Най-готината функция за научна фантастика и по принцип се очаква от всички нас в бъдеще - тя се напълва с вода в автомобилен резервоар и се отбива. Сега водородът се счита от доста време и на някои места се използва като екологично чист вид гориво. Но по-широката употреба на водородно гориво е възпрепятствана от редица нерешени проблеми днес, основните от които са съхранението и транспортирането.

И тук директното му производство в автомобил директно от водата би било най-готиният вариант.

Изглежда, че все повече се доближаваме до това ...

Група изследователи от изследователската лаборатория на армията на САЩ, провеждащи експерименти на полигона на Абърдийн близо до Мериленд, направиха случайно откритие. След като разляха вода върху пръчка от специална алуминиева сплав, чийто състав все още се пази в тайна, изследователите забелязаха процеса на бързо отделяне на водород, който веднага започна.

От училищен курс по химия, ако някой друг го помни, водородът е страничен продукт от реакцията между вода и алуминий. Обикновено тази реакция протича само при достатъчно висока температура или в присъствието на специални катализатори. И след това става доста „спокойно”, отнема около 50 часа, за да се напълни резервоара на водородна кола, а енергийната ефективност на този метод за производство на водород не надвишава 50 процента.

Всичко по-горе не е от значение за реакцията, в която е замесена нова алуминиева сплав. "Ефективността на тази реакция се доближава до 100 процента, а самата реакция се" ускорява "до максимална производителност за по-малко от три минути", заяви Скот Грендал, ръководител на изследователския екип.

Използването на система, която произвежда водород според нуждите, решава много проблеми. Водата и алуминиевата сплав лесно се транспортират от едно място до друго, като и двете вещества са инертни и стабилни сами по себе си. Второ, за да започне реакцията, не се изисква катализатор, нито първоначален импулс, реакцията започва да върви веднага след като водата влезе в контакт със сплавта.

Всичко по-горе не означава, че изследователите са открили панацея в областта на водородното гориво. В този случай все още има редица въпроси, които трябва да бъдат изяснени или изяснени. Първият въпрос е дали подобна схема за производство на водород извън лабораторията ще работи, защото има много примери, при които експерименталните технологии работят добре в лабораторни условия, но не успяват напълно при полеви изпитвания. Вторият въпрос е въпросът за сложността и цената на производството на алуминиева сплав, цената на оползотворяването на продуктите от реакцията, които ще станат фактори, определящи икономическата приложимост на нов метод за производство на водород.

В заключение трябва да се отбележи, че най-вероятно няма да отнеме толкова време, за да се изчистят споменатите по-горе проблеми. И едва след това ще бъде възможно да се направят изводи за по-нататъшната жизнеспособност на новия метод за производство на водородно гориво.

PS, Делориан в първата снимка за привличане на вниманието :-)

източници

Водородът е единственият газ, който се разтваря забележимо в алуминия и неговите сплави. Разтворимостта му варира пропорционално на температурата и квадратния корен на налягане. Както е показано на фигурата, разтворимостта на водород в течен алуминий е значително по-висока, отколкото в твърдия алуминий: съответно 0,65 и 0,034 ml / 100 g. Тези стойности леко варират в зависимост от химичния състав на сплавите. Когато охлаждането и втвърдяването на разтопен алуминий със съдържание на водород е значително по-високо от неговата разтворимост в твърдо състояние, той (водородът) може да се освободи в молекулярна форма, което ще доведе до образуването на първични или вторични пори.

Водородна порьозност на алуминия

Образуването на водородни мехурчета в алуминий силно зависи от скоростта на охлаждане и втвърдяване, както и от наличието на нуклеационни центрове за отделяне на водород, като оксиди, хванати в стопилката. Следователно, образуването на порьозност изисква значително излишък от съдържанието на разтворен водород в сравнение с разтворимостта на водорода в твърд алуминий. При липса на центрове за нуклеиране еволюцията на водород изисква сравнително висока концентрация на водород - около 0,30 ml / 100 g. В много индустриални сплави порьозността не се открива дори при такова доста високо съдържание на водород като 0,15 ml / 100 g.

Водород в алуминиевите отливки

Местоположението на водорода в втвърдения алуминий зависи от неговото ниво в течен алуминий и от условията, при които е станало втвърдяването. Тъй като наличието на водородна порьозност е резултат от механизмите на нуклеиране и растеж, които се контролират чрез дифузия, намаляването на концентрацията на водород и увеличаването на скоростта на втвърдяване имат огромен ефект върху зарождането и растежа на порите. По тази причина направените отливки са по-податливи на дефекти, свързани с водород, отколкото направените например отливки.

Източници на водород в алуминий

Водородът влиза в алуминия от много източници, включително атмосфера на пещта, материали за зареждане, флюси, плавилни инструменти и реакции между разтопен алуминий и плесен.

Атмосфера на пещта, Ако топилнята работи на природен газ или, да речем, на мазут, тогава е възможно непълно изгаряне на горивото с образуването на свободен водород.

Зареждане на материали, Блокове, скрап и връщане на леярна може да съдържат оксиди, продукти от корозия, пясък и други очертания на леярна, както и смазочни материали, които се използват при механична обработка. Всички тези замърсители са потенциални източници на водород, който се образува по време на възстановяването на органични вещества или химическото разлагане на водни пари.

Флуиращи агенти.   Повечето флюсове са соли и как всички соли са хигроскопични, тоест готови да „абсорбират“ водата с удоволствие. Следователно мокрият поток неизбежно въвежда водород в стопилката, която се образува при химическото разлагане на водата.

Топилни инструменти.   Топилните инструменти като върхове, стъргалки и лопати също могат да бъдат източник на водород, ако не се поддържат чисти. Оксидите и остатъците от флюс върху такива инструменти са особено трудни източници на замърсяване, тъй като те абсорбират влагата директно от околния въздух. Огнеупорите на пещта, улуците и каналите за разпределение, варовиките и циментовите разтвори, черпаците за вземане на проби са всички потенциални източници на водород, особено ако не са достатъчно изсушени.

Взаимодействието между течен алуминий и мухъл.   Ако по време на пълненето на формата течният метал тече прекомерно бурно, тогава той може да хване въздух във вътрешния си обем. Ако въздухът не може или няма време да излезе, преди да започне втвърдяването, тогава водородът ще навлезе в метала. Неправилно направените захранващи филъри също могат да причинят улавяне на въздух. Друг източник на водород са прекалено влажните пясъчни форми.

Реакцията на алуминия с водород

Смята се, че алуминият, както повечето метали, не реагира директно с водорода. Обикновено металите образуват съединения чрез загубата на електрони, които се приемат от други елементи. Водородът също образува съединения, губейки електрони (или споделящи електрони). Следователно обикновено водородните атоми не приемат електрони, които даряват метали за образуване на съединения. Само някои много реактивни метали като натрий, калий, калций и магнезий могат да „принудят“ водородните атоми да приемат своите електрони, за да образуват твърди йонни съединения, наречени хидриди на тези метали.

Директният синтез на алуминиев хидрид от водород и алуминий изисква лудо налягане от около 2 000 000 000 атмосфери и температура над 800 К. Междувременно съществува такова съединение като алуминиев хидрид. Алуминиевият хидрид е нестабилно съединение, което лесно се разлага при температури над 100 ° C. Не се получава директно, а в резултат на реакции на други съединения.

аЛУМИНИЕВИ

Алуминият е елемент със сериен номер 13, относителна атомна маса - 26.98154. Намира се в III период, III група, основната подгрупа. Електронна конфигурация: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 3d 0. Стабилното състояние на окисляване на алуминия е „+3“. Катионът, образуван в този случай, има обвивка от благороден газ, което допринася за неговата стабилност, но съотношението на заряд към радиус, тоест концентрацията на заряда, е достатъчно високо, което увеличава енергията на катиона. Тази особеност води до факта, че наред с йонните съединения, алуминият образува редица ковалентни съединения и неговият катион претърпява значителна хидролиза в разтвор.

Алуминият може да проявява валентност I само при температури над 1500 ° С. Известни са Al 2 O и AlCl.

По физическите си свойства алуминият е типичен метал с висока топло- и електрическа проводимост, отстъпващ само на среброто и медта. Йонизационният потенциал на алуминия не е много висок, така че може да се очаква голяма химическа активност от него, но той е значително намален поради факта, че металът се пасивира във въздуха поради образуването на силен оксиден филм на повърхността му. Ако металът се активира: а) механично отстранете филма, б) обединете (реагирайте с живак), в) използвайте прах, тогава такъв метал става толкова реактивен, че дори взаимодейства с влага и кислород, рухва се в съответствие с процеса:

4 (Al, Hg) + 30 2 + 6H20 \u003d 4Al (OH) 3 + (Hg)

Взаимодействие с прости вещества.

1. Прахообразният алуминий реагира при силно нагряване   с кислород.Тези условия са необходими поради пасивацията, а самата реакция на образуването на алуминиев оксид е силно екзотермична - 1676 kJ / mol топлина се отделя.

2. С хлор и бромреагира при стандартни условия, дори е в състояние да се запали в околната среда. Само не отговаря с флуор   защото алуминиевият флуорид, подобно на оксида, образува защитен солен филм върху металната повърхност. С йодреагира при нагряване и в присъствието на вода като катализатор.

3. Със сивореагира по време на сливането, като се получава алуминиев сулфиден състав Al 2 S3.

4. С фосфорът също реагира при нагряване до образуване на фосфид: AlP.

5. Директно с водородалуминият не взаимодейства.

6. С азотвзаимодейства при 800 о С, като дава алуминиев нитрид (AlN). Трябва да се каже, че алуминият изгаря във въздуха при такива температури, следователно, продуктите от горенето (като се вземе предвид състава на въздуха) са както оксид, така и нитрид.

7. С въглерод   алуминият взаимодейства при още по-висока температура: 2000 ° С. Алуминиевият карбид от състав Al 4 C 3 принадлежи към метанидите, той не съдържа C - C връзки и метан се отделя по време на хидролиза: Al 4 C 3 + 12H 2 O \u003d 4Al (OH ) 3 + 3CH 4

Взаимодействие със сложни вещества

1. С водаактивиран (лишен от защитен филм) алуминий активно взаимодейства с отделянето на водород: 2Al (акт.) + 6H20 \u003d 2Al (OH) 3 + 3H 2 Алуминиевият хидроксид се получава под формата на бял насипен прах, отсъствието на филм не пречи на реакцията до завършване.

2. Реакция с киселини:а) Алуминият активно взаимодейства с неокисляващи киселини в съответствие с уравнението: 2Al + 6H 3 O + + 6H 2 O \u003d 2 3+ + 3H 2,

б) С окислителните киселини взаимодействието става със следните характеристики. Концентрирана азотна и сярна киселина, както и много разреден алуминиев пасиват алуминий (бързото повърхностно окисляване води до образуването на оксиден филм) на студа. При нагряване филмът се разрушава и реакцията преминава, но от концентрирани киселини при нагряване се изолират само продукти от тяхното минимално намаляване: 2Al + 6H 2 SO 4 (конц) \u003d Al 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 6H 2 O Al + 6HNO 3 ( конц) \u003d Al (NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O С умерено разредена азотна киселина, в зависимост от реакционните условия, могат да се получат NO, N2O, N2, NH4 +.

3, Взаимодействие с основи.Алуминият е амфотеричен елемент (по химически свойства), защото има достатъчно голяма електроотрицателност за металите - 1,61. Следователно, той е доста лесно разтворим в алкални разтвори с образуването на хидроксокомплекси и водород. Съставът на хидроксокомплекса зависи от съотношението на реагентите: 2Al + 2NaOH + 6H 2 O \u003d 2Na + 3H 2 2Al + 6NaOH + 6H 2 O \u003d 2Na 3 + 3H 2 Съотношението на алуминий и водород се определя от електронния баланс на окислително-възстановителната реакция между тях и съотношението на реагентите не зависими.

4. Ниският йонизационен потенциал и високият афинитет към кислорода (висока стабилност на оксида) водят до факта, че алуминият активно взаимодейства с оксиди на много металивъзстановяването им. Реакциите протичат при първоначално нагряване с по-нататъшно отделяне на топлина, така че температурата се повишава до 1200 о - 3000 о С. Смес от 75% алуминиев прах и 25% (тегловно) Fe 3 O 4 се нарича "термит". Преди това реакцията на горене на тази смес се използва за заваряване на релси. Редукцията на метали от оксиди с използване на алуминий се нарича алуминотермия и се използва в промишлеността като метод за производство на метали като манган, хром, ванадий, волфрам и феросплави.

5. Със солеви разтвориалуминият взаимодейства по два различни начина. 1. Ако в резултат на хидролиза солевият разтвор има кисела или алкална среда, се отделя водород (с киселинни разтвори, реакцията протича само при значително нагряване, тъй като защитният оксиден филм се разтваря по-добре в алкали, отколкото в киселини). 2Al + 6KHSO 4 + (H20) \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. Алуминият може да измести металите от състава на солта, които са вдясно от линията на напрежение от него, т.е. всъщност ще се окисли от катионите на тези метали. Поради оксидния филм, тази реакция не се проявява винаги. Например, хлоридните аниони са в състояние да разрушат филма и реакцията 2Al + 3FeCl 2 \u003d 2AlCl 3 + 3Fe преминава и подобна реакция със сулфати при стайна температура няма да работи. С активен алуминий ще работи всяко взаимодействие, което не противоречи на общото правило.

Алуминиеви съединения.

1. Оксид (Al 2 O 3). Известни под формата на няколко модификации, повечето от които са много издръжливи и химически инертни. Модификацията на α-Al 2O 3 се осъществява естествено под формата на корунд минерал. В кристалната решетка на това съединение алуминиевите катиони понякога частично се заменят с катиони на други метали, което придава на минерала цвят. Добавка на Cr (III) придава червен цвят, такъв корунд вече е рубинен скъпоценен камък. Примесване на Ti (III) и Fe (III) дава син сапфир. Аморфната модификация е химически активна. Алуминиевият оксид е типичен амфотерен оксид, който взаимодейства както с киселини, така и с киселинни окиси и с алкали и основни оксиди, като алкалите са предпочитани. Продуктите на реакцията в разтвор и в твърда фаза по време на сливане се различават: Na2O + Al 2 O 3 \u003d 2NaAlO 2 (сливане) - натриев метаалуминат, 6NaOH + Al 2 O 3 \u003d 2Na 3 AlO 3 + 3H 2 O (сливане) - ортоалуминат натрий, Al2O3 + 3CrO3 \u003d Al2 (CrO4) 3 (сливане) - алуминиев хромат. В допълнение към оксиди и твърди основи, алуминият по време на легирането реагира със соли, образувани от летливи киселинни оксиди, измествайки ги от състава на солта: K 2 CO 3 + Al 2 O 3 \u003d 2KAlO 2 + CO 2 Реакции в разтвор: Al 2 O 3 + 6HCl \u003d 2 3+ + 6Cl 1- + 3H 2O Al 2 O 3 +2 NaOH + 3H 2 O \u003d 2 Na - натриев тетрахидроксоалуминат. Тетрахидроксоалуминатният анион всъщност е 1- тетрахидроксодиакванион, тъй като координатен номер 6 за алуминия е за предпочитане. С излишък от алкали се образува хексахидроксоалуминат: Al 2 O 3 + 6NaOH + 3H 2 O \u003d 2Na3. В допълнение към киселини и основи, могат да се очакват реакции с кисели соли: 6KHSO 4 + Al 2 O 3 \u003d 3K 2 SO 4 + Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2 O.

3. Алуминиеви хидроксиди, Известни са два алуминиеви хидроксида - метахидроксид -AlO (OH) и ортохидроксид -Al (OH) 3. И двамата не се разтварят във вода, но са и амфотерни, поради което се разтварят в разтвори на киселини и основи, както и в соли, които имат кисела или алкална среда в резултат на хидролиза. При сливането хидроксидите реагират подобно на оксида. Тъй като всички неразтворими основи, алуминиевите хидроксиди се разлагат при нагряване: 2Al (OH) 3 \u003d Al 2 O 3 + 3H 2 O. При разтваряне в алкални разтвори, алуминиевите хидроксиди не се разтварят във воден амоняк, така че могат да се утаят с амоняк от разтворима сол: Al (NO 3) 3 + 3NH 3 + 2H20 \u003d AlO (OH) ↓ + 3NH 4 NO 3, тази реакция произвежда точно метахидроксид. Трудно е да се утаи хидроксид с алкал, както получената утайка лесно се разтваря и общата реакция има формата: AlCl3 +4 NaOH \u003d Na + 3NaCl

4. Алуминиеви соли. Почти всички алуминиеви соли са силно разтворими във вода. Неразтворим AlPO 4 фосфат и AlF3 флуорид. защото алуминиевият катион има висока концентрация на заряд, неговият аквакомплекс придобива свойствата на катионната киселина: 3+ + Н 2 О \u003d Н 3 О + + 2+, т.е. алуминиевите соли са подложени на силна катионна хидролиза. В случай на соли на слаби киселини, поради взаимното усилване на хидролизата чрез катион и анион, хидролизата става необратима. Разтворът се разлага напълно от вода или не може да бъде получен чрез реакция на обмен на карбонат, сулфит, сулфид и алуминиев силикат: Al 2 S 3 + 6H 2 O \u003d 2Al (OH) 3 ↓ + 3H 2 S 2Al (NO 3) 3 + 3K 2 CO 3 + 3H20 \u003d 2Al (OH) 3 ↓ + 3CO 2 + 6KNO 3. При някои соли хидролизата става необратима при нагряване. Влажният алуминиев ацетат се разлага при нагряване съгласно уравнението: 2Al (OOCCH 3) 3 + 3H 2 O \u003d Al 2 O 3 + 6CH 3 COOH В случай на алуминиеви халиди разграждането на солта се улеснява от намаляване на разтворимостта на газообразни халогенидни халогениди при нагряване: AlCl 3 + 3H 2 O \u003d Al (OH) 3 ↓ + 3HCl. От алуминиевите халиди само флуорът е йонно съединение, останалите халиди са ковалентни съединения, точките им на топене са значително по-ниски от тези на флуорида, алуминиевият хлорид може да сублимира. При много високи температури единични алуминиеви халидни молекули с плоска триъгълна структура са разположени по двойки поради sp 2 хибридизация на атомните орбитали на централния атом. Основното състояние на тези съединения в изпаренията и в някои органични разтворители са димерите, например, Al2Cl6. Алуминиевите халиди са силни киселини на Люис, както имат свободна атомна орбитала. Следователно, разтварянето във вода става с отделянето на голямо количество топлина. Интересен клас алуминиеви съединения (както и други тривалентни метали) са стипца - 12-водни двойни сулфати M I M III (SO 4) 2, които при разтваряне, като всички двойни соли, дават смес от съответните катиони и аниони.

5. Сложни съединения.Помислете за алуминиевите хидроксокомплекси. Това са соли, в които сложната частица е анион. Всички соли са разтворими. Унищожава се при взаимодействие с киселини. В този случай силните киселини разтварят получения ортохидроксид, а слабите или съответните киселинни оксиди (H 2 S, CO 2, SO 2) го утаяват: K + 4HCl \u003d KCl + AlCl 3 + 4H 2 OK + CO 2 \u003d Al (OH) 3 ↓ + KHCO 3

Когато се калцинират, хидроксоалуминатите се превръщат в орто - или метаалуминати, губейки вода.

желязо

Елемент със сериен номер 26, с относителна атомна маса 55,847. Принадлежи към 3-фамилията от елементи, има електронна конфигурация: 3d 6 4s 2 и в периодичната система е в IV период, VIII група, странична подгрупа. В съединенията желязото има предимно окислителни състояния от +2 и +3. Йонът Fe 3+ има полунапълнена d-електронна обвивка, 3d 5, което му придава допълнителна стабилност. Окислителните състояния +4, +6, +8 са много по-трудни за постигане.

По физическите си свойства желязото е сребристо-бяло, лъскаво, сравнително меко, ковче, лесно се магнетизира и демагнетизира метал. Точка на топене 1539 о С. Има няколко алотропни модификации, различаващи се по типа на кристалната решетка.

  Свойства на просто вещество.

1. При изгаряне на въздух образува смесен оксид на Fe 3 O 4, а при взаимодействие с чист кислород - Fe 2 O 3. Праховото желязо е пирофорно - самозапалва се във въздуха.

2. Флуорът, хлорът и бромът лесно реагират с желязото, окислявайки го до Fe 3+. FeJ2 се образува с йод, тъй като тривалентният железен катион окислява йодидния анион и следователно съединението FeJ3 не съществува.

3. По подобна причина съединението Fe2S3 не съществува и взаимодействието на желязо и сяра в точката на топене на сярата води до съединението FeS. С излишък на сяра се получава пирито-желязо (II) дисулфид - FeS 2. Образуват се и нестехиометрични съединения.

4. Желязото реагира с други неметали с силно нагряване, образувайки твърди разтвори или металоподобни съединения. Може да се даде реакция при 500 ° С: 3Fe + C \u003d Fe 3 С. Това съединение от желязо и въглерод се нарича цементит.

5. С много метали желязото образува сплави.

6. На въздух със стайна температура желязото е покрито с оксиден филм, следователно не взаимодейства с вода. Взаимодействието със прегрята пара дава следните продукти: 3Fe + 4H 2 O (пара) \u003d Fe 3 O 4 + 4H 2. В присъствието на кислород желязото дори взаимодейства с влажността на въздуха: 4Fe + 300 2 + 6H20 \u003d 4Fe (OH) 3. Горното уравнение отразява процеса на ръжда, който е изложен на до 10% от метални изделия годишно.

7. Тъй като желязото е в серия стрес до водород, той лесно реагира с неокисляващи киселини, но само окислява до Fe 2+.

8. Концентрираната азотна и сярна киселина пасивира желязото, но при нагряване реакцията настъпва. Разредената азотна киселина също реагира при стайна температура. С всички окислителни киселини желязото дава соли на желязо (III) (според някои съобщения, образуването на железен (II) нитрат е възможно с разредена азотна киселина) и намалява HNO 3 (разлага се) до NO, N 2 O, N 2, NH 4 + в зависимост от условията, а HNO 3 (съгл.) - до NO 2 поради нагряването, което е необходимо за протичане на реакцията.

9. Желязото е в състояние да реагира с концентрирани (50%) основи при нагряване: Fe + 2KOH + 2H 2 O \u003d K 2 + H 2

10. Реагирайки с разтвори на соли на по-малко активни метали, желязото екструдира тези метали от солта, превръщайки се в двувалентен катион: CuCl 2 + Fe \u003d FeCl 2 + Cu.

Свойства на железните съединения.

Fe 2+   Съотношението на заряда към радиуса на този катион е близко до това на Mg 2+, следователно химичното поведение на оксид, хидроксид и черни соли е подобно на поведението на съответните магнезиеви съединения. Във воден разтвор ферият катион образува 2+ бледозелен аква комплекс. Този катион лесно се окислява дори директно в разтвор от атмосферен кислород. Разтворът на FeCl 2 съдържа сложни частици 0. Концентрацията на заряда на такъв катион е ниска, следователно хидролизата на солите е умерена.

1. FeO - основният оксид, черен, не се разтваря във вода. Лесно разтворим в киселини. При нагряване над 500 0 С непропорционално: 4FeO \u003d Fe + Fe 3 O 4. Тя може да бъде получена чрез внимателно калциниране на съответния хидроксид, карбонат и оксалат, докато термичното разлагане на други соли на Fe 2+ води до образуването на железен оксид: FeC 2 O 4 \u003d FeO + CO + CO 2, но 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 Железният оксид (II) може да действа като окислител, например при нагряване реакцията се получава: 3FeO + 2NH 3 \u003d 3Fe + N 2 + 3H20

2. Fe (OH) 2 - железен (II) хидроксид - неразтворима основа. Реагира с киселини. Киселинно-алкално взаимодействие и окисление до железно желязо се случват едновременно с окислителни киселини: 2Fe (OH) 2 + 4H 2 SO 4 (конц) \u003d Fe 2 (SO 4) 3 + SO 2 + 4H 2 O. Може да се получи чрез обмен реакции на разтворими соли. Това е бяло съединение, което първо става зелено на въздух поради взаимодействие с влагата на въздуха, а след това става кафяво поради окисляване с атмосферен кислород: 4Fe (OH) 2 + 2H 2 O + O 2 \u003d 4Fe (OH) 3.

3. Соли. Както вече споменахме, повечето Fe (II) соли бавно се окисляват на въздух или в разтвор. Най-устойчива на окисляване е Моровата сол - двоен сулфат на желязо (II) и амоний: (NH 4) 2 Fe (SO 4) 2. 6H 2 O. Катионът Fe 2+ лесно се окислява до Fe 3+, поради което повечето окисляващи агенти, по-специално окисляващи киселини агенти, окисляват железни соли. При изпичане на сулфид и железен дисулфид се получават железен (III) оксид и серен (IV) оксид: 4FeS 2 + 11O 2 \u003d 2Fe 2 O 3 + 8SO 2 Сулфидът на желязо (II) също се разтваря в силни киселини: FeS + 2HCl \u003d FeCl 2 + 2H2S Железен (II) карбонат е неразтворим, докато водородният карбонат се разтваря във вода.

Fe 3+По отношение на заряд към радиус този катион съответства на алуминиев катион ,   следователно, свойствата на железните (III) катионни съединения са подобни на съответните алуминиеви съединения.

Fe 2 O 3 - хематит, амфотерен оксид, в който преобладават основните свойства. Амфотеричността се проявява във възможността за легиране с твърди основи и карбонати на алкални метали: Fe 2 O 3 + 2NaOH \u003d H 2 O + 2NaFeO 2 - жълт или червен, Fe 2 O 3 + Na 2 CO 3 \u003d 2NaFeO 2 + CO 2. Фератите (II) се разлагат с вода с отделянето на Fe 2O3. nH 2 O.

Fe 3 O 4- магнетит, черно вещество, което може да се разглежда или като смесен оксид - FeO. Fe2O3, или като желязо (II) оксометаферат (III): Fe (FeO2) 2. При взаимодействие с киселини се получава смес от соли: Fe 3O 4 + 8HCl \u003d FeCl 2 + 2FeCl 3 + 4H 2 O.

Fe (OH) 3 или FeO (OH) е червеникаво-кафява желатинова утайка, амфотерн хидроксид. В допълнение към взаимодействията с киселини, той реагира с горещо концентриран алкален разтвор и се слепва с твърди алкали и карбонати: Fe (OH) 3 + 3KOH \u003d K3.

Сол.Повечето соли на желязото са разтворими. Подобно на алуминиевите соли, те претърпяват силна хидролиза чрез катион, който в присъствието на аниони на слаби и нестабилни или неразтворими киселини могат да станат необратими: 2FeCl 3 + 3Na 2 CO 3 + 3H 2 O \u003d 2Fe (OH) 3 + 3CO 2 + 6NaCl. При кипене на разтвор на железен (III) хлорид може да се направи и необратима хидролиза, тъй като разтворимостта на хлороводород като всеки газ при нагряване намалява и той напуска реакционната сфера: FeCl 3 + 3H 2 O \u003d Fe (OH) 3 + 3HCl (при нагряване).

Окислителната способност на този катион е много висока, особено по отношение на конверсията във Fe 2+: Fe 3+ + ē \u003d Fe 2+ φ o \u003d 0.77v. В резултат на което:

а) разтвори на соли на железно желязо окисляват всички метали до мед: 2Fe (NO 3) 3 + Cu \u003d 2Fe (NO 3) 2 + Cu (NO 3) 2,

б) обменните реакции със соли, съдържащи лесно окисляеми аниони, преминават едновременно с окисляването им: 2FeCl 3 + 2KJ \u003d FeCl 2 + J 2 + 2KCl 2FeCl 3 + 3Na 2 S \u003d 2FeS + S + 6NaCl

Подобно на други тривалентни катиони, желязото (III) е способно да образува алум - двойни сулфати с катиони на алкални метали или амоний, например: NH 4 Fe (SO 4) 2. 12H 2 O.

Сложни съединения.   И двата железни катиона са предразположени към образуването на анионни комплекси, особено на желязо (III). FeCl3 + KCl \u003d K, FeCl3 + Cl2 \u003d Cl + -. Последната реакция отразява ефекта на железен (III) хлорид като електрофилен катализатор на хлориране. Интерес представляват цианидни комплекси: 6KCN + FeSO 4 \u003d K 4 - калиев хексацианоферрат (II), жълта кръвна сол. 2K 4 + Cl 2 \u003d 2K 3 + 2KCl - калиев хексацианоферрат (III), червена кръвна сол. Комплексът от железно желязо дава синя утайка или разтвор с железна сол, в зависимост от съотношението на реагентите. Същата реакция възниква между червената кръвна сол и всяка желязна сол. В първия случай утайката се нарича пруско синьо, във втория - синьо турбуле. По-късно се оказа, че най-малкото разтворите имат същия състав: К - калиев желязо (II, III) хексацианоферрат. Описаните реакции са качествени за присъствието в разтвора на съответните железни катиони. Качествена реакция на наличието на железен катион е появата на кръвночервен цвят при взаимодействие с калиев тиоцианат (тиоцианат): 2FeCl 3 + 6KCNS \u003d 6KCl + Fe.

Fe +6, Окислителното състояние +6 за желязото е нестабилно. Възможно е да се получи само анионът FeO 4 2-, който съществува само при рН\u003e 7-9, но е силен окислител.

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

Fe (дървени стърготини) + H 2 O + KOH + KNO 3 \u003d K 2 FeO 4 + KNO 2 + H 2

2Fe (OH) 3 + 3Cl2 + 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 + 6H20 \u003d 4FeO (OH) ↓ + 8KOH + 3O 2

4BaFeO 4 (загряване) \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

Производство на желязо в промишлеността:

A) процес на домейн: Fe 2 O 3 + C \u003d 2FeO + CO

FeO + C \u003d Fe + CO

FeO + CO \u003d Fe + CO 2

Б) алуминотермия: Fe 2 O 3 + Al \u003d Al 2 O 3 + Fe

CHROME - елемент със сериен номер 24, с относителна атомна маса 51,996. Принадлежи към 3-фамилията от елементи, има електронна конфигурация от 3d 5 4s 1 и в периодичната система е в IV период, VI група, странична подгрупа. Възможни окислителни състояния: +1, +2, +3, +4, +5, +6. От тях най-стабилните са +2, +3, +6, а +3 има минимална енергия.

По физическите си свойства хромът е сиво-бял, лъскав, твърд метал с точка на топене 1890 ° С. Силата на кристалната му решетка се дължи на наличието на пет несдвоени d-електрони, способни на частично ковалентно свързване.

Химични свойства на обикновено вещество.

При ниски температури хромът е инертен поради наличието на оксиден филм, не взаимодейства с вода и въздух.

1. Той взаимодейства с кислорода при температури над 600 о С. В този случай се образува хромов оксид (III) - Cr 2O 3.

2. Взаимодействието с халогени става по различни начини: Cr + 2F 2 \u003d CrF 4 (при стайна температура), 2Cr + 3Cl 2 (Br 2) \u003d 2CrCl 3 (Br 3), Cr + J 2 \u003d CrJ 2 (със значително нагряване ). Трябва да се каже, че хром (III) йодид може да съществува и се получава чрез обменна реакция под формата на кристален CrJ3 хидрат. 9H 2 O, но термичната му стабилност е малка и при нагряване се разлага на CrJ 2 и J 2.

3. При температури над 120 ° С, хромът взаимодейства с разтопена сяра, давайки хром (II) сулфид - CrS (черен).

4. При температури над 1000 ° С, хромът реагира с азот и въглерод, давайки нестехиометрични, химически инертни съединения. Сред тях може да се отбележи карбидът с приблизителен CrC състав, който по твърдост се доближава до диаманта.

5. Хромът не реагира с водород.

6. Реакцията с водна пара протича по следния начин: 2Cr + 3H 2 O \u003d Cr 2 O 3 + 3H 2

7. Реакцията с неокисляващи киселини е сравнително лесна с образуването на 2+ аква комплекс от небесносин цвят, който е стабилен само при липса на въздух или във водородна атмосфера. В присъствието на кислород реакцията протича по различен начин: 4Cr + 12HCl + 300 2 \u003d 4CrCl 3 + 6H 2 O. Разредените киселини, наситени с кислород, дори пасиват хром поради образуването на силен оксиден филм на повърхността.

8. Киселинно-окислители: азотна киселина с всякаква концентрация, концентрирана сярна перхлорна киселина пасивира хром, така че след повърхностна обработка с тези киселини той вече не реагира с други киселини. Пасивирането се отстранява при нагряване. В този случай се получават хромови (III) соли и серен или азотен диоксид (от перхлорна киселина - хлорид). Пасивирането, дължащо се на образуването на солен филм, възниква по време на взаимодействието на хром с фосфорна киселина.

9. Хромът не реагира директно с алкала, но реагира с алкални стопи с добавяне на окислители: 2Cr + 2Na 2 CO 3 (g) + 3O 2 \u003d 2Na 2 CrO 4 + 2CO 2

10. Хромът е в състояние да реагира със солеви разтвори, измествайки по-малко активни метали (стоящи вдясно от него в редицата на напрежението) от състава на солта. В този случай самият хром се превръща в катион Cr2+.

Изобретението се отнася до химическата промишленост, по-специално до инсталация за производство на алуминиев хидроксид и водород. Инсталацията включва устройство за смесване на фино разделен алуминий и воден прах, реактор за химическо взаимодействие на вода с алуминий, придружен от отделянето на водородна съдържаща газова смес и образуването на продукти от алуминиево окисление, както и устройство за отстраняване на съдържаща водород газова смес и алуминиеви окислителни продукти. Реакторът за химическо взаимодействие на вода с алуминий е оборудван със смесително устройство и устройство за облъчване с ултразвуково суспензия, разположено вътре в реактора. Изобретението подобрява производителността на процеса. 1 болен.

Цифри към патента на Руската федерация 2350563

Изобретението се отнася до химическата промишленост, по-специално до устройство за производство на водород и алуминиев хидроксид в слаб разтвор на алкал от алуминиев метал чрез окисляване в ултразвуково поле.

Алуминиевите хидроксиди се използват в различни индустрии като адсорбенти, катализатори и др. Алуминиевите хидроксиди с висока чистота се използват в електронната и оптичната промишленост под формата на фин прах - като абразивни прахове, по-специално за твърди дискове или магнитни глави, както и за получаване на суровини за твърда керамика, синтетични рубини и сапфири за оптичната и електронната промишленост, за увеличаване на якостните характеристики на бетона при критична конструкция.

Изобретението се отнася по-специално до метод за получаване на алуминиеви хидроксиди с форма на бехмит. Методът позволява да се получи водород, който може да се използва за химическо производство, металургия, автономно снабдяване с енергия на базата на водород.

Основният метод за индустриално производство на алуминиеви хидроксиди е Байеровият процес, а последващото им изсушаване и калциниране води до получаването на алуминиеви оксиди (Химическа енциклопедия, изд. "Съветска енциклопедия", М., 1988, т.1, с.213-214).

Конвенционалните методи за получаване на алуминиеви хидроксиди не осигуряват висока чистота на продукта.

Известен метод за получаване на алуминиеви хидроксиди под формата на фин прах, който се състои в смесване на алуминиево съединение, прекурсор на алуминий и поне едно от съединенията, използвани като семенен материал за кристали на алуминиев хидроксид, последвано от калциниране в атмосфера, съдържаща хлороводород (EP No. 1262457, C01F 7/02, публикуван 04.12.2002 г.).

Този метод обаче не осигурява материал с необходимата чистота и желана структура. Освен това методът за получаване на хидроксиди под формата на гелове е неудобен с това, че изолацията му е трудна за филтриране и в допълнение, етапите на смилане или екструдиране са необходими за получаване на фини прахове.

Изглежда, че е по-удобно да се получават алуминиеви хидроксиди чрез взаимодействието на алуминиев метал с вода, но поради образуването на оксиден филм върху повърхността на алуминия, неговата активност бързо намалява. За да се предотврати това явление, се използват различни добавки.

И така, съществуват известни методи за производство на водород, които се състоят във взаимодействието на метали, включително алуминий с вода (US No. 3348919, 423-657, публикация 24.2.1967, US No. 3985866, 423-657, publ. 12.10.1976). В тези методи обаче, освен алуминий, се използват и други метали - алкални, алкалоземни метали или сплави (ЕР № 248960, С01В 3/086, публикация 16.12.1987 г.).

При други методи (US № 2958582, 423-627, публикация 01.10.1958, US No. 2958583, 423-627, публикация 01.10.1958) за получаване на алуминиеви хидроксиди и водород е необходимо да се използват допълнителни вещества, улесняващи взаимодействието на реагентите, например каталитични количества органични амини. Въвеждането на тези вещества прави невъзможно получаването на чист алуминиев хидроксид. Процесът на взаимодействие на алуминия или неговите съединения и водород се осъществява в съоръжение, което включва реактор с бъркалка, където се въвеждат изходните реагенти. Инсталацията включва топлообменник, сепаратор и филтър за разделяне на получената суспензия на алуминиеви хидроксиди с вода.

Известен (US No. 2758011, 423-627, публикация 07.08.1956) метод за производство на алуминиев оксид под формата на бехмит (-AlOOH), който се състои във взаимодействието, осъществявано в автоклав, който зарежда вода и алуминий под формата на фини частици. След това сместа се загрява до температура от 250-374 ° С 482-705 ° F, след което се започва разбъркване при същата температура под налягане, достатъчно за поддържане на водата в течната фаза. Процесът се провежда за време, достатъчно за взаимодействието на целия алуминий, в дадените примери това време е около 4 часа. След като целият алуминий реагира, разбъркването се спира, автоклавът с реакционната смес се охлажда и полученият алуминиев хидроксид се отделя. Инсталацията за провеждане на метода включва реактор с бъркалка, отвори за въвеждане на вода и прах от алуминий, отвор, кондензатор за приемане на пара и газ. Извършването на такъв метод в индустриален мащаб не е технологично усъвършенствано поради периодичния му режим; методът не ви позволява да променяте формата на получения продукт е алуминиев хидроксид.

Известен метод за получаване на водород, който се състои във факта, че съдържащите метали вещества взаимодействат с водата. Металосъдържащите вещества са покрити с водоразтворим полимерен филм, преди да бъдат подадени в реактора. Взаимодействието се осъществява във водна среда, чиито параметри съответстват на параметрите на нейното свръхкритично състояние, което дава възможност да се извърши процесът на пластово изгаряне на металосъдържащи вещества с отделянето на водород (RU № 2165388, СВВ 3/10, публикация 04.07.2000).

Прахообразният алуминий може да се използва като металосъдържащи вещества, а разтвор на полиетиленов оксид в диоксан или метилов алкохол може да се използва като водоразтворим полимерен филм. Налягането на свръхкритичното състояние на водната среда е повече от 22.12 MPa, а температурата е повече от 647.3 K (374 ° C). Методът позволява да се получи водородна смес от състава: 96.1 обемни% водород, 3.9 обемни% въглероден моноксид; и извършват регенерацията на суровината. Формата на получения алуминиев хидроксид обаче не е бехмит.

Известен е подобрен процес за получаване на алуминиев хидроксид с висока чистота под формата на хидраргилит, който включва етапите на: (а) въвеждане на твърд, не прахообразен алуминий, за предпочитане под формата на слитъци, в гореща вода при около 70 ° С за получаване на реакционна смес; (б) бъркане на тази смес за около 20 минути; (в) въвеждане на алкално твърдо вещество, за предпочитане натриев хидроксид, в сместа и загряване до точка на кипене; (d) понижаване на температурата до 75-80 ° C и разбъркване в продължение на 60 минути; д) понижаване на температурата до стайна температура; и (е) филтриране на сместа, което води до алуминиев хидроксид с висока чистота. Този метод използва допълнително вещество - натриев хидроксид, което допринася за образуването на примеси (US No. 5435986, C01F 7/02, publ. 25.07.1995).

Известен метод за получаване на хидроксиди или оксиди на алуминий и водород от алуминий и дестилирана вода, характеризиращ се с това, че от фино диспергиран алуминий с размер на частиците не повече от 20 μm се приготвя суспензия от прахообразен алуминий във вода в съотношение Al: H 2 O \u003d 1: 4-16 тегло.h ., който непрекъснато се подава в реактор за високо налягане, където суспензия от прахообразен алуминий се разпръсква с диаметър на капки не повече от 100 μm във вода при температура 220-900 ° С и налягане 20-40 МРа, съотношение суспензия към вода 1: 50-100 тегло. часа след излизането от върха При налягане газът се подава в кондензатора и водородът се отстранява от него, а алуминиевият хидроксид или алуминиевият оксид се прехвърля в шахтата на суспензията. В този случай се получава алуминиев хидроксид на бехмитна форма при температура 250-350 ° С, налягане 32-35 МРа със съотношение Al: H 2 O \u003d 1: 8-12 тегловни части (RU № 2223221, C01F 7/42, СВВ 3/10, публикация 02/10/2004).

От същия източник е известна инсталация за прилагане на метода, включваща смесител, реактор, резервоар за утаяване на суспензия, кондензатор. В същото време реакторът е апарат с високо налягане, оборудван с накрайник за разпръскване на суспензия от прахообразен алуминий във вода до диаметър на капки не повече от 100 μm. За да приложите метода, първо пригответе суспензия от прахообразен алуминий (размер на частиците до 20 микрона, за предпочитане до 5 микрона) във вода в съотношение Al: H2O \u003d 1: 4-16 тегло.h. Тази дисперсия се подава в реактора, където се напръсква във вода под налягане 20-40 МРа при температура 220-900 ° С. Необходимо е да се осигури фино разпръскване на суспензията - размерът на капчиците трябва да бъде не повече от 100 микрона, докато съотношението суспензия към вода е 1: 50-100 тегловни части, с непрекъснато отстраняване на водород и алуминиев хидроксид.

Това добре известно решение е взето като прототип.

От анализа на национални и чуждестранни публикации следва, че известните в момента методи не осигуряват пълнотата на окислението на алуминия с вода и са неефективни. В допълнение, тези методи използват предимно скъпи ултра фини алуминиеви прахове и активирани алуминиеви сплави. Използването на последния за производство на водород е безперспективно, тъй като това са енергоемки и неефективни методи.

Настоящото изобретение е насочено към решаване на техническия проблем за създаване на инсталация за непрекъснат процес, който позволява едновременно получаване на хидроксиди на водород и алуминий с висока чистота на крайния продукт с възможно най-ниска консумация на енергия.

Техническият резултат, постигнат в този случай, е повишаване на експлоатационната ефективност и производителност чрез осигуряване на производството на чисти водородни и алуминиеви окислителни продукти, като същевременно се поддържа безопасен температурен режим на технологичната смес и елиминира образуването на експлозивна смес от водород с кислород.

Посоченият технически резултат се постига от факта, че в инсталацията за производство на алуминиев хидроксид и водород, включваща устройство за смесване на фино разделен алуминий и воден прах, реактор за химическо взаимодействие на вода с алуминий, придружен от отделяне на газосъдържаща смес, съдържаща водород и образуване на продукти от окисляване на алуминий, както и устройство за отстраняване на водород съдържащ водород газова смес и алуминиеви окислителни продукти, реакторът за химическо взаимодействие на водата с алуминия е оборудван със смесително устройство m и устройство за ултразвуково облъчване на суспензията, разположена вътре в реактора.

Тези характеристики са значителни и са свързани помежду си с формирането на стабилен набор от основни характеристики, достатъчни за получаване на зададения технически резултат.

Настоящото изобретение е илюстрирано с конкретен пример, който обаче не е единственият възможен, но ясно показва възможността за постигане на горния набор от характеристики на желания технически резултат.

На чертежа - блок-схема на производството на алуминиев хидроксид и производство на водород.

В рамките на настоящото изобретение на чертежа е показана схема на производството на алуминиев хидроксид в реактор чрез ултразвуково активиране на алуминиев метален прах в слаб алкален разтвор в непрекъснат режим за непрекъснат метод за получаване на водороден и нанодисперсен алуминиев хидроксид в реактор чрез ултразвуково активиране на алуминиев метален прах в слаб алкален разтвор.

Инсталация за производство на алуминиев хидроксид и водород включва устройство за смесване на фино разделен алуминий и воден прах в предварително определено съотношение, от което тази смес се подава в реактор за химическо взаимодействие на вода с алуминий, придружена от отделяне на водород и образуване на продукти на алуминиево окисление. Реакторът за химическо взаимодействие на вода с алуминий е направен с ниско налягане с функция на смесване на въртенето на суспензията вътре в реактора и е оборудван с устройство за ултразвуково облъчване на суспензията вътре в реактора, когато се разбърква чрез въртене. Устройствата за отстраняване на водород-съдържащата газова смес и алуминиевите окислителни продукти образуват транспортните потоци на готовите продукти, получени в реактора.

Устройството за производство на алуминиев и водороден хидроксид включва платформа скала 1, реактор за разтворители 2, реактор 3, кондензатор 4, сушилна колона 5, избистрител 6, филтър 7 (или центрофуга), електрическа пещ 8 (сушилня) и топкова мелница 9, топлообменник 10. Реакторът 3 е оборудван със сензор за налягане, сензор за температура на разтвора в реактора, метален сензор в разтвора в реактора и смесително устройство.

Разтвор на електролита с дадена концентрация се приготвя в реактор на разтворител 2 чрез разтваряне на количеството твърда алкал, измерено чрез платформа на кантар 1 в дейонизирана вода. Приготвеният разтвор се подава в реактора, като в същото време в реактора се подава водно-алуминиева суспензия през дозиращата помпа, чиято смес се подлага на ултразвуково облъчване, за да се разруши оксидния филм от повърхността на алуминиевите частици и да започне окисляването му в реактор 3 с разбъркване, а температурата на електролита вътре в този реактор е 65-70 ° S. Продуктът, получен в резултат на химични реакции, нанодисперсен алуминиев хидроксид, се промива от електролита на филтър 7. Първият филтрат се връща в реактора 2 на разтворителя, за да се подготви нова част от електролитния разтвор. За да се намали натоварването на филтъра, лесно коагулираните утайки се отделят от супернатантата в избистрителя-прояснителя 6. Супернатантът се използва за приготвяне на електролитен разтвор в реактор 2. Вместо филтър 7, понякога е препоръчително да се използва центрофуга. Необходимото изсушаване и калциниране на продукта се извършва в електрическа пещ 8. Ако в резултат на топлинна обработка продуктът загуби своята течливост, той се смила в топкова мелница 9. Устройства 7, 8 и 9 могат да бъдат заменени със спрей сушилня.

Полученият водород преминава през кондензатор 4, за да отстрани водната пара, изсушаващата колона 5 и се изпраща в колектора. Парният кондензат се връща в реактора. 3. За загряване на водата, добавена в реактора, е осигурен топлообменник 10 във веригата.

При организиране на непрекъснатото производство на алуминиев хидроксид трябва да се подава вода в кожуха на реактора на разтворителя, за да се нагрее електролита до необходимата температура. За това се използва топлината, използвана в кожуха на реактора 3.

Разработената хардуерна и технологична схема за производство на алуминиев хидроксид може лесно да се монтира на базата на съществуващи електрохимични инсталации. Технологията за получаване на хидроксиди на водород и алуминий е, че от фино диспергиран алуминий с размер на частиците не повече от 20 µm се приготвя суспензия от прахообразен алуминий във вода, която непрекъснато се подава в реактора чрез устройство за ултразвуково облъчване. От горната част на реактора получената смес пара-водород се подава в кондензатор, в който се кондензира пара и водородът се подава към надлеза или консуматора чрез системата за сушене. Алуминиевият хидроксид се отстранява от дъното на реактора до избистрящо устройство. Технологията за получаване на водород и ултра фин алуминиев хидроксид се основава на химическа реакция, представена съгласно схемата.

Предпочитани индикатори.

1. Простота, надеждност и компактност на изпълнението в сравнение с аналозите.

2. Ниска консумация на енергия на 1 m 3 N и 2 kg ALOOH: ултразвук - 500 W · h, помпа - 500 W · h.

Новостта на метода се състои във факта, че при непрекъснато контролирано подаване на водна суспензия на алуминиев прах се осъществява нейното ултразвуково активиране, при което се осъществява химическото взаимодействие на водата с алуминия, придружено от отделянето на водород и образуването на продукти на алуминиево окисление (хидроксиди). По принцип използването на комбинация от влияещи фактори в разработения метод осигурява производството на чист водород, алуминиеви окислителни продукти, поддържане на безопасна температура на технологичната смес и елиминиране на образуването на експлозивна смес от водород с кислород.

Активирането на алуминия се осъществява по технологията на предварителна обработка на алуминиеви прахове, произведени от индустрията с ултразвук.

От резултатите от теоретичните изчисления и експерименталните проучвания следва, че при изгаряне на 1 kg алуминий във водна среда, заедно с топлинна енергия (17,1 MJ), се отделя голямо количество водород с висока чистота (1,165 nm 3) и се образуват повече от 2 kg нанокристални алуминиеви хидроксиди, на пазара цената на която е 50-400 долара за кг.

Това ви позволява да използвате този процес за производство на водород в автономни, високопроизводителни и енергийно ефективни газогенериращи устройства, включително малки по размер и автономни газозаваряващи устройства.

Когато генерираният водород се изгаря в термични и задвижващи системи, енергийният добив (30,57 MJ / kg) надвишава разходите за регенериране на първоначалното гориво от алуминиев оксид (26,3 MJ / kg). Енергията се осигурява по време на цялостната регенерация на изходните компоненти (алуминий и вода) без отделяне на токсични компоненти в атмосферата.

Специфичната цена на 1 MJ енергия при изгарянето на алуминия с последващата му регенерация чрез електролиза на алуминиев оксид е значително по-ниска в сравнение с изгарянето на бензини и хидроелектричеството.

Енергийният баланс на циклите на горене и регенерация осигурява печалба от около 16% от енергията поради изгарянето на освободения водород във вода от атмосферен кислород. По този начин, с пълната регенерация на изходните реагенти (алуминий и вода), е възможно автономно да се осигури топлинна енергия с цена 1 MJ - 0,0015 долара, което е икономически по-изгодно от изгарянето на въглеводородно гориво (0,007 долара).

Алуминиевите енергийни технологии могат да се използват в различни енергийни устройства, както и за производството на водород и високо чист високодисперсен алуминиев оксид, чиято пазарна стойност за 1 кг е от $ 150 до $ 400 с цената на изходния алуминий 1,5-2 $ за 1 кг.

По този начин, настоящото изобретение позволява съвместното производство на алуминиеви хидроксиди с дадена структура и водород при провеждане на метода в непрекъснат режим с предварително получаване на суспензия от прахообразен алуминий във вода. Полученият метод се характеризира с неотпадъци, технологичност и висока производителност, както и екологична безопасност.

РЕЗЮМЕ НА ИЗОБРЕТЕНИЕТО

Инсталация за производство на алуминиев хидроксид и водород, включваща устройство за смесване на фино разделен алуминий и воден прах, реактор за химическо взаимодействие на вода с алуминий, придружена от отделяне на газова смес, съдържаща водород и образуване на продукти от алуминиево окисление, както и устройство за отстраняване на съдържаща водород газова смес и продукти на окисляване на алуминий. фактът, че реакторът за химическо взаимодействие на вода с алуминий е оборудван със смесително устройство и ултразвуково устройство излъчване на суспензията, разположена вътре в реактора.

"Водородът се генерира само когато е необходимо, така че можете да го произвеждате точно толкова, колкото ви е необходимо", обясни Уудъл на симпозиума на университета, който описа подробностите на откритието. Тази технология може например да се използва заедно с малки двигатели с вътрешно горене в различни приложения - преносими аварийни генератори, косачки и триони. Теоретично може да се използва на автомобили и камиони.

Водородът се отделя спонтанно, когато водата се добавя към топките, направени от сплав алуминий и галий. „В същото време алуминият в твърда сплав реагира с вода, откъсвайки кислород от молекулите си“, коментира Woodall. Съответно, останалият водород се отделя в заобикалящото пространство.

Наличието на галий е от решаващо значение за преминаването на реакцията, тъй като предотвратява образуването на оксиден филм върху повърхността на алуминия по време на неговото окисляване. Такъв филм обикновено предотвратява по-нататъшното окисляване на алуминия, действайки като бариера. Ако образуването му бъде нарушено, реакцията ще продължи, докато целият алуминий се консумира.

Woodall открива този процес с течна алуминиево-галиева сплав през 1967 г., когато работи в полупроводниковата индустрия. „Почистих тигела, съдържащ сплав от галий и алуминий - казва той.„ Когато добавих вода там, се появи силен памук. След това се оттеглих в лабораторията и изучих няколко часа какво точно се е случило. "

„Галият е необходим компонент, тъй като се топи при ниска температура и разтваря алуминий, което дава възможност да се реагира с вода. - обяснява Уудъл. „Това беше неочаквано откритие, тъй като е добре известно, че твърдият алуминий не взаимодейства с водата.“

Крайните реакционни продукти са галий и алуминий. Изгарянето на водорода води до образуването на вода. "По този начин не се получават токсични емисии," казва Уудъл. Това е важно, тъй като сега този метал е много по-скъп от алуминия. Ако обаче този процес започне да се използва широко, добивната промишленост ще може да произвежда по-евтин нискокачествен галий. За сравнение, целият галий, който се използва в момента, е силно пречистен и се използва главно в полупроводниковата индустрия. "

Woodall казва, че тъй като водородът може да се използва вместо бензин в двигателите с вътрешно горене, е възможно да се използва техниката в автомобилния транспорт. Въпреки това, за да може технологията да се конкурира с бензина, е необходимо да се намалят разходите за намаляване на алуминия. „В момента цената на един килограм алуминий е повече от 1 долар и следователно не можете да получите количеството водород, еквивалентно на бензин, на цена от 3 долара за галон“, обяснява Уудъл.

Въпреки това, цената на алуминия може да бъде намалена, ако той се получава от оксид чрез електролиза, а електричеството за него ще отиде с или. В този случай алуминият може да се произвежда на място и няма нужда от прехвърляне на електричество, което намалява общите разходи. В допълнение, такива системи могат да бъдат разположени в отдалечени райони, което е особено важно при изграждането на атомни електроцентрали. Според Woodall този подход ще намали употребата на бензин, ще намали замърсяването и зависимостта от вноса на петрол.

"Ние го наричаме водородна енергия на основата на алуминий", казва Уудъл, "и няма да има трудности при преобразуването на двигателите с вътрешно горене във водород." Всичко, което е необходимо, е да заменят горивния си инжектор с водороден. "

Системата може да се използва и за захранване на горивните клетки. В този случай той вече може да се конкурира с бензиновите двигатели - дори при днешната висока цена на алуминия. "Ефективността на системите за горивни клетки е 75%, докато двигателят с вътрешно горене е 25%," казва Уудъл. "По този начин, веднага щом технологията е широко достъпна, нашата техника за възстановяване на водород ще стане икономически жизнеспособна."

Учените наблягат на стойността на алуминия за производство на енергия. „Повечето хора не знаят колко енергия се съдържа в него“, обяснява Уудъл. „Всеки килограм (450 грама) метал може да даде 2 кВт часа при изгаряне на освободения водород и същото количество енергия под формата на топлина. Така средностатистически автомобил с резервоар, напълнен с топки от алуминиева сплав (около 150 кг), ще може да измине около 600 км, а това ще струва 60 долара (предполага се, че след това ще се изхвърли алуминиевият оксид). За сравнение, ако наливам бензин в резервоара, ще получавам 6 кВт * часа от всеки паунд, което е 2,5 пъти повече енергия от килограм алуминий. С други думи, ще ми трябва 2,5 пъти повече алуминий, за да получа същото количество енергия. Важно е обаче да изключа напълно бензина и вместо това да използвам евтино вещество, което се предлага в САЩ. "