Cea mai tare caracteristică pentru ficțiunea științifică și, în principiu, așteptată de noi toți în viitor - este umplută cu apă într-un rezervor auto și a plecat. Acum hidrogenul este considerat de ceva timp și este folosit în unele locuri ca un tip de combustibil ecologic. Dar utilizarea mai largă a combustibilului cu hidrogen este împiedicată de o serie de probleme nerezolvate astăzi, dintre care principalele sunt stocarea și transportul.

Și aici, producția sa directă într-o mașină direct din apă ar fi cea mai tare opțiune.

Se pare că ne apropiem tot mai mult de acest ...

Un grup de cercetători de la Laboratorul de Cercetare al Armatei SUA, care efectuează experimente la Aberdeen Proving Ground lângă Maryland, a făcut o descoperire aleatorie. După ce au vărsat apă pe o bară dintr-un aliaj special de aluminiu, a cărei compoziție este încă păstrată secretă, cercetătorii au observat procesul de evoluție rapidă a hidrogenului care începuse imediat.

Dintr-un curs școlar de chimie, dacă altcineva își amintește, hidrogenul este un produs secundar al reacției dintre apă și aluminiu. Totuși, această reacție se desfășoară de obicei numai la o temperatură suficient de ridicată sau în prezența catalizatorilor speciali. Și apoi merge destul de „pe îndelete”, este nevoie de aproximativ 50 de ore pentru a umple rezervorul unei mașini cu hidrogen, iar eficiența energetică a acestei metode de producere a hidrogenului nu depășește 50%.

Toate cele de mai sus nu sunt relevante pentru reacția în care este implicat un nou aliaj de aluminiu. "Eficacitatea acestei reacții se apropie de 100%, iar reacția în sine" se accelerează "până la productivitate maximă în mai puțin de trei minute", a spus Scott Grendahl, șeful echipei de cercetare.

Utilizarea unui sistem care produce hidrogen la nevoie rezolvă o mulțime de probleme. Apa și aliajul de aluminiu sunt ușor transportate dintr-un loc în altul, ambele substanțe sunt inerte și stabile de la sine. În al doilea rând, pentru a începe reacția, nu este necesar un catalizator și nici un impuls inițial, reacția începe să treacă imediat ce apa intră în contact cu aliajul.

Toate cele de mai sus nu înseamnă că cercetătorii au găsit un panaceu în domeniul combustibilului cu hidrogen. În acest caz, există încă o serie de probleme care trebuie clarificate sau clarificate. Prima întrebare este dacă o astfel de schemă de producere a hidrogenului în afara laboratorului va funcționa, deoarece există multe exemple în care tehnologiile experimentale funcționează bine în condiții de laborator, dar nu reușesc complet în studiile de teren. A doua întrebare este problema complexității și a costului de producție a aliajului de aluminiu, costul utilizării produselor de reacție, care vor deveni factori care determină fezabilitatea economică a unei noi metode de producere a hidrogenului.

În concluzie, trebuie menționat că cel mai probabil nu va dura atât de mult timp pentru a clarifica problemele menționate mai sus. Și abia după aceea va fi posibil să tragem concluzii cu privire la viabilitatea suplimentară a noii metode de producere a combustibilului cu hidrogen.

PS. Delorian în prima poză pentru a atrage atenția :-)

surse

Hidrogenul este singurul gaz care se dizolvă vizibil în aluminiu și aliajele sale. Solubilitatea sa variază proporțional cu temperatura și rădăcina pătrată a presiunii. După cum se arată în figură, solubilitatea hidrogenului în aluminiu lichid este semnificativ mai mare decât în \u200b\u200baluminiu solid: 0,65 și respectiv 0,034 ml / 100 g. Aceste valori variază ușor în funcție de compoziția chimică a aliajelor. Când răcirea și solidificarea aluminiului topit cu un conținut de hidrogen este semnificativ mai mare decât solubilitatea sa în stare solidă, acesta (hidrogen) poate fi eliberat în formă moleculară, ceea ce va duce la formarea porilor primari sau secundari.

Porozitatea hidrogenului din aluminiu

Formarea bulelor de hidrogen în aluminiu depinde în mare măsură de rata de răcire și de solidificare, precum și de prezența centrelor de nucleare pentru evoluția hidrogenului, cum ar fi oxizii prinși în topitură. Prin urmare, formarea de porozitate necesită un exces semnificativ din conținutul de hidrogen dizolvat în comparație cu solubilitatea hidrogenului în aluminiu solid. În absența centrelor de nucleare, evoluția hidrogenului necesită o concentrație relativ ridicată de hidrogen - aproximativ 0,30 ml / 100 g. În multe aliaje industriale, porozitatea nu este detectată chiar și cu un conținut destul de ridicat de hidrogen ca 0,15 ml / 100 g.

Hidrogen în turnările din aluminiu

Locația hidrogenului în aluminiu întărit depinde de nivelul său de aluminiu lichid și de condițiile în care s-a produs întărirea. Întrucât prezența porozității hidrogenului este rezultatul mecanismelor de nucleare și creștere care sunt controlate prin difuzie, o scădere a concentrației de hidrogen și o creștere a vitezei de solidificare au un efect copleșitor asupra nucleării și creșterii porilor. Din acest motiv, piesele turnate sunt mai sensibile la defectele asociate cu hidrogenul decât turnările care se fac, de exemplu.

Surse de hidrogen în aluminiu

Hidrogenul intră în aluminiu din multe surse, inclusiv atmosfera cuptorului, materiale de încărcare, fluxuri, unelte de topire și reacții între aluminiul topit și matrița.

Atmosfera cuptorului. Dacă topitorul rulează cu gaz natural sau, să zicem, combustibil, atunci este posibilă o combustie incompletă a combustibilului cu formarea de hidrogen liber.

Materiale de încărcare. Lingourile, resturile și resturile de turnătorie pot conține oxizi, produse de coroziune, nisip și alte contururi de turnătorie, precum și lubrifianți care sunt folosiți la prelucrare. Toți acești poluanți sunt surse potențiale de hidrogen, care se formează în timpul restaurării substanțelor organice sau descompunerii chimice a vaporilor de apă.

Agenți de curgere.  Majoritatea fluxurilor sunt sărurile și modul în care toate sărurile sunt higroscopice, adică gata să „absoarbă” apa cu plăcere. Prin urmare, fluxul umed introduce inevitabil hidrogenul în topitură, care este format prin descompunerea chimică a apei.

Instrumente de topire.  Uneltele de topire precum vârfurile, răzuitoarele și lopatele pot fi, de asemenea, o sursă de hidrogen, dacă nu sunt păstrate curate. Oxizii și reziduurile de flux de pe astfel de unelte sunt în special surse complicate de contaminare, deoarece absorb umezeala direct din aerul din jur. Refractarele cuptorului, jgheaburile și canalele de distribuție, mortarele de var și de ciment, mănușele de prelevare sunt surse potențiale de hidrogen, mai ales dacă nu sunt suficient de uscate.

Interacțiunea dintre aluminiu lichid și matriță.  Dacă în timpul umplerii matriței, metalul lichid curge excesiv de turbulent, atunci poate capta aer în volumul său intern. Dacă aerul nu poate sau nu are timp să iasă înainte de începerea solidificării, atunci hidrogenul va intra în metal. De asemenea, alimentatoarele de mucegai realizate incorect pot provoca capcarea aerului. O altă sursă de hidrogen sunt formele excesive de umed.

Reacția aluminiului cu hidrogenul

Se crede că aluminiul, la fel ca majoritatea metalelor, nu reacționează direct cu hidrogenul. De obicei, metalele formează compuși prin pierderea electronilor, care sunt acceptate de alte elemente. Hidrogenul formează de asemenea compuși, pierzând electroni (sau împărțind electroni). Prin urmare, de obicei, atomii de hidrogen nu acceptă electroni care dau metale pentru a forma compuși. Doar unele metale foarte reactive, precum sodiu, potasiu, calciu și magneziu pot „forța” atomii de hidrogen să accepte electronii lor pentru a forma compuși ionici solizi numiți hidruri ale acestor metale.

Sinteza directă a hidrurii de aluminiu din hidrogen și aluminiu necesită o presiune nebună de aproximativ 2.000.000.000 atmosfere și o temperatură peste 800 K. Între timp, există un astfel de compus precum hidrura de aluminiu. Hidrura de aluminiu este un compus instabil care se descompune ușor la temperaturi peste 100 ° C. Nu este obținut direct, ci ca urmare a reacțiilor altor compuși.

ALUMINIU

Aluminiul este un element cu numărul de serie 13, masă atomică relativă - 26.98154. Este situat în perioada III, grupa III, principalul subgrup. Configurație electronică: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 3d 0. O stare de oxidare stabilă a aluminiului este „+3”. Cationul format în acest caz are o carcasă dintr-un gaz nobil, care contribuie la stabilitatea acestuia, dar raportul dintre sarcină și rază, adică concentrația de încărcare, este suficient de mare, ceea ce crește energia cationului. Această caracteristică duce la faptul că, împreună cu compușii ionici, aluminiul formează o serie de compuși covalenți, iar cationul său suferă o hidroliză semnificativă în soluție.

Aluminiul poate prezenta valența I numai la temperaturi peste 1500 ° C. Se cunosc Al2O și AlCl.

Prin proprietățile sale fizice, aluminiul este un metal tipic cu o conductivitate termică și electrică ridicată, în al doilea rând decât argintul și cuprul. Potențialul de ionizare al aluminiului nu este foarte mare, așa că s-ar putea aștepta o mare activitate chimică din partea acestuia, dar este redus semnificativ datorită faptului că metalul este pasivat în aer datorită formării unei pelicule de oxid puternic pe suprafața sa. Dacă metalul este activat: a) îndepărtați mecanic filmul, b) amalgamați (reacționați cu mercurul), c) folosiți o pulbere, atunci un astfel de metal devine atât de reactiv încât chiar interacționează cu umiditatea și oxigenul, prăbușindu-se în conformitate cu procedeul:

4 (Al, Hg) + 3O 2 + 6H2 O \u003d 4Al (OH) 3 + (Hg)

Interacțiunea cu substanțe simple.

1. Aluminiul pudrat reacționează cu încălzirea puternică   cu oxigen.Aceste condiții sunt necesare datorită pasivizării, iar reacția în sine a formării aluminei este extrem de exotermă - se eliberează 1676 kJ / mol de căldură.

2. Cu clor și bromreacționează în condiții standard, este chiar capabil să ia foc în mediul lor. Numai că nu răspunde cu fluor  deoarece fluorura de aluminiu, la fel ca oxidul, formează o peliculă protectoare cu sare pe suprafața metalului. Cu iodreacționează atunci când este încălzit și în prezența apei ca catalizator.

3. Cu grireacționează în timpul fuziunii, dând compoziție de sulfură de aluminiu Al 2 S 3.

4. Fosforul C reacționează de asemenea atunci când este încălzit pentru a forma fosfura: AlP.

5. Direct cu hidrogenaluminiu nu interacționează.

6. Cu azotinteracționează la 800 aproximativ cu, oferind azot de aluminiu (AlN). Trebuie spus că aluminiul arde în aer la aproximativ astfel de temperaturi, prin urmare, produsele de ardere (ținând cont de compoziția aerului) sunt atât oxid, cât și nitrură.

7. Cu carbon  aluminiul interacționează la o temperatură și mai ridicată: 2000 ° C. Carbură de aluminiu din compoziția Al 4 C 3 aparține metanidelor, nu conține legături C-C, iar metanul este eliberat în timpul hidrolizei: Al 4 C 3 + 12H 2 O \u003d 4Al (OH ) 3 + 3CH 4

Interacțiunea cu substanțele complexe

1. Cu apăaluminiul activat (lipsit de peliculă protectoare) aluminiu interacționează activ cu evoluția hidrogenului: 2Al (act.) + 6H 2 O \u003d 2Al (OH) 3 + 3H 2 Hidroxidul de aluminiu se obține sub forma unei pulberi albe libere, absența unei pelicule nu interferează cu reacția la finalizare.

2. Reacția cu acizii:a) Aluminiul interacționează activ cu acizii neoxidanți în conformitate cu ecuația: 2Al + 6H 3 O + + 6H 2 O \u003d 2 3+ + 3H 2,

b) Cu acizii oxidanți, interacțiunea are loc cu următoarele caracteristici. Acizii azotici și sulfuri concentrați, precum și acidul nitric foarte diluat pasivează aluminiu (oxidarea rapidă a suprafeței duce la formarea unei pelicule de oxid) la rece. La încălzire, filmul este rupt și reacția trece, dar numai produsele cu reducerea lor minimă sunt izolate de acizii concentrați atunci când sunt încălzite: 2Al + 6H2 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 Cu acid azotic diluat moderat, în funcție de condițiile de reacție, se pot obține NO, N2O, N2, NH4 +.

3. Interacțiunea cu alcalinele.Aluminiul este un element amfoteric (în proprietăți chimice), deoarece are o electronegativitate suficient de mare pentru metale - 1,61. Prin urmare, este destul de ușor solubil în soluții alcaline cu formarea de hidroxocomplexe și hidrogen. Compoziția hidroxocomplexului depinde de raportul reactivilor: 2Al + 2NaOH + 6H 2 O \u003d 2Na + 3H 2 2Al + 6NaOH + 6H 2 O \u003d 2Na 3 + 3H 2 Raportul dintre aluminiu și hidrogen este determinat de balanța electronică a reacției redox între ei și raportul reactivilor nu este dependent.

4. Potențialul redus de ionizare și afinitatea ridicată pentru oxigen (stabilitate ridicată a oxidului) conduc la faptul că aluminiul interacționează activ cu oxizi din multe metalerestaurarea lor. Reacțiile au loc în timpul încălzirii inițiale cu o evoluție suplimentară a căldurii, astfel încât temperatura să crească la 1200 ° - 3000 ° C. Un amestec de pulbere de aluminiu 75% și 25% (în greutate) Fe 3 O 4 este denumit „termită”. Anterior, reacția de ardere a acestui amestec a fost folosită pentru șinele de sudare. Reducerea metalelor din oxizi folosind aluminiu se numește aluminotermie și este utilizată în industrie ca metodă de producere a metalelor cum ar fi mangan, crom, vanadiu, tungsten și feroalele.

5. Cu soluții de sarealuminiu interacționează în două moduri diferite. 1. Dacă, ca urmare a hidrolizei, soluția de sare are un mediu acid sau alcalin, hidrogenul este eliberat (cu soluții acide, reacția se desfășoară numai cu încălzire semnificativă, deoarece pelicula protectoare cu oxid se dizolvă mai bine în alcalii decât în \u200b\u200bacizi). 2Al + 6KHSO 4 + (H2 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. Aluminiul poate deplasa metalele din compoziția sării, care se află la dreapta liniei de tensiune decât acesta, adică va fi de fapt oxidat de cationii acestor metale. Datorită filmului cu oxid, această reacție nu se produce întotdeauna. De exemplu, anionii de clor sunt capabili să spargă filmul, iar reacția 2Al + 3FeCl2 \u003d 2AlCl 3 + 3Fe trece și o reacție similară cu sulfații la temperatura camerei nu va funcționa. Cu aluminiul activat, orice interacțiune care nu contravine regulii generale va funcționa.

Compuși din aluminiu.

1. Oxid (Al2O3). Cunoscut sub formă de mai multe modificări, dintre care majoritatea sunt foarte durabile și inerte chimic. Modificarea α-Al 2 O 3 are loc în mod natural sub forma mineralului corundum. În rețeaua de cristal a acestui compus, cationii din aluminiu sunt uneori parțial înlocuiți de cationii altor metale, ceea ce conferă mineralului o culoare. Un amestec de Cr (III) dă o culoare roșie, un astfel de corundum este deja o bijuterie rubin. Un amestec de Ti (III) și Fe (III) dă safir albastru. Modificarea amorfă este activă chimic. Alumina este un oxid amfoteric tipic care reacționează atât cu acizii cât și cu oxizii de acid, precum și cu alcalii și oxizi bazici, fiind preferați alcalii. Produsele de reacție în soluție și în faza solidă în timpul fuziunii diferă: Na2O + Al2O3 \u003d 2NaAlO 2 (fuziune) - metaaluminat de sodiu, 6NaOH + Al2O3 \u003d 2Na 3 AlO 3 + 3H 2 O (fuziune) - ortoaluminat sodiu, Al2O3 + 3CrO 3 \u003d Al2 (CrO4) 3 (fuziune) - cromat de aluminiu. În plus față de oxizi și alcalii solizi, aluminiul în timpul alierii reacționează cu sărurile formate din oxizi de acid volatil, deplasându-i din compoziția sării: K 2 CO 3 + Al 2 O 3 \u003d 2KAlO 2 + CO 2 Reacții în soluție: 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 - tetrahidroxoaluminat de sodiu. Anionul tetrahidroxoaluminat este de fapt 1- tetrahidroxodiaquaanion, deoarece numărul de coordonare 6 pentru aluminiu este de preferat. Cu un exces de alcali, se formează hexahidroxoaluminat: Al2O3 + 6NaOH + 3H2O \u003d 2Na 3. În afară de acizi și alcaline, se pot aștepta reacții cu săruri acide: 6KHSO 4 + Al2O3 \u003d 3K 2 SO 4 + Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2 O.

3. Hidroxizi de aluminiu. Se cunosc două hidroxizi de aluminiu - metahidroxidul –AlO (OH) și ortohidroxidul - Al (OH) 3. Ambele nu se dizolvă în apă, dar sunt și amfoterice, de aceea se dizolvă în soluții de acizi și alcaline, precum și săruri care au un mediu acid sau alcalin ca urmare a hidrolizei. În fuziune, hidroxizii reacționează în mod similar cu oxidul. Ca toate bazele insolubile, hidroxizii de aluminiu se descompun la încălzire: 2Al (OH) 3 \u003d Al2O3 + 3H 2 O. Când sunt dizolvate în soluții alcaline, hidroxizii de aluminiu nu se dizolvă în amoniac apos, deci pot fi precipitați cu amoniac dintr-o sare solubilă: Al (NU 3) 3 + 3NH 3 + 2H 2 O \u003d AlO (OH) ↓ + 3NH 4 NO 3, această reacție produce metahidroxid. Este dificil să precipitați hidroxidul cu alcali, ca precipitatul rezultat se dizolvă cu ușurință, iar reacția totală are forma: AlCl 3 +4 NaOH \u003d Na + 3NaCl

4. Săruri de aluminiu. Aproape toate sărurile de aluminiu sunt foarte solubile în apă. Fosfat insolubil AlPO 4 și fluor AlF3. pentru că cationul din aluminiu are o concentrație de încărcare ridicată, acvomomplexul său capătă proprietățile acidului cationic: 3+ + H 2 O \u003d H 3 O + + 2+, adică. sărurile de aluminiu suferă o hidroliză puternică a cationilor. În cazul sărurilor acizilor slabi, datorită îmbunătățirii reciproce a hidrolizei prin cation și anion, hidroliza devine ireversibilă. Soluția este complet descompusă de apă sau nu poate fi obținută prin reacția de schimb de carbonat, sulfit, sulfurat și silicat de aluminiu: Al 2 S 3 + 6H 2 O \u003d 2Al (OH) 3 ↓ + 3H 2 S 2Al (NO 3) 3 + 3K 2 CO3 + 3H2O \u003d 2Al (OH) 3 ↓ + 3CO2 + 6KNO3. Pentru unele săruri, hidroliza devine ireversibilă atunci când este încălzită. Acetatul de aluminiu umed se descompune la încălzire conform ecuației: 2Al (OOCCH 3) 3 + 3H 2 O \u003d Al 2 O 3 + 6CH 3 COOH În cazul halogenelor de aluminiu, descompunerea sării este facilitată de o scădere a solubilității halogenurilor gazoase de hidrogen la încălzire: AlCl 3 + 3H 2 O \u003d Al (OH) 3 ↓ + 3HCl. Dintre halogenuri de aluminiu, numai fluorura este un compus ionic, restul halogenurilor sunt compuși covalenți, punctele lor de topire sunt semnificativ mai mici decât cele ale fluorurii, clorura de aluminiu poate sublima. La temperaturi foarte ridicate, moleculele cu o singură halogenă de aluminiu cu structură triunghiulară sunt localizate în perechi datorită hibridizării sp 2 a orbitelor atomice ale atomului central. Principala stare a acestor compuși în vapori și în anumiți solvenți organici sunt dimerii, de exemplu, Al2Cl6. Halogenurile de aluminiu sunt acizi Lewis puternici, ca au un orbital atomic vacant. Prin urmare, dizolvarea în apă are loc odată cu eliberarea unei cantități mari de căldură. O clasă interesantă de compuși din aluminiu (precum și alte metale trivalente) sunt aluminiul - sulfele duble de 12 ape M I M III (SO 4) 2, care, atunci când sunt dizolvate, ca toate sărurile duble, dau un amestec de cationii și anionii corespunzători.

5. Compuși complexi.Luați în considerare hidroxocomplexele de aluminiu. Acestea sunt săruri în care particula complexă este un anion. Toate sărurile sunt solubile. Distrus prin interacțiunea cu acizii. În acest caz, acizii puternici dizolvă ortohidroxidul rezultat, iar oxizii de acid slabi sau corespunzători (H 2 S, CO 2, SO 2) îl precipită: K + 4HCl \u003d KCl + AlCl 3 + 4H 2 OK + CO 2 \u003d Al (OH) 3 ↓ + KHCO 3

Când sunt calcinate, hidroxoaluminatele se transformă în orto - sau metaaluminate, pierzând apa.

fier

Element cu numărul de serie 26, cu o masă atomică relativă de 55.847. Aparține familiei 3d de elemente, are o configurație electronică: 3d 6 4s 2, iar în sistemul periodic se află în perioada IV, grupa VIII, subgrupul lateral. În compuși, fierul prezintă predominant stări de oxidare de +2 și +3. Ionul Fe 3+ are o carcasă de electroni d, umplută pe jumătate, 3d 5, ceea ce îi conferă stabilitate suplimentară. Stările de oxidare +4, +6, +8 sunt mult mai dificil de realizat.

Prin proprietățile sale fizice, fierul este alb-argintiu, lucios, relativ moale, maleabil, ușor de magnetizat și demagnetizat. Punctul de topire 1539 о С. are mai multe modificări alotrope, diferind în ceea ce privește tipul de grilă de cristal.

  Proprietățile unei substanțe simple.

1. Când arde în aer formează un oxid mixt de Fe 3 O 4 și când interacționează cu oxigen pur - Fe 2 O 3. Fierul sub formă de pulbere este piroforic - se autoaprinde în aer.

2. Fluorul, clorul și bromul reacționează ușor cu fierul, oxidându-l la Fe 3+. FeJ2 este format cu iod, deoarece cationul de fier trivalent oxidează anionul iodat și, prin urmare, compusul FeJ 3 nu există.

3. Pentru un motiv similar, compusul Fe 2 S 3 nu există, iar interacțiunea fierului și a sulfului în punctul de topire a sulfului duce la compusul FeS. Cu un exces de sulf, se obține pirit - fier (II) disulfură - FeS 2. Se formează, de asemenea, compuși nestoechiometrici.

4. Fierul reacționează cu alte nemetale cu încălzire puternică, formând soluții solide sau compuși asemănători metalelor. Se poate realiza o reacție la 500 ° C: 3Fe + C \u003d Fe 3 C. Acest compus de fier și carbon se numește cimentită.

5. Cu multe metale, fierul formează aliaje.

6. În aer, la temperatura camerei, fierul este acoperit cu o peliculă de oxid, prin urmare, nu interacționează cu apa. Interacțiunea cu aburul supraîncălzit oferă următoarele produse: 3Fe + 4H2 O (abur) \u003d Fe 3 O 4 + 4H 2. În prezența oxigenului, fierul interacționează chiar cu umiditatea aerului: 4Fe + 3O 2 + 6H2 O \u003d 4Fe (OH) 3. Ecuația de mai sus reflectă procesul de ruginire, care este expus până la 10% din produsele metalice pe an.

7. Deoarece fierul se află într-o serie de solicitări până la hidrogen, reacționează ușor cu acizii neoxidanți, dar se oxidează doar la Fe 2+.

8. Acizii azotici și sulfuri concentrați trec fierul, dar când este încălzit, reacția are loc. Acidul nitric diluat reacționează, de asemenea, la temperatura camerei. Cu toți acizii oxidanți, fierul dă săruri de fier (III) (conform unor rapoarte, formarea azotului de fier (II) este posibilă cu acid azotic diluat) și reduce HNO 3 (descompunere) la NU, N2, N2, NH 4 + în funcție de condiții și HNO 3 (în concordanță) - până la NU 2 datorită încălzirii, care este necesar pentru ca reacția să aibă loc.

9. Fierul este capabil să reacționeze cu alcaline concentrate (50%) atunci când este încălzit: Fe + 2KOH + 2H 2 O \u003d K 2 + H 2

10. Reacționând cu soluții de săruri ale unor metale mai puțin active, fierul extrude aceste metale din sare, transformându-se într-un cation divalent: CuCl 2 + Fe \u003d FeCl 2 + Cu.

Proprietățile compușilor de fier.

Fe 2+  Raportul încărcării la raza acestui cation este apropiat de cel al Mg 2+, prin urmare, comportamentul chimic al oxidului, hidroxidului și sărurilor feroase este similar cu comportamentul compușilor de magneziu corespunzători. Într-o soluție apoasă, cationul feros formează un complex acvatic 2+ verde pal. Acest cation este oxidat cu ușurință chiar direct în soluție de oxigenul atmosferic. Soluția FeCl 2 conține particule complexe 0. Concentrația de încărcare a unui astfel de cation este scăzută, prin urmare, hidroliza sărurilor este moderată.

1. FeO - oxidul principal, negru, nu se dizolvă în apă. Ușor solubil în acizi. Când este încălzit peste 500 0 С disproporționate: 4FeO \u003d Fe + Fe 3 O 4. Poate fi obținut prin calcinarea cu atenție a hidroxidului, carbonatului și oxalatului corespunzător, în timp ce descompunerea termică a altor săruri de Fe 2+ duce la formarea oxidului feric: FeC2O4 \u003d FeO + CO + CO 2, dar 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 Oxidul de fier (II) poate acționa ca agent oxidant, de exemplu, atunci când este încălzit, reacția are loc: 3FeO + 2NH 3 \u003d 3Fe + N 2 + 3H2O

2. Fe (OH) 2 - hidroxid de fier (II) - bază insolubilă. Reacționează cu acizii. Interacțiunea acid-bază și oxidarea la fierul feric apar simultan cu acizii oxidanti: 2Fe (OH) 2 + 4H 2 SO 4 (conc) \u003d Fe 2 (SO 4) 3 + SO 2 + 4H 2 O. Se pot obține prin schimb reacții de sare solubile. Acesta este un compus alb care devine mai întâi verde în aer datorită interacțiunii cu umiditatea aerului, apoi devine maro din cauza oxidării prin oxigenul atmosferic: 4Fe (OH) 2 + 2H 2 O + O 2 \u003d 4Fe (OH) 3.

3. Săruri. După cum am menționat deja, majoritatea sărurilor Fe (II) sunt oxidate lent în aer sau în soluție. Cea mai rezistentă la oxidare este sarea Mohr - sulfat dublu de fier (II) și amoniu: (NH 4) 2 Fe (SO 4) 2. 6H 2 O. Cationul Fe 2+ se oxidează cu ușurință la Fe 3+, prin urmare, majoritatea agenților de oxidare, în special agenți de oxidare a acidului, oxidează sărurile feroase. La arderea sulfurii și a disulfurii de fier, se obțin oxid de fier (III) și oxid de sulf (IV): 4FeS 2 + 11O 2 \u003d 2Fe 2 O 3 + 8SO2 Fier (II) sulfură se dizolvă și în acizi puternici: FeS + 2HCl \u003d FeCl 2 + 2H 2 S Carbonatul de fier (II) este insolubil, în timp ce hidrogenatul carbonat se dizolvă în apă.

Fe 3+În raport cu încărcarea la rază acest cation corespunde unui cation din aluminiu ,   prin urmare, proprietățile compușilor cationici ai fierului (III) sunt similare cu compușii corespunzători din aluminiu.

Fe 2 O 3 - hematit, oxid amfoteric, în care predomină principalele proprietăți. Amfotericitatea se manifestă în posibilitatea de aliere cu alcalizi solizi și carbonați de metale alcaline: Fe 2 O 3 + 2NaOH \u003d H 2 O + 2NaFeO 2 - galben sau roșu, Fe 2 O 3 + Na 2 CO 3 \u003d 2NaFeO 2 + CO 2. Ferratele (II) sunt descompuse de apă odată cu eliberarea de Fe 2 O 3. nH2 O.

Fe 3 O 4- magnetita, o substanta neagra care poate fi considerata fie ca un oxid mixt - FeO. Fe2O3, sau sub formă de oxometaferrat de fier (II) (III): Fe (FeO2) 2. Când interacționați cu acizii, se obține un amestec de săruri: Fe 3 O 4 + 8HCl \u003d FeCl 2 + 2FeCl 3 + 4H 2 O.

Fe (OH) 3 sau FeO (OH) este un precipitat gelatinos brun-roșiatic, hidroxid de amfoteric. În plus față de interacțiunile cu acizii, reacționează cu o soluție alcalină concentrată la cald și este contopită cu alcaline solide și carbonați: Fe (OH) 3 + 3KOH \u003d K3.

Sare.Majoritatea sărurilor din fierul feric sunt solubile. La fel ca sărurile de aluminiu, ele suferă hidroliză puternică prin cation, care în prezența anionilor acizilor slabi și instabili sau insolubili pot deveni ireversibili: 2FeCl 3 + 3Na 2 CO 3 + 3H 2 O \u003d 2Fe (OH) 3 + 3CO 2 + 6NaCl. Când se fierbe o soluție de clorură de fier (III), hidroliza poate fi, de asemenea, ireversibilă, deoarece solubilitatea clorurii de hidrogen ca orice gaz atunci când este încălzit scade și iese din sfera de reacție: FeCl 3 + 3H 2 O \u003d Fe (OH) 3 + 3HCl (când este încălzit).

Capacitatea de oxidare a acestui cation este foarte mare, în special în ceea ce privește conversia în Fe 2+: Fe 3+ + ē \u003d Fe 2+ φ o \u003d 0,77v. Drept urmare:

a) soluții de săruri de fier feric oxidează toate metalele până la cupru: 2Fe (NO 3) 3 + Cu \u003d 2Fe (NO 3) 2 + Cu (NO 3) 2,

b) reacțiile de schimb cu sărurile care conțin anioni ușor oxidabili apar simultan cu oxidarea lor: 2FeCl 3 + 2KJ \u003d FeCl 2 + J 2 + 2KCl 2FeCl 3 + 3Na 2 S \u003d 2FeS + S + 6NaCl

Ca și alți cationi trivalenți, fierul (III) este capabil să formeze sulfați de alumină dublă cu cationi de metale alcaline sau amoniu, de exemplu: NH 4 Fe (SO 4) 2. 12H 2 O.

Compuși complexi.  Ambii cationi de fier sunt predispuși la formarea complexelor anionice, în special a fierului (III). FeCl 3 + KCl \u003d K, FeCl 3 + Cl2 \u003d Cl + -. Această din urmă reacție reflectă efectul clorurii de fier (III) ca un catalizator electrofil de clorură. De interes sunt complexele de cianuri: 6KCN + FeSO 4 \u003d K 4 - hexacianoferrat de potasiu (II), sare galbenă de sânge. 2K 4 + Cl 2 \u003d 2K 3 + 2KCl - hexacianoferrat de potasiu (III), sare roșie de sânge. Complexul de fier feros oferă un precipitat sau o soluție albastră cu o sare ferică, în funcție de raportul dintre reactanți. Aceeași reacție are loc între sarea roșie din sânge și orice sare feroasă. În primul caz, precipitatul a fost numit albastru prusac, în al doilea - albastru turnbule. Ulterior, s-a dovedit că, cel puțin, soluțiile au aceeași compoziție: K - hexacianoferrat de fier de potasiu (II, III). Reacțiile descrise sunt calitative pentru prezența în soluția cationilor de fier corespunzători. O reacție calitativă la prezența cationului feric este apariția unei culori roșii din sânge atunci când interacționează cu tiocianatul de potasiu (tiocianat): 2FeCl 3 + 6KCNS \u003d 6KCl + Fe.

Fe +6. Starea de oxidare +6 pentru fier este instabilă. Este posibil să se obțină numai anionul FeO 4 2-, care există doar la pH\u003e 7-9, dar este un agent oxidant puternic.

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

Fe (rumeguș) + H2 O + KOH + KNO 3 \u003d K 2 FeO 4 + KNO 2 + H 2

2Fe (OH) 3 + 3Cl 2 + 10KOH \u003d 2K2 FeO 4 + 6KCl + 6H 2 O

Fe2O3 + KClO3 + 4KOH \u003d 2K2 FeO4 + KCl + 2H2O

4K2 FeO 4 + 6H 2 O \u003d 4FeO (OH) ↓ + 8KOH + 3O 2

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

2K2 FeO 4 + 2CrCl 3 + 2HCl \u003d FeCl 3 + K 2 Cr 2 O 7 + 2KCl + H 2 O

Producția de fier în industrie:

A) proces de domeniu: Fe 2 O 3 + C \u003d 2FeO + CO

FeO + C \u003d Fe + CO

FeO + CO \u003d Fe + CO 2

B) aluminotermie: Fe 2 O 3 + Al \u003d Al 2 O 3 + Fe

CHROME - un element cu numărul de serie 24, cu o masă atomică relativă de 51,996. Aparține familiei 3d de elemente, are o configurație electronică de 3d 5 4s 1, iar în sistemul periodic se află în perioada IV, grupa VI, subgrupul lateral. Posibile stări de oxidare: +1, +2, +3, +4, +5, +6. Dintre acestea, cele mai stabile sunt +2, +3, +6 și +3 are energia minimă.

Prin proprietățile sale fizice, cromul este un metal dur alb-cenușiu, strălucitor, cu un punct de topire de 1890 ° C. Rezistența rețelelor sale de cristal se datorează prezenței a cinci electroni d neperecheți capabili de legare covalentă parțială.

Proprietățile chimice ale unei substanțe simple.

La temperaturi scăzute, cromul este inert datorită prezenței unei pelicule de oxid, nu interacționează cu apa și aerul.

1. Interacționează cu oxigenul la temperaturi peste 600 aproximativ C. În acest caz, se formează oxid de crom (III) - Cr2O3.

2. Interacțiunea cu halogenii are loc în diferite moduri: Cr + 2F 2 \u003d CrF 4 (la temperatura camerei), 2Cr + 3Cl 2 (Br 2) \u003d 2CrCl 3 (Br 3), Cr + J 2 \u003d CrJ 2 (cu încălzire semnificativă ). Trebuie spus că iodura de crom (III) poate exista și se obține prin reacția de schimb sub formă de hidrat CrJ3 cristalin. 9H2 O, dar stabilitatea sa termică este mică, iar atunci când este încălzit, se descompune în CrJ2 și J2.

3. La temperaturi peste 120 ° C, cromul interacționează cu sulful topit, dând sulfură de crom (II) - CrS (negru).

4. La temperaturi peste 1000 ° C, cromul reacționează cu azotul și carbonul, obținând compuși inerte chimice nestoichiometrice. Printre ele se poate remarca carburul cu o compoziție aproximativă de CrC, care în duritate se apropie de diamant.

5. Cromul nu reacționează cu hidrogenul.

6. Reacția cu vaporii de apă se desfășoară după cum urmează: 2Cr + 3H 2 O \u003d Cr 2 O 3 + 3H 2

7. Reacția cu acizii neoxidanți este destul de ușoară, cu formarea unui complex 2+ aqua de culoare albastru-cer, care este stabilă numai în absența aerului sau într-o atmosferă de hidrogen. În prezența oxigenului, reacția se desfășoară diferit: 4Cr + 12HCl + 3O 2 \u003d 4CrCl 3 + 6H 2 O. Acizii diluați saturați cu oxigen chiar pasivează crom, datorită formării unei pelicule de oxid puternic la suprafață.

8. Agenți oxidanți cu acizi: acid azotic de orice concentrație, acidul percloric sulfuric concentrat pasivează cromul astfel încât după tratamentul de suprafață cu acești acizi să nu mai reacționeze cu alți acizi. Pasivarea este îndepărtată atunci când este încălzită. În acest caz, se obțin săruri de crom (III) și sulf sau dioxid de azot (din acid clorhidric - clorură). Pasivitatea datorată formării unei pelicule de sare are loc în timpul interacțiunii cromului cu acidul fosforic.

9. Cromul nu reacționează direct cu alcali, dar reacționează cu topirea alcalină prin adăugarea de agenți de oxidare: 2Cr + 2Na 2 CO 3 (g) + 3O 2 \u003d 2Na 2 CrO 4 + 2CO 2

10. Cromul este capabil să reacționeze cu soluții de sare, deplasând metale mai puțin active (stând în dreapta acestuia în rândul de tensiune) din compoziția sării. În acest caz, cromul în sine se transformă într-un cation Cr2+.

Invenția se referă la industria chimică, în special la o fabrică pentru producerea hidroxidului de aluminiu și a hidrogenului. Instalația include un dispozitiv de amestecare a aluminiului și a prafului de apă fin divizate, un reactor pentru interacțiunea chimică a apei cu aluminiul, însoțit de evoluția unui amestec de gaz care conține hidrogen și formarea de produse de oxidare a aluminiului, precum și un dispozitiv pentru îndepărtarea amestecului de gaz conținând hidrogen și produse de oxidare a aluminiului. Reactorul pentru interacțiunea chimică a apei cu aluminiul este echipat cu un dispozitiv de amestecare și un dispozitiv de iradiere cu suspensie ultrasonică situat în interiorul reactorului. Invenția îmbunătățește productivitatea procesului. 1 bolnav.

Cifre la brevetul Federației Ruse 2350563

Invenția se referă la industria chimică, în special, la un dispozitiv pentru producerea hidrogenului și hidroxidului de aluminiu într-o soluție slabă de alcali din aluminiu metal prin oxidare într-un câmp ultrasonic.

Hidroxizii de aluminiu sunt folosiți în diverse industrii ca adsorbanți, catalizatori etc. Hidroxizii de aluminiu de înaltă puritate sunt folosiți în industria electronică și optică sub formă de pulbere fină - sub formă de pulberi abrazive, în special pentru discuri dure sau capete magnetice, precum și pentru obținerea de materii prime pentru ceramică, rubine sintetice și safire pentru industria optică și electronică, pentru a crește caracteristicile de rezistență ale betonului în construcții critice.

Invenția se referă, în special, la o metodă de producere a hidroxizilor de aluminiu sub formă de boemită. Metoda permite obținerea hidrogenului, care poate fi utilizat pentru producția chimică, metalurgie, furnizarea autonomă de energie pe bază de hidrogen.

Principala metodă pentru producția industrială de hidroxizi de aluminiu este procedeul Bayer, iar uscarea și calcinarea lor ulterioară duc la producerea de oxizi de aluminiu (Chemical Encyclopedia, ed. "Soviet Encyclopedia", M., 1988, v.1, s.213-214).

Cu toate acestea, metodele convenționale pentru producerea hidroxizilor de aluminiu nu oferă puritate ridicată a produsului.

O metodă cunoscută de producere a hidroxizilor de aluminiu sub formă de pulbere fină, care constă în amestecarea unui compus de aluminiu, un precursor al aluminiului și cel puțin unuia dintre compușii folosiți ca material pentru semințe pentru cristale de hidroxid de aluminiu, urmată de calcinarea într-o atmosferă conținând clorură de hidrogen (EP nr. 1262457, C01F 7/02, public. 04.12.2002).

Cu toate acestea, această metodă nu oferă un material cu puritatea și structura dorită. În plus, metoda de producere a hidroxizilor sub formă de geluri este incomodă, deoarece izolarea acestuia este dificil de filtrat și, în plus, sunt necesare etape de măcinare sau de extrudare pentru a obține pulberi fine.

Se pare că este mai convenabil să se obțină hidroxizi de aluminiu prin interacțiunea metalului de aluminiu cu apa, cu toate acestea, datorită formării unei pelicule de oxid pe suprafața de aluminiu, activitatea sa scade rapid. Pentru a preveni acest fenomen, se folosesc diverși aditivi.

Deci, există metode cunoscute de producere a hidrogenului, care constau în interacțiunea metalelor, inclusiv aluminiul cu apa (SUA nr. 3348919, 423-657, public. 10.24.1967, SUA nr. 3985866, 423-657, public. 12.10.1976). Cu toate acestea, în aceste metode, pe lângă aluminiu, se folosesc și alte metale - metale alcaline, alcaline-pământoase sau aliaje (EP nr. 248960, С01 ”3/086, public 16.12.1987).

În alte metode (US nr. 2958582, 423-627, public 01.10.1958, SUA nr. 2958583, 423-627, public 01.10.1958) pentru a obține hidroxizi de aluminiu și hidrogen, este necesar să utilizați substanțe suplimentare care să faciliteze interacțiunea reactivilor, de exemplu, cantități catalitice amine organice. Introducerea acestor substanțe face imposibilă obținerea hidroxidului de aluminiu pur. Procesul de interacțiune a aluminiului sau a compușilor săi și a hidrogenului se desfășoară într-o instalație care include un reactor cu un agitator, unde sunt introduși reactivi de pornire. Instalația include un schimbător de căldură, un separator și un filtru pentru separarea suspensiei rezultate a hidroxizilor de aluminiu cu apă.

Cunoscută (SUA nr. 2758011, 423-627, public 07.08.1956) o metodă de producere a aluminei sub formă de boehmită (-AlOOH), care constă în interacțiunea efectuată într-o autoclavă, care încarcă apă și aluminiu sub formă de particule fine. Amestecul este apoi încălzit la o temperatură de 482-705 ° F (250-374 ° C), după care se începe agitarea la aceeași temperatură la o presiune suficientă pentru a menține apa în faza lichidă. Procesul se desfășoară pentru un timp suficient pentru interacțiunea întregului aluminiu, în exemplele date, acest timp este de aproximativ 4 ore. După ce tot aluminiul a reacționat, agitarea este oprită, autoclavul cu amestecul de reacție este răcit și hidroxidul de aluminiu rezultat este separat. Instalarea pentru realizarea metodei include un reactor cu agitator, deschideri pentru introducerea apei și a aluminiului sub formă de pulbere, a unei chiuvetă, a unui condensator pentru recepția aburului și a gazului. Efectuarea unei asemenea metode la scară industrială nu este avansată din punct de vedere tehnologic datorită modului său periodic; metoda nu vă permite să variați forma produsului rezultat este hidroxidul de aluminiu.

O metodă cunoscută de producere a hidrogenului, care constă în faptul că substanțele care conțin metale interacționează cu apa. Substanțele care conțin metale sunt acoperite cu o peliculă de polimer solubil în apă înainte de a fi alimentate cu reactorul. Interacțiunea se desfășoară într-un mediu apos, al cărui parametri corespund parametrilor stării sale supercritice, ceea ce face posibilă procesul de ardere strat cu strat de substanțe care conțin metale cu evoluția hidrogenului (RU nr. 2165388, 3/5, publicația 04.07.2000).

Aluminiul sub formă de pulbere poate fi utilizat ca substanțe care conțin metale, iar o soluție de oxid de polietilenă în dioxan sau alcool metilic poate fi utilizată ca o peliculă polimera solubilă în apă. Presiunea stării supercritice a mediului acvatic este mai mare de 22,12 MPa, iar temperatura este mai mare de 647,3 K (374 ° C). Metoda permite obținerea unui amestec de hidrogen din compoziție: 96,1 vol.% Hidrogen, 3,9 vol.% Monoxid de carbon; și să efectueze regenerarea materiei prime. Cu toate acestea, forma procesului de hidroxid de aluminiu rezultat nu este boehmitul.

Este cunoscut un proces îmbunătățit pentru producerea hidroxidului de aluminiu de înaltă puritate sub formă de hidrargilită, care include etapele următoare: (a) introducerea de aluminiu solid, fără pulbere, de preferință sub formă de lingouri, în apă fierbinte la aproximativ 70 ° C pentru a obține un amestec de reacție; (b) agitarea acestui amestec timp de aproximativ 20 de minute; (c) introducerea în amestec a unui solid alcalin, de preferință hidroxid de sodiu și încălzirea acestuia la un punct de fierbere; (d) coborârea temperaturii la 75-80 ° C și agitarea timp de 60 de minute; (e) scăderea temperaturii la temperatura camerei; și (f) filtrarea amestecului, rezultând hidroxid de aluminiu de înaltă puritate. Această metodă folosește o substanță suplimentară - hidroxid de sodiu, care contribuie la formarea impurităților (SUA nr. 5435986, C01F 7/02, public. 25.07.1995).

O metodă cunoscută de producere a hidroxizilor sau oxizilor de aluminiu și hidrogen din aluminiu și apă distilată, caracterizată prin aceea că, din aluminiu dispersat fin cu o dimensiune a particulelor de cel mult 20 μm, o suspensie de aluminiu pudră în apă este pregătită la un raport de Al: H2O \u003d 1: 4-16 greutate.h ., care este alimentat continuu într-un reactor de înaltă presiune, în care o suspensie de aluminiu pudră este pulverizată cu un diametru de picături de nu mai mult de 100 μm în apă la o temperatură de 220-900 ° C și o presiune de 20-40 MPa, cu un raport de suspensie la apă de 1: 50-100 greutate. ore după ieșirea din înălțime La presiune, gazul este introdus în condensator și hidrogenul este îndepărtat, iar hidroxidul de aluminiu sau oxidul de aluminiu sunt transferați în rezervorul de suspensie. În acest caz, hidroxidul de aluminiu sub formă de boemită este obținut la o temperatură de 250-350 ° C, o presiune de 32-35 MPa cu un raport de Al: H 2 O \u003d 1: 8-12 părți în greutate. (RU nr. 2223221, C01F 7/42, 3 ianuarie 3, publicație 02/10/2004).

Din aceeași sursă, o instalație cunoscută pentru implementarea metodei, inclusiv un mixer, un reactor, un rezervor de sedimentare pentru o suspensie, un condensator. În același timp, reactorul este un aparat de înaltă presiune echipat cu o duză pentru pulverizarea unei suspensii de aluminiu pudră în apă până la un diametru de picătură de cel mult 100 μm. Pentru a implementa metoda, pregătiți mai întâi o suspensie de aluminiu pudră (dimensiunea particulelor până la 20 microni, de preferință până la 5 microni) în apă la un raport de Al: H2O \u003d 1: 4-16 greutate.h. Această dispersie este introdusă în reactor, unde este pulverizată în apă sub presiune de 20-40 MPa la o temperatură de 220-900 ° C. Este necesar să se asigure pulverizarea fină a suspensiei - dimensiunea picăturilor nu trebuie să fie mai mare de 100 microni, în timp ce raportul dintre suspensie și apă este de 1: 50-100 părți în greutate, cu îndepărtarea continuă a hidrogenului și hidroxidului de aluminiu.

Această binecunoscută decizie a fost luată ca prototip.

Din analiza publicațiilor interne și străine rezultă că metodele cunoscute în prezent nu asigură completitatea oxidării aluminiului cu apa și sunt ineficiente. În plus, aceste metode folosesc pulberi de aluminiu ultrafinate preponderent scumpe și aliaje de aluminiu activate. Utilizarea acestuia din urmă pentru a produce hidrogen nu este promițătoare, deoarece acestea sunt metode consumatoare de energie și ineficiente.

Prezenta invenție are ca scop soluționarea problemei tehnice a creării unei instalații pentru un proces continuu, care permite obținerea simultană a hidrogenilor și hidroxizilor de aluminiu cu puritate ridicată a produsului final cu un consum de energie cât mai mic posibil.

Rezultatul tehnic obținut în acest caz este creșterea eficienței operaționale și a productivității prin asigurarea producției de hidrogen pur și produse de oxidare a aluminiului, menținând în același timp un regim de temperatură sigură a amestecului de proces și eliminând formarea unui amestec exploziv de hidrogen cu oxigen.

Rezultatul tehnic specificat este obținut prin faptul că în instalația de producere a hidroxidului de aluminiu și a hidrogenului, inclusiv un dispozitiv pentru amestecarea aluminiului fin divizat și a prafului de apă, un reactor pentru interacțiunea chimică a apei cu aluminiul, însoțit de eliberarea unui amestec de gaz care conține hidrogen și formarea de produse de oxidare a aluminiului, precum și de un dispozitiv pentru îndepărtarea hidrogenului care conține hidrogen amestec de gaze și produse de oxidare a aluminiului, reactorul pentru interacțiunea chimică a apei cu aluminiul este echipat cu un dispozitiv de amestecare m și un dispozitiv pentru iradierea cu ultrasunete a suspensiei situate în interiorul reactorului.

Aceste caracteristici sunt semnificative și interconectate cu formarea unui set stabil de caracteristici esențiale suficiente pentru a obține rezultatul tehnic specificat.

Prezenta invenție este ilustrată de un exemplu specific, care, totuși, nu este singurul posibil, dar demonstrează clar posibilitatea de a realiza setul de caracteristici de mai sus al rezultatului tehnic necesar.

În desen - o diagramă de flux a producției de hidroxid de aluminiu și producție de hidrogen.

În cadrul prezentei invenții, este prezentată în desen o diagramă de flux a producției de hidroxid de aluminiu într-un reactor prin activarea cu ultrasunete a pulberii metalice din aluminiu într-o soluție alcalină slabă în mod continuu, pentru o metodă continuă pentru producerea hidrogenului și hidroxidului de aluminiu nanodispersat într-un reactor prin activarea cu ultrasunete a pulberii metalice din aluminiu într-o soluție alcală slabă.

O instalație pentru producerea hidroxidului de aluminiu și a hidrogenului include un dispozitiv pentru amestecarea aluminiului fin divizat și a pulberii de apă într-o proporție predeterminată, din care acest amestec este alimentat într-un reactor pentru interacțiunea chimică a apei cu aluminiu, însoțit de evoluția hidrogenului și formarea de produse de oxidare a aluminiului. Reactorul pentru interacțiunea chimică a apei cu aluminiul este realizat din presiune scăzută cu funcția de a amesteca rotirea suspensiei în interiorul reactorului și este echipat cu un dispozitiv de iradiere cu ultrasunete pentru suspensia din interiorul reactorului atunci când este agitat prin rotație. Dispozitivele pentru îndepărtarea amestecului de gaz conținând hidrogen și produse de oxidare a aluminiului formează fluxurile de transport ale produselor finite obținute în reactor.

Aparatul pentru producerea hidroxidului de aluminiu și hidrogen include o scală de platformă 1, un reactor de solvent 2, un reactor 3, un condensator 4, o coloană de uscare 5, un clarificator 6, un filtru 7 (sau o centrifugă), un cuptor electric 8 (uscător) și o moară cu bilă 9, schimbător de căldură 10. Reactorul 3 este echipat cu un senzor de presiune, un senzor de temperatură a soluției în reactor, un senzor metalic în soluția din reactor și un dispozitiv de amestecare.

O soluție de electrolit dintr-o concentrație dată este pregătită într-un reactor de solvent 2 prin dizolvarea cantității de alcalini solide măsurate cu solzii de platformă 1 în apă deionizată. Soluția pregătită este introdusă în reactor, în același timp, o suspensie apă-aluminiu este introdusă în reactor prin intermediul pompei de dozare, al cărei amestec este supus unei iradieri cu ultrasunete pentru a perturba filmul de oxid de la suprafața particulelor de aluminiu și a începe oxidarea acestuia în reactorul 3 cu agitare și temperatura electrolitului în interiorul acestui reactor este de 65-70 ° S. Produsul rezultat în urma reacțiilor chimice, hidroxidul de aluminiu nanodispersat, este spălat din electrolit pe filtrul 7. Primul filtrat este returnat la reactorul de solvent 2 pentru a pregăti o nouă porțiune a soluției de electrolit. Pentru a reduce sarcina pe filtru, sedimentele coagulate ușor sunt separate de supernatant în clarificatorul-clarificator 6. Supernatantul este utilizat pentru a pregăti o soluție de electrolit în reactorul 2. În loc de filtrul 7, uneori este indicat să folosiți o centrifugă. Uscarea și calcinarea necesară a produsului se efectuează într-un cuptor electric 8. Dacă, ca urmare a tratamentului termic, produsul își pierde curgerea, acesta este măcinat într-o moară cu bile 9. Aparatele 7, 8 și 9 pot fi înlocuite cu un uscător cu pulverizator.

Hidrogenul evoluat trece printr-un condensator 4 pentru a îndepărta vaporii de apă, coloana de uscare 5 și este trimis la colector. Condensatul de abur este returnat în reactor. 3. Pentru a încălzi apa adăugată la reactor, este prevăzut un schimbător de căldură 10 în circuit.

Atunci când organizați producția continuă de hidroxid de aluminiu, apa trebuie furnizată la mantaua reactorului de solvent pentru a încălzi electrolitul la temperatura dorită. Pentru aceasta, se utilizează căldura utilizată în mantaua reactorului 3.

Schema tehnologică și tehnologică dezvoltată pentru producerea hidroxidului de aluminiu poate fi montată cu ușurință pe baza instalațiilor electrochimice existente. Tehnologia de producere a hidrogenilor și hidroxizilor de aluminiu este aceea că o suspensie de aluminiu pudră în apă este preparată din aluminiu dispersat fin, cu o dimensiune a particulelor de cel mult 20 μm, care este alimentată continuu în reactor printr-o unitate de iradiere cu ultrasunete. Din partea superioară a reactorului, amestecul abur-hidrogen rezultat este alimentat într-un condensator în care aburul este condensat, iar hidrogenul este furnizat pasajului sau consumatorului prin sistemul de uscare. Hidroxidul de aluminiu este îndepărtat din partea inferioară a reactorului într-un clarificator. Tehnologia de producere a hidrogenului și hidroxidului de aluminiu ultrafinat se bazează pe o reacție chimică, prezentată conform schemei.

Indicatori preferați.

1. Simplitatea, fiabilitatea și compactitatea execuției în comparație cu analogii.

2. Consum redus de energie la 1 m 3 N și 2 kg ALOOH: ecografie - 500 W · h, pompă - 500 W · h.

Noutatea metodei constă în faptul că, cu o alimentare continuă controlată a unei suspensii apoase de pulbere de aluminiu, se realizează activarea cu ultrasunete, unde are loc interacțiunea chimică a apei cu aluminiul, însoțită de evoluția hidrogenului și de formarea produselor de oxidare a aluminiului (hidroxizi). În general, utilizarea unei combinații de factori influențatori în metoda dezvoltată asigură producerea de hidrogen pur, produse de oxidare a aluminiului, menținând o temperatură sigură a amestecului de proces și elimină formarea unui amestec exploziv de hidrogen cu oxigen.

Activarea aluminiului se realizează conform tehnologiei de prelucrare preliminară a pulberilor de aluminiu produse de industrie cu ultrasunete.

Din rezultatele calculelor teoretice și ale studiilor experimentale rezultă că la arderea a 1 kg de aluminiu în medii apoase, împreună cu energia termică (17,1 MJ), se eliberează o cantitate mare de hidrogen de înaltă puritate (1,165 nm 3) și se formează mai mult de 2 kg de hidroxizi nanocristalini de aluminiu, pe piață al cărui cost este de 50-400 $ pe kg.

Acest lucru vă permite să utilizați acest proces pentru a produce hidrogen în dispozitive de generare a gazelor autonome, performante și eficiente din punct de vedere energetic, inclusiv unități de sudare a gazelor de dimensiuni mici și autonome.

Când hidrogenul generat este ars în sistemele de propulsie termică și de propulsie, puterea de energie (30,57 MJ / kg) depășește costul regenerării combustibilului inițial din alumină (26,3 MJ / kg). Energia este furnizată în timpul regenerării complete a componentelor de pornire (aluminiu și apă), fără a emite componente toxice în atmosferă.

Costul specific de 1 MJ de energie în arderea aluminiului cu regenerarea ulterioară a acestuia prin electroliza oxidului de aluminiu este semnificativ mai mic în comparație cu arderea benzinelor și hidroelectricității.

Echilibrul energetic al ciclurilor de combustie și regenerare asigură un câștig de aproximativ 16% din energie datorită arderii hidrogenului eliberat în apă de oxigenul atmosferic. Astfel, odată cu regenerarea completă a reactivilor de pornire (aluminiu și apă), este posibilă furnizarea autonomă a energiei termice la un cost de 1 MJ - 0,0015 USD, care este mai rentabil din punct de vedere economic decât arderea combustibilului cu hidrocarburi (0,007 USD).

Tehnologiile energetice din aluminiu pot fi utilizate în diferite dispozitive de putere, precum și pentru producerea de hidrogen și oxid de aluminiu cu o dispersie extrem de pură, a căror valoare de piață pentru 1 kg este de la 150 la 400 $ cu costul sursei de aluminiu 1,5-2 $ pentru 1 kg.

Astfel, prezenta invenție permite producerea în comun a hidroxizilor de aluminiu dintr-o structură dată și a hidrogenului atunci când se realizează metoda în mod continuu, cu prepararea prealabilă a unei suspensii de aluminiu pudră în apă. Metoda rezultată este caracterizată de non-deșeuri, fabricabilitate și productivitate ridicată, precum și siguranța mediului.

REZUMATUL INVENȚIEI

Instalație pentru producerea hidroxidului de aluminiu și a hidrogenului, inclusiv un dispozitiv pentru amestecarea aluminiului fin divizat și a prafului de apă, un reactor pentru interacțiunea chimică a apei cu aluminiul, însoțit de evoluția unui amestec de gaz care conține hidrogen și de formarea de produse de oxidare a aluminiului, precum și de un dispozitiv pentru îndepărtarea amestecului de gaz care conține hidrogen și a produselor de oxidare a aluminiului, caracterizate faptul că reactorul pentru interacțiunea chimică a apei cu aluminiul este echipat cu un dispozitiv de amestecare și un dispozitiv cu ultrasunete radiația suspensiei situată în interiorul reactorului.

"Hidrogenul este generat doar atunci când este necesar, astfel încât să îl puteți produce exact atât cât aveți nevoie", a explicat Woodall la simpozionul universității, care a descris detaliile descoperirii. Această tehnologie, de exemplu, poate fi utilizată în combinație cu mici motoare cu ardere internă în diferite aplicații - generatoare portabile de urgență, mașini de tuns iarba și ferăstrău. Teoretic, poate fi folosit pe mașini și camioane.

Hidrogenul este eliberat spontan atunci când se adaugă apă la bilele formate dintr-un aliaj de aluminiu și galiu. „În același timp, aluminiul dintr-un aliaj solid reacționează cu apa, îndepărtând oxigenul de moleculele sale”, comentează Woodall. În consecință, hidrogenul rămas este eliberat în spațiul înconjurător.

Prezența galiului este critică pentru trecerea reacției, deoarece împiedică formarea unei pelicule de oxid pe suprafața aluminiului în timpul oxidării sale. Un astfel de film previne de obicei oxidarea suplimentară a aluminiului, acționând ca o barieră. Dacă formarea sa este încălcată, reacția va continua până când se consumă tot aluminiu.

Woodall a descoperit acest proces cu un aliaj lichid de aluminiu-galiu în 1967, când a lucrat în industria semiconductorilor. "Am curățat creuzetul care conține un aliaj de galiu și aluminiu", spune el. "Când am adăugat apă acolo, a apărut un bumbac puternic. După aceea m-am retras la laborator și am studiat timp de câteva ore ce s-a întâmplat exact ”.

„Galiul este o componentă necesară, deoarece se topește la temperatură scăzută și dizolvă aluminiul, ceea ce face posibilă reacția cu apa. - explică Woodall. „Aceasta a fost o descoperire neașteptată, deoarece se știe că aluminiul solid nu interacționează cu apa.”

Produsele finale de reacție sunt galiul și alumina. Arderea hidrogenului duce la formarea apei. „Astfel, nu se obțin emisii toxice, spune Woodall.„ Este important de reținut că galiul nu este implicat în reacție, astfel încât să poată fi eliminat și reutilizat. Acest lucru este important, deoarece acum acest metal este mult mai scump decât aluminiul. Cu toate acestea, dacă acest proces începe să fie utilizat pe scară largă, industria minieră va putea produce galiu de calitate scăzută mai ieftină. Pentru comparație, tot galiul folosit în prezent este foarte purificat și este utilizat în principal în industria semiconductorilor. "

Woodall spune că, deoarece hidrogenul poate fi utilizat în locul benzinei în motoarele cu combustie internă, este posibilă utilizarea tehnicii în transportul auto. Cu toate acestea, pentru ca tehnologia să concureze cu benzina, este necesar să se reducă costul reducerii aluminei. „În acest moment, costul unei kilograme de aluminiu este mai mare de 1 dolar și, prin urmare, nu puteți obține cantitatea de hidrogen echivalentă cu benzina la un preț de 3 dolari pe galon”, explică Woodall.

Cu toate acestea, costul aluminiului poate fi redus dacă este obținut din oxid prin electroliză, iar electricitatea pentru acesta va merge cu sau. În acest caz, aluminiu poate fi produs chiar la fața locului și nu este necesar să transferați electricitate, ceea ce reduce costurile generale. În plus, astfel de sisteme pot fi localizate în zone îndepărtate, ceea ce este deosebit de important atunci când construiți centrale nucleare. Această abordare, potrivit Woodall, va reduce consumul de benzină, va reduce poluarea și dependența de importurile de petrol.

„O numim energie pe bază de aluminiu pe bază de hidrogen”, spune Woodall, „și nu va exista nicio dificultate în a converti motoarele cu combustie internă în hidrogen”. Tot ce este necesar este să înlocuiți injectorul de combustibil cu unul de hidrogen. ”

Sistemul poate fi folosit și pentru alimentarea bateriilor. În acest caz, acesta poate concura deja cu motoarele pe benzină - chiar și la costurile ridicate de astăzi din aluminiu. "Eficiența sistemelor cu celule cu combustibil este de 75%, în timp ce motorul cu combustie internă este de 25%", spune Woodall. "Astfel, de îndată ce tehnologia va fi disponibilă pe scară largă, tehnica noastră de recuperare a hidrogenului va deveni viabilă din punct de vedere economic."

Oamenii de știință subliniază valoarea aluminiului pentru generarea de energie. "Majoritatea oamenilor nu au idee câtă energie este conținută în ea", explică Woodall. "Fiecare kilogram (450 grame) de metal poate da 2 kW * ore la arderea hidrogenului degajat și aceeași cantitate de energie sub formă de căldură. Astfel, o mașină obișnuită cu un rezervor umplut cu bile din aliaj de aluminiu (aproximativ 150 kg) va putea conduce aproximativ 600 km și va costa 60 USD (se presupune că apoi va fi eliminat oxidul de aluminiu). Pentru comparație, dacă aș pune gaz în rezervor, voi primi 6 kW * ore de la fiecare kilogram, ceea ce înseamnă de 2,5 ori mai multă energie de la un kilogram de aluminiu. Cu alte cuvinte, voi avea nevoie de 2,5 ori mai mult aluminiu pentru a obține aceeași cantitate de energie. Cu toate acestea, este important să exclud complet benzina și să folosesc în schimb o substanță ieftină disponibilă în SUA. "