنك استخدام الأجهزة البصرية بزيادة تصل إلى 10 مرات.

· يتكون القسم من خمسة معايير:

س النقطة 1 - المسامية الدقيقة ؛

س النقطة 2 - انخفاض المسامية.

س النقطة 3 - متوسط \u200b\u200bالمسامية ؛

س النقطة 4 - زيادة المسامية ؛

س النقطة 5 - المسامية العالية.

· يمكن استخدام معايير درجة المسامية بغض النظر عن درجة السبيكة.

الشكل 2 - مقياس مسامية سبائك الألومنيوم

الشكل 3 - تخطيط المربعات على قسم ماكرو

3. التفريغ من سبائك الألومنيوم

في المصانع المعدنية ، يتم استخدام خمسة مخططات لمعالجة نفاثة من المعدن المنصهر بالغازات:

في الحضيض (أو الخزان المسخن) مع إدخال الغاز من خلال أغشية مسامية مثبتة في القاع ؛

في وعاء ساخن مع الترشيح من خلال مرشح السيراميك بكميات كبيرة أو الرغوة ؛

في حاوية مع إدخال الغاز باستخدام دوار يدور بسرعة 400-600 دورة في الدقيقة ؛

في الحضيض عند صب السبائك.

تدفق في تركيبة مع الغاز.

في كل من هذه العمليات ، يتم تكرير المعدن المنصهر عن طريق الفائض. هذا ، من ناحية ، يزيد من إنتاجية وحدة الصهر والمسبك ، لأنه يلغي الوقت اللازم لتكرير الذوبان في الفرن أو الخلاط من دورة الإنتاج ، ومن ناحية أخرى ، يوفر أفضل معالجة للذوبان مع كاشف تكرير.

أصبحت طرق معالجة الذوبان هذه واسعة الانتشار في ممارسة إعداد سبائك الألمنيوم المصبوب والمطاوع. يتم تحديد محتوى الهيدروجين في الذوبان بعد التطهير بواسطة عدد من العوامل ، ويعتمد بشكل أساسي على حجم الغاز المطهر. مع زيادة الحجم ، ودرجة التفريغ عادة. الزيادات. الاستثناء هو الحالة عندما تتطور عملية تلوثها الثانوي إلى جانب تنظيف الذوبان نتيجة للتفاعل مع الأكسجين والرطوبة في الغلاف الجوي أثناء الحفر المكثف للمعادن السائلة.

في NKaZ ، يتم استخدام المخططات التالية لمعالجة نفاثة المعدن المنصهر بالغازات:

تدفق في تركيبة مع الغاز (محطة التفريغ PAL FI 60R) ؛

في خزان مع إدخال الغاز باستخدام دوار تدور بسرعة 400-600 دورة في الدقيقة (تركيب على مرحلتين من تكرير الفرن الثانوي SNIF P-140UHB).

.1 مصنع إزالة الغازات PAL FI 60R

تم تصميم وحدة إزالة الغاز PAL FI 60R لتنظيف ذوبان الهيدروجين في الخلاط. تتم معالجة الذوبان عن طريق نفخ الذوبان في الخلاط مع الأرجون ، مع إمكانية حقن التدفق. وترد الخصائص التقنية للتركيب في الجدول 9.

الجدول 1 - الخصائص التقنية للتركيب PAL FI 60R

المعلمات القيمة الجهد الكهربائي ، استهلاك B220 للتدفق ، كجم / دقيقة من 1 إلى 46 استهلاك الغاز ، لتر / دقيقة من 180 إلى 250 حجم تدفق النطاط ، لتر / كجم 38/45 وزن التثبيت ، كجم 400

التثبيت "PAL FI60R" - نظام أوتوماتيكي للحقن الدوراني للتدفق ، يوفر الحقن المستمر للتدفق تحت مستوى المعدن من أجل الترابط الفعال للأكسيدات. يمكن أن تساعد معالجة التدفق في تركيبة مع القدرة على إزالة الهيدروجين عن طريق إزالة الغازات الخاملة على تحسين جودة سبائك الألومنيوم مع تقليل تكاليف الإنتاج.

الشكل 4 - مصنع إزالة الغازات PAL FI 60R

يزيد نظام PAL FI 60R من تأثير حقن التدفق عن طريق إدخال تدفق تدفق مستمر تحت خط السطح المصهور. يساعد إدخال التدفق على تحسين جودة سبائك الألومنيوم ، وفي الوقت نفسه ، يخفض تكاليف التشغيل. يمكن استخدام محقن التدفق إما في أفران نقل الألمنيوم الكبيرة ، بالتزامن مع فترة طويلة

أنبوب حقن التدفق ، أو في فرن بوتقة صغير ، بالتزامن مع أنبوب الجرافيت. يمكن أيضًا استخدام وحدة PAL FI60R جنبًا إلى جنب مع واحدة من وحدات Pirotka الشائعة لإزالة الغازات مع فوهة دوارة.

الميزات والفوائد:

خزان سعة 10 جالون (38 لتر) يحمل ما يصل إلى 45 كجم تقريبًا من التدفق.

يساعد تصميم الختم المتقدم في الحفاظ على جفاف مادة التدفق.

يسمح التصميم الجديد والمحسّن لإمداد التدفق الدوراني بحقن تدفقات المسحوق والحبيبات على حد سواء.

يتم تركيب حاقن التدفق على إطار صلب بأربع عجلات ، مما يسهل النقل بسهولة بين أفران المصنع المختلفة.

إنه يحسن جودة المعدن المنصهر عن طريق إزالة الادراج والهيدروجين.

يقلل من كمية الخبث تشكيل

يقلل من ظهور رواسب أكسيد على جدران الفرن.

التطبيق:

أفران دفعة واحدة

موزعات دلو

أفران التوزيع

أفران الصهر

.2 SNIF P-140UHB محطة تكرير ثانوية على مرحلتين

تم تصميم وحدة تكرير الأفران الثانوية ثنائية الطور SNIF P-140UHB لتنظيف العناصر المعدنية المذابة والعناصر القلوية من المعدن المنصهر.

الجدول 2 - مواصفات التثبيت على مرحلتين لتكرير الفرن الثانوي SNIF P-140UHB

قيمة المؤشر قيمة الحجرة ، ر 1.76 القدرة المقدرة ، كيلوواط 45 الجهد الكهربائي ، V 380 عدد السخانات ، أجهزة الكمبيوتر 6 درجة الحرارة القصوى للوحدة ، ° C 800 درجة الحرارة القصوى للمعادن السائلة ، ° C 760 وحدة إنتاجية ، t / h 63،5 عدد الدوارات ، عدد أجهزة الكمبيوتر 2 استهلاك الغاز في الدوار (الأرجون) ، م 3/ ساعة 3-6-4-2 سرعة الدوار: الخمول ، دورة في الدقيقة. وضع التشغيل ، rpm150 455-480

يوفر نظام SNIF® SHEER P-60U ذو الدورين قدرة تكرير مستمرة اسمية قدرها 63،500 كجم في الساعة. يتكون النظام من فرن تكرير ، دواران SNIF دوارة ، أدوات تحكم عملية PLC أوتوماتيكية والتحكم في تسخين الفرن. لتحقيق الكفاءة المثلى ، ينقسم الفرن إلى غرفتي تكرير منفصلتين ، كل واحدة منها مزودة بدوار دوار مثبت على غطاء الفرن. تم تصميم كل غرفة بطريقة تضمن التشبع الكامل للذوبان بفقاعات غاز العمل ولتحقيق أقصى درجة من التكرير باستخدام فتحي الدوران. ينظم نظام الحواجز المتكامل تدفق المعدن ، مما يوفر تكريرًا فعالًا للألمنيوم المنصهر أثناء مروره عبر فرن التكرير. تتمثل أهم ميزة في التصميم في القدرة على الاستبدال السريع والسهل للبطانة الحرارية المقاومة لخرطوشة الفرن. عندما يكون استبدال فرن حراري ضروريًا ، تتم إزالة الخرطوشة القديمة واستبدالها بآخر جديد. يمكن استبدال الحرارة في يوم أو يومين ، ربما دون إزالة الغطاء الصلب من خط الصب. يمكن إعادة النظام إلى الخدمة بعد 30 ساعة من التسخين المسبق.

الشكل 5 - تركيب مرحلتين لتكرير الفرن الثانوي SNIF P-140UHB

تتكون بطانة الخرطوشة من صهر وعزل كثيف متعدد الطبقات. جميع الحراريات غير قابلة للبلل والحرارية. يتم تغليف الخرطوشة بالرقائق لمنع امتصاص الرطوبة أثناء التخزين ولتقليل ملامسة العزل أثناء التثبيت. توفر أقفال الهواء (الأقفال) على براءة اختراع للمداخل والمنافذ حرية حركة الألمنيوم المنصهر عبر الغرفة وتمنع تسلل الهواء ، مما يؤدي إلى تكوين خبث مفرط. تم تصميم منافذ الإدخال / الإخراج العميقة للأفران للتطبيقات التي تتطلب مستوى عالي من المعدن لبدء أنظمة التصفية اللاحقة. يمكن تثبيت الفرن على طول خط حركة المعدن ، في تكوين على شكل حرف U مع تغيير في اتجاه حركة المعدن إلى الاتجاه المعاكس وفي تكوين على شكل حرف L مع تغيير في اتجاه حركة المعدن بمقدار 90 درجة. تحتوي الأفران على آلية لرفع الغطاء الهيدروليكي قائمة بذاتها ترفع الجزء العلوي من الفرن لتوفير الوصول إلى كامل سطح حوض الاستحمام للتنظيف والصيانة. في الوضع المغلق ، يوفر غطاء الفرن إحكامًا ممتازًا للمحيط ، مما يمنع تسرب الهواء وتشكيل الخبث. يتوفر P-60U بنظامين مختلفين للتدفئة. تم تجهيز الوحدة بعناصر التسخين القابلة للإزالة المثبتة في كتلة الجرافيت. المزايا:

تحسين إزالة الهيدروجين.

إزالة الصغرى

غلة المعادن عالية.

خدمة حياة طويلة الدوار ؛

عالية الأداء

العيب:

عمر خدمة دوار محدود (لا يزيد عن 4 أشهر) ؛

تكاليف الغاز

ارتفاع الطلب على المعدن للاحمرار عند تغيير السبائك

استنتاج

في تفاعل سبيكة مع الغازات (H ، O 2، N) العيوب التالية ممكنة: مسامية الغاز ، قذائف الغاز ، الادراج غير المعدنية.

يمكن أن يتفاعل التفاعل مع الغاز من خلال التفاعلات الماصة للحرارة والحرارة. يتفاعل تفاعل الهيدروجين مع السبائك من خلال تفاعلات طاردة للحرارة أو مبطنة للحرارة. في هذه الحالة ، يتفاعل الهيدروجين عبر تفاعل ماص للحرارة. هذا يؤدي إلى تكوين محلول هيدروجين في السبائك ، وبعد ذلك أثناء التبلور ، يكون تشكيل مسامية الغاز أو قذائف الغاز ممكنًا.

مع الأكسجين ، تتفاعل جميع المعادن بواسطة تفاعل طارد للحرارة ، وتتشكل الأكاسيد. أكاسيد تشكل عيوب في المسبوكات في شكل أفلام أكسيد وجزيئات أكسيد.

العيوب المذكورة التي تم تشكيلها في عملية الصب تقلل بشكل كبير من الخصائص التشغيلية للجزء (الخواص الميكانيكية ، الضيق).

يمكن تجنب عيوب الصب هذه عن طريق: ذوبان المعدن في فراغ ، أو الذوبان تحت طبقة التدفق الواقية ، أو الانصهار في بيئة محايدة.

مصدر تشبع الهيدروجين في السبائك هو الرطوبة ، والتي يمكن أن تكون:

في الهواء

على سطح المصهر أو المصهر الجاف

على سطح الخليط

لمنع تشبع الهيدروجين من سبيكة ، وتستخدم التدابير التالية. نظرًا لأن الكمية الرئيسية من الهيدروجين أثناء عملية الصهر ، تستقبل السبيكة من الرطوبة الموجودة في الشحنة ، وأداة الصهر وجو الفرن. من الضروري تجفيف المواد المشحونة ، ومن الضروري أيضًا تجفيف أداة الصهر والفرن والبوتقة. لكي لا يتفاعل الصهر مع جو الفرن أثناء عملية الصهر ، يجب أن يتم الصهر تحت غطاء التمويه الواقي.

تعتبر المعالجة للذوبان عن طريق تطهير الغاز بمساعدة الدوار الدوار هو أكثر المنظور من حيث تشتيت مرحلة التكرير وتحسين القدرة على إزالة الهدروجين وغير المحتوية على المعادن من ذوبان الألمنيوم. إنهم يسعون جاهدين للحصول على أكبر عدد ممكن من الفقاعات الصغيرة وتوزيعها المتجانس في الذوبان مع الحمل الحراري العالي المتزامن في الحمام بأكمله ، والذي يتحقق باستخدام تصميمات دوار مختلفة.

بالمقارنة مع نفخ الذوبان بالغاز من خلال الأنابيب والأغشية المسامية ، فإن استخدام الدوارات له المزايا التالية:

تقسيم الغاز إلى فقاعات صغيرة جدا.

توزيع موحد للغاز في الذوبان ؛

خلط ذوبان كامل.

قائمة المصادر المستخدمة

1. كرديوموف ، إيه. إنتاج المسبوكات من السبائك المعدنية غير الحديدية / A.V. كورديوموف [وآخرون]. - M .: MISiS ، 1996.

ليفي ، إل. أساسيات نظرية العمليات المعدنية وسبائك ذوبان التكنولوجيا / L.I. ليفي. - م: الهندسة الميكانيكية ، 1970.

نيبومنياشي ، ف. ن. أساسيات إنتاج سبائك المعادن غير الحديدية / V.N. لا تتذكر. - كراسنويارسك: GACMiZ ، 2002.

صب الألوان: Handbook / N. M Galdin. - م: الهندسة الميكانيكية ، 1989.

سبائك الألومنيوم. ذوبان وسبائك سبائك الألومنيوم: كتاب مرجعي / V.I. Dobatkin. - م: علم المعادن ، 1983.

نابالكوف ، ف. الصب المستمر لسبائك الألومنيوم / V.I. Napalkov et al. - M: Intermet، 2005.

حسين ، ري. خواص سبائك الألمنيوم في الحالة السائلة والصلبة / Ri Hosen. - فلاديفوستوك: نعم ، 2002.

ذوبان وسبائك سبائك الألومنيوم: كتاب مرجعي / م. التمان [وآخرون]. - م: علم المعادن ، 1983.

الهيدروجين ، على عكس الغازات الأخرى ، لديه القدرة على الذوبان في الألمنيوم ، وفي ظل ظروف معينة ، تشكل مسام في المعدن اللحام. في ظل ظروف اللحام الحقيقية ، يكون الضغط الجزئي للهيدروجين الجزيئي في المرحلة الغازية للقوس ضئيلًا. لذلك ، فإن المصدر الرئيسي لإذابة الهيدروجين في حوض اللحام هو تفاعل التفاعل المباشر للرطوبة مع المعدن

نتيجة لهذا التفاعل ، فإن تركيز الهيدروجين الذري في سطح الطبقة الجوية الملامسة للمعدن يصل إلى قيم كبيرة ويمكن أن يتوافق مع قيم الضغط الهائلة للهيدروجين الجزيئي في التوازن مع المعدن. في هذا الصدد ، في التفاعل المباشر للرطوبة وبخار الماء مع المعدن ، يمكن أن يصل تركيز الهيدروجين المذاب فيه إلى قيم كبيرة. الهيدروجين المذاب في فلز سائل ، بسبب انخفاض الذوبان ، يميل إلى الانطلاق منه عند التبريد. فقاعات الهيدروجين المنبعثة ، التي لا تتاح لها الوقت لتخرج من الحمام ، تبقى في اللحام المعدني ، وتشكل المسام. لكي تنشأ الفقاعة وتوجد في فلز سائل ، من الضروري أن يكون ضغط الهيدروجين الموجود فيه أكبر من أو يساوي الضغط الخارجي الذي تمارسه الفقاعة. إذا أهملنا تأثير الضغط المعدني بسبب العمق الضحل لحوض اللحام ونظرنا في عملية اللحام عند ضغط خارجي طبيعي قدره 100 كيلو باسكال ، ثم لوجود فقاعة في المعدن المنصهر لحوض اللحام يجب الوفاء بالشروط التالية:

أين هو ضغط الهيدروجين الجزيئي في الفقاعة ؛ هو التوتر السطحي عند السطح البيني للغاز - r هو نصف قطر الفقاعة. في سبائك الألومنيوم الصناعية 1420 ، تكون جزيئات الأكسيد موجودة دائمًا لتكوين معلقات غير قابلة للذوبان. لذلك ، فإن تكوين فقاعات الهيدروجين التي تطورت في ظل ظروف اللحام بالألمنيوم عند الضغط الخارجي العادي () يصبح ممكنًا

التين. رقم 4 التغيير في ذوبان الهيدروجين في الألومنيوم اعتمادا على درجة الحرارة.

في عملية بلورة المعدن ، من المحتمل إعادة توزيع الهيدروجين بين المعدن المتبلور والسائل. يجب أن تساهم إعادة التوزيع هذه في زيادة تدريجية في تركيز الهيدروجين في الجزء غير المتبلور من الحمام وظهور الفقاعات في وقت يصبح أكبر. لذلك ، يمكن أن يختلف التركيز الأولي للهيدروجين المذاب في المعدن ، والذي تظهر عنده الفقاعات ، اختلافًا كبيرًا تبعًا لظروف التبلور وكتلة المعدن المتبلور. تُظهر التجربة المتراكمة في الوقت الحالي أنه في ظل ظروف اللحام بالألمنيوم ، نظرًا للسرعة العالية لحركة الواجهة الصخرية ، يمكن إهمال إعادة توزيع الهيدروجين بين المعدن الصلب والسائل أثناء التبلور ويمكن افتراض أن تركيز الهيدروجين في الحمام أثناء التبلور لا يتغير. تنخفض القيمة مع التبريد وتصل إلى الحد الأدنى لقيمة المعدن السائل عند درجة حرارة 660 درجة مئوية (0.69 سم ^ 3/100 جم من المعدن). تحدث نوى الفقاعات أثناء لحام الألومنيوم أثناء تبريد المعدن في أبرد أجزاء الحمام ، حيث تكون القيمة أكبر. نظرًا لارتفاع معدل نمو التشعبات ، يكون تعويم الفقاعات من الحمام أمرًا صعبًا ، كما أن تأثير ظروف التبلور ، والذي يختلف اختلافًا طفيفًا فقط مع تغير ظروف اللحام ، يؤثر على درجة مسامية اللحامات أثناء اللحام بالألمنيوم نسبيًا تفاعل ضعيف للألمنيوم وسبائكه مع الهيدروجين

الهيدروجين هو الغاز الوحيد الذي يذوب بشكل ملحوظ في الألومنيوم وسبائكه. القابلية للذوبان تختلف في درجة الحرارة والجذر التربيعي للضغط. كما هو مبين في الشكل ، فإن قابلية ذوبان الهيدروجين في الألمنيوم السائل أعلى بكثير من الألمنيوم الصلب: 0.65 و 0.034 مل / 100 غرام ، على التوالي. هذه القيم تختلف قليلا اعتمادا على التركيب الكيميائي للسبائك. عندما يكون تبريد وتصلب الألمنيوم المصهور ذو المحتوى الهيدروجيني أعلى بكثير من قابليته للذوبان في الحالة الصلبة ، يمكن إطلاقه (الهيدروجين) في شكل جزيئي ، مما سيؤدي إلى تكوين مسام أولية أو ثانوية.

مسامية الهيدروجين من الألومنيوم

يعتمد تكوين فقاعات الهيدروجين في الألومنيوم بدرجة كبيرة على معدل التبريد والتصلب ، وكذلك على وجود مراكز النواة لتطور الهيدروجين ، مثل الأكاسيد المحتجزة داخل الذوبان. لذلك ، يتطلب تشكيل المسامية وجود فائض كبير في محتوى الهيدروجين المذاب مقارنةً بذوبان الهيدروجين في الألومنيوم الصلب. في غياب مراكز النواة ، يتطلب تطور الهيدروجين تركيزًا مرتفعًا نسبيًا من الهيدروجين - حوالي 0.30 مل / 100 غرام ، وفي العديد من السبائك الصناعية ، لا يتم اكتشاف المسامية حتى مع وجود نسبة عالية من الهيدروجين بنسبة 0.15 مل / 100 جم.

الهيدروجين في سبائك الألومنيوم

يعتمد موقع الهيدروجين في الألومنيوم المتصلب على مستواه في الألومنيوم السائل والظروف التي حدث فيها تصلب. نظرًا لوجود مسامية الهيدروجين نتيجة لآليات النمو والنوى التي يتم التحكم فيها عن طريق الانتشار ، فإن انخفاض تركيز الهيدروجين وزيادة معدل التصلب يكون لهما تأثير كبير على نويات المسام ونموها. لهذا السبب ، تكون المسبوكات المصنوعة أكثر عرضة للعيوب المرتبطة بالهيدروجين من المسبوكات التي يتم تصنيعها ، على سبيل المثال.

مصادر الهيدروجين في الألومنيوم

يدخل الهيدروجين الألومنيوم من العديد من المصادر ، بما في ذلك جو الفرن ، ومواد الشحن ، والتدفقات ، وأدوات الصهر ، وردود الفعل بين الألومنيوم المصهور والعفن.

جو الفرن. إذا كان المصهر يعمل بالغاز الطبيعي أو ، على سبيل المثال ، زيت الوقود ، فمن الممكن الاحتراق غير الكامل للوقود بتكوين هيدروجين حر.

شحن المواد. قد تحتوي السبائك والخردة وعودة المسابك على أكاسيد ومنتجات تآكل ورمل ومخططات مسبك أخرى ، بالإضافة إلى مواد تشحيم تستخدم في التصنيع. كل هذه الملوثات هي مصادر محتملة للهيدروجين ، والتي تتشكل أثناء استعادة المواد العضوية أو التحلل الكيميائي لبخار الماء.

عوامل التدفق.  معظم التدفقات هي أملاح وكيف تكون جميع الأملاح رطبة ، أي أنها جاهزة لاستيعاب الماء بسرور. لذلك ، فإن التدفق الرطب يدخل حتما الهيدروجين في الذوبان ، الذي يتكون من التحلل الكيميائي للمياه.

ذوبان الأدوات.  يمكن أيضًا أن تكون أدوات الصهر مثل القمم والكاشطات والمجارف مصدرًا للهيدروجين ، إن لم تكن نظيفة. تعتبر أكاسيد وبقايا التدفق في هذه الأدوات من مصادر التلوث الصعبة بشكل خاص ، لأنها تمتص الرطوبة مباشرة من الهواء المحيط. تعتبر حراريات الفرن ، المزاريب وقنوات التوزيع ، ومدافع الجير والأسمنت ، مغارف أخذ العينات كلها مصادر محتملة للهيدروجين ، خاصة إذا لم يتم تجفيفها بشكل كافٍ.

التفاعل بين الألومنيوم السائل والعفن. إذا كان المعدن السائل يتدفق بشكل مضطرب أثناء ملء القالب ، فإنه يمكن أن يصيد الهواء إلى حجمه الداخلي. إذا تعذر على الهواء أو لم يكن لديه وقت للخروج قبل أن يبدأ التصلب ، فسيدخل الهيدروجين المعدن. يمكن أن تتسبب مغذيات القالب المصنوعة بشكل غير صحيح في حبس الهواء. مصدر آخر للهيدروجين هو الرمل الرطب بشكل مفرط.

تفاعل الألومنيوم مع الهيدروجين

ويعتقد أن الألومنيوم ، مثل معظم المعادن ، لا يتفاعل مباشرة مع الهيدروجين. عادة ما تشكل المعادن مركبات عن طريق فقدان الإلكترونات ، والتي يتم قبولها من قبل عناصر أخرى. يشكل الهيدروجين أيضًا مركبات ، أو يفقد الإلكترونات (أو يشارك الإلكترونات). لذلك ، عادة لا تقبل ذرات الهيدروجين الإلكترونات التي تتبرع بالمعادن لتشكيل مركبات. فقط بعض المعادن شديدة التفاعل ، مثل الصوديوم والبوتاسيوم والكالسيوم والمغنيسيوم يمكنها "إجبار" ذرات الهيدروجين على قبول إلكتروناتها لتشكيل مركبات أيونية صلبة تسمى هيدريدات هذه المعادن.

يتطلب التوليف المباشر لهيدريد الألومنيوم من الهيدروجين والألمنيوم ضغطًا مجنونًا يصل إلى حوالي 2،000،000،000 غلاف جوي ودرجة حرارة تزيد عن 800 كلفن. وفي الوقت نفسه ، يوجد مركب مثل هيدريد الألومنيوم. هيدريد الألومنيوم هو مركب غير مستقر يتحلل بسهولة عند درجات حرارة تزيد عن 100 درجة مئوية. لا يتم الحصول عليها مباشرة ، ولكن نتيجة لتفاعلات المركبات الأخرى.