Den coolaste funktionen för science fiction och i princip förväntas av oss alla i framtiden - den är fylld med vatten i en biltank och körde av. Nu har väte betraktats länge och används på vissa ställen som en miljövänlig typ av bränsle. Men den bredare användningen av vätebränsle hindras av ett antal olösta problem idag, vars huvudsakliga är lagring och transport.

Och här skulle dess direkta produktion i en bil direkt från vattnet vara det coolaste alternativet.

Det verkar som om vi kommer närmare och närmare detta ...

En grupp forskare från US Army Research Laboratory, som genomförde experiment på Aberdeen Proving Ground nära Maryland, gjorde en slumpmässig upptäckt. Efter att ha spillt vatten på en bar av en speciell aluminiumlegering, vars sammansättning fortfarande hålls hemlig, märkte forskarna processen för snabb utveckling av väte som omedelbart började.

Från en skolkemikurs, om någon annan kommer ihåg det, är väte en biprodukt av reaktionen mellan vatten och aluminium. Emellertid fortsätter denna reaktion endast vid en tillräckligt hög temperatur eller i närvaro av speciella katalysatorer. Och sedan går det ganska "lugnt", det tar cirka 50 timmar att fylla tanken på en vätebil, och energieffektiviteten för denna metod för att producera väte överstiger inte 50 procent.

Allt ovanstående är inte relevant för reaktionen i vilken en ny aluminiumlegering är involverad. "Effektiviteten av denna reaktion kommer nära 100 procent, och själva reaktionen" accelererar "till maximal produktivitet på mindre än tre minuter," säger Scott Grendahl, chef för forskargruppen.

Att använda ett system som producerar väte efter behov löser många problem. Vatten och aluminiumlegering transporteras enkelt från en plats till en annan, båda dessa ämnen är inerta och stabila av sig själva. För det andra, för att starta reaktionen, krävs ingen katalysator, inte heller en initial impuls, reaktionen börjar gå så snart vatten kommer i kontakt med legeringen.

Allt ovanstående betyder inte att forskarna fann ett universalmedel i området för vätebränsle. I det här fallet finns det fortfarande ett antal frågor som måste klargöras eller klargöras. Den första frågan är om ett sådant system för att producera väte utanför laboratoriet kommer att fungera, eftersom det finns många exempel där experimentell teknik fungerar bra under laboratorieförhållanden, men misslyckas helt i fältförsök. Den andra frågan är frågan om komplexiteten och kostnaden för produktion av aluminiumlegering, kostnaden för användning av reaktionsprodukter, som kommer att bli faktorer som avgör den ekonomiska genomförbarheten för en ny metod för att producera väte.

Sammanfattningsvis bör det noteras att det troligen inte kommer att ta så lång tid att rensa upp ovan nämnda frågor. Och först efter det kommer det att vara möjligt att dra slutsatser om den nya metodens framställning för vätgasbränsle.

PS. Delorian i den första bilden för att locka uppmärksamhet :-)

källor

Väte är den enda gas som löses märkbart i aluminium och dess legeringar. Lösligheten varierar i proportion till temperaturen och kvadratroten. Som visas i figuren är lösligheten för väte i flytande aluminium väsentligt högre än i fast aluminium: 0,65 respektive 0,034 ml / 100 g. Dessa värden varierar något beroende på legeringarnas kemiska sammansättning. När kylning och stelning av smält aluminium med ett väteinnehåll är betydligt högre än dess löslighet i fast tillstånd kan det (väte) frisättas i molekylär form, vilket kommer att leda till bildandet av primära eller sekundära porer.

Vätporositeten hos aluminium

Bildningen av vätebubblor i aluminium är starkt beroende av hastigheten för kylning och stelning, liksom av närvaron av kärnbildningscentra för väteutveckling, såsom oxider som fångas in i smältan. Därför kräver bildning av porositet ett betydande överskott av innehållet av upplöst väte jämfört med lösligheten av väte i fast aluminium. I frånvaro av kärnbildningscentra kräver väteutveckling en relativt hög koncentration av väte - cirka 0,30 ml / 100 g. I många industriella legeringar detekteras inte porositet ens med en så ganska hög vätehalt som 0,15 ml / 100 g.

Väte i aluminiumgjutgods

Platsen för väte i härdat aluminium beror på dess nivå i flytande aluminium och de förhållanden under vilka härdning inträffade. Eftersom närvaron av väteporositet är resultatet av kärnbildning och tillväxtmekanismer som styrs genom diffusion har en minskning av koncentrationen av väte och en ökning av stelningsgraden en överväldigande effekt på kärnbildning och tillväxt av porer. Av detta skäl är gjutstycken som är gjorda mer mottagliga för defekter förknippade med väte än till exempel gjutgods.

Källor till väte i aluminium

Väte kommer in i aluminium från många källor, inklusive ugnsatmosfär, laddningsmaterial, flöden, smältverktyg och reaktioner mellan smält aluminium och formen.

Ugnsatmosfär. Om smältverket körs på naturgas eller säger eldningsolja, är ofullständig förbränning av bränslet med bildning av fritt väte möjligt.

Laddmaterial. Göt, skrot och gjuteri kan innehålla oxider, korrosionsprodukter, sand och andra gjuterier, samt smörjmedel som används vid bearbetning. Alla dessa föroreningar är potentiella källor till väte, som bildas under återställning av organiska ämnen eller kemisk sönderdelning av vattenånga.

Fluxande medel.  De flesta flöden är salter och hur alla salter är hygroskopiska, det vill säga redo att "absorbera" vatten med nöje. Därför introducerar våtflöde oundvikligen väte i smältan, som bildas genom kemisk sönderdelning av vatten.

Smältverktyg.  Smältverktyg som toppar, skrapor och spade kan också vara en källa till väte om den inte hålls ren. Oxider och flussrester på sådana verktyg är särskilt svåra föroreningskällor eftersom de absorberar fukt direkt från den omgivande luften. Eldfasta eldningsmedel, rännor och distributionskanaler, kalk- och cementmurbruk, provtagningsslam är alla potentiella källor till väte, särskilt om de inte är tillräckligt torkade.

Interaktionen mellan flytande aluminium och formen.  Om den flytande metallen flyter alltför turbulent under formen av fyllningen, kan den fånga luft in i dess inre volym. Om luften inte kan eller inte har tid att komma ut innan stelningen börjar kommer väte in i metallen. Felaktigt gjorda matarmatare kan också orsaka luftfångst. En annan källa till väte är alltför våta sandformar.

Reaktionen av aluminium med väte

Det antas att aluminium, som de flesta metaller, inte reagerar direkt med väte. Vanligtvis bildar metaller föreningar genom förlust av elektroner, som accepteras av andra element. Väte bildar också föreningar, förlorar elektroner (eller delar elektroner). Därför accepterar väteatomer vanligtvis inte elektron som donerar metaller för att bilda föreningar. Endast vissa mycket reaktiva metaller, såsom natrium, kalium, kalcium och magnesium, kan "tvinga" väteatomer att acceptera sina elektroner för att bilda fasta joniska föreningar som kallas hydrider av dessa metaller.

Den direkta syntesen av aluminiumhydrid från väte och aluminium kräver ett galet tryck på cirka 2 000 000 000 atmosfärer och en temperatur över 800 K. Samtidigt finns en sådan förening som aluminiumhydrid. Aluminiumhydrid är en instabil förening som lätt sönderdelas vid temperaturer över 100 ° C. Det erhålls inte direkt utan genom reaktioner från andra föreningar.

ALUMINIUM

Aluminium är ett element med serienummer 13, relativ atommassa - 26.98154. Det är beläget i III-perioden, III-gruppen, den huvudsakliga undergruppen. Elektronisk konfiguration: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 3d 0. Ett stabilt oxidationstillstånd av aluminium är "+3". Katjonen som bildas i detta fall har ett ädelgasskal, vilket bidrar till dess stabilitet, men förhållandet mellan laddning och radie, det vill säga laddningskoncentration, är tillräckligt hög, vilket ökar katjonens energi. Detta särdrag leder till det faktum att aluminium tillsammans med joniska föreningar bildar ett antal kovalenta föreningar och dess katjon genomgår betydande hydrolys i lösning.

Aluminium kan uppvisa valens I endast vid temperaturer över 1500 ° C. Al20 och AlCl är kända.

Genom sina fysiska egenskaper är aluminium en typisk metall med hög värme- och elektrisk ledningsförmåga, bara för silver och koppar. Joniseringspotentialen för aluminium är inte så hög, så man kan förvänta sig stor kemisk aktivitet från den, men den reduceras avsevärt på grund av att metallen passiveras i luft på grund av bildandet av en stark oxidfilm på ytan. Om metallen aktiveras: a) ta bort filmen mekaniskt, b) amalgamera (reagera med kvicksilver), c) använda ett pulver, då blir en sådan metall så reaktiv att den till och med interagerar med fukt och syre och kollapsar i enlighet med processen:

4 (Al, Hg) + 3O2 + 6H20 \u003d 4Al (OH) 3 + (Hg)

Interaktion med enkla ämnen.

1. Pulveriserat aluminium reagerar med stark uppvärmning   med syre.Dessa förhållanden behövs på grund av passivering, och själva reaktionen vid bildningen av aluminiumoxid är mycket exoterm - 1676 kJ / mol värme frisätts.

2. Med klor och bromreagerar under normala förhållanden, kan även ta eld i sin miljö. Endast svarar inte med fluor  eftersom aluminiumfluorid, som oxid, bildar en skyddande saltfilm på metallytan. Med jodreagerar vid uppvärmning och i närvaro av vatten som katalysator.

3. Med gråttreagerar under fusion, vilket ger aluminiumsulfidkomposition Al2S3.

4. C-fosfor reagerar också vid uppvärmning för att bilda fosfid: AlP.

5. Direkt med vätealuminium interagerar inte.

6. Med kvävesamverkar vid 800 omkring With, vilket ger aluminiumnitrid (AlN). Det bör sägas att aluminium brinner i luften vid sådana temperaturer, därför är förbränningsprodukterna (med hänsyn till luftens sammansättning) både oxid och nitrid.

7. Med kol  aluminium samverkar vid en ännu högre temperatur: 2000 ° C. Aluminiumkarbid med sammansättning Al 4 C 3 tillhör metanider, den innehåller inte C-C-bindningar, och metan frigörs under hydrolys: Al 4 C 3 + 12H20 \u003d 4Al (OH ) 3 + 3CH4

Interaktion med komplexa ämnen

1. Med vattenaktiverad (saknar en skyddande film) aluminium interagerar aktivt med väteutvecklingen: 2Al (verkan) + 6H20 \u003d 2Al (OH) 3 + 3H 2 Aluminiumhydroxid erhålles i form av ett vitt löst pulver, frånvaron av en film stör inte reaktionen till fullbordande.

2. Reaktion med syror:a) Aluminium interagerar aktivt med icke-oxiderande syror i enlighet med ekvationen: 2Al + 6H3O + + 6H20 \u003d 2 3+ + 3H2,

b) Med oxiderande syror sker interaktionen med följande funktioner. Koncentrerade salpetersyra och svavelsyror, samt mycket utspädd salpetersyra-passiverat aluminium (snabb ytoxidation leder till bildning av en oxidfilm) i kylan. Vid upphettning bryts filmen och reaktionen passerar, men endast produkter av deras minimala reduktion isoleras från koncentrerade syror vid upphettning: 2Al + 6H2SO4 (koncentr) \u003d Al 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 6H 2 O Al + 6HNO 3 ( conc) \u003d Al (NO3) 3 + 3NO2 + 3H20 Med måttligt utspädd salpetersyra, beroende på reaktionsbetingelserna, kan NO, N20, N2, NH4 + erhållas.

3. Interaktion med alkalier.Aluminium är ett amfotert element (i kemiska egenskaper), för har en tillräckligt stor elektronegativitet för metaller - 1,61. Därför är det ganska lätt lösligt i alkalilösningar med bildning av hydroxokomplex och väte. Hydroxokomplexets sammansättning beror på förhållandet mellan reagens: 2Al + 2NaOH + 6H20 \u003d 2Na + 3H 2 2Al + 6NaOH + 6H20 \u003d 2Na 3 + 3H 2 Förhållandet aluminium och väte bestäms av den elektroniska balansen i redoxreaktionen mellan dem och reagensförhållandet inte beroende.

4. Den låga joniseringspotentialen och den höga affiniteten för syre (hög stabilitet hos oxiden) leder till att aluminium aktivt interagerar med oxider av många metalleråterställa dem. Reaktionerna äger rum vid första uppvärmning med ytterligare värmeutveckling, så att temperaturen stiger till 1200 - 3000 ® С. En blandning av 75% aluminiumpulver och 25 viktprocent Fe3O4 kallas "termit". Tidigare användes förbränningsreaktionen hos denna blandning för svetsning av skenor. Minskningen av metaller från oxider med aluminium kallas aluminothermy och används inom industrin som ett sätt att producera metaller som mangan, krom, vanadin, volfram och ferrolegeringar.

5. Med saltlösningaraluminium samverkar på två olika sätt. 1. Om saltlösningen, som ett resultat av hydrolys, har en sur eller alkalisk miljö, frigörs väte (med sura lösningar fortskrider reaktionen endast vid betydande upphettning, eftersom den skyddande oxidfilmen upplöses bättre i alkalier än i syror). 2Al + 6KHSO4 + (H20) \u003d Al 2 (SO4) 3 + 3K2SO4 + 3H2 2Al + 2K2C03 + 8H20 \u003d 2K + 2KHCO3 + 3H2. 2. Aluminium kan förskjuta metaller från saltkompositionen, som är till höger om spänningslinjen än den, dvs. kommer faktiskt att oxideras av katjonerna av dessa metaller. På grund av oxidfilmen inträffar inte alltid denna reaktion. Till exempel kan kloridanjoner bryta filmen, och reaktionen 2Al + 3FeCl 2 \u003d 2AlCl 3 + 3Fe passerar, och en liknande reaktion med sulfater vid rumstemperatur fungerar inte. Med aktiverat aluminium fungerar alla interaktioner som inte strider mot den allmänna regeln.

Aluminiumföreningar.

1. Oxid (Al203). Känd i form av flera modifieringar, varav de flesta är mycket hållbara och kemiskt inerta. Modifiering av a-Al203 sker naturligt i form av korundmineralen. I kristallgitteret i denna förening ersätts aluminiumkationer ibland delvis av katjoner av andra metaller, vilket ger mineralen en färg. En blandning av Cr (III) ger en röd färg, en sådan korund är redan en rubinpärla. En blandning av Ti (III) och Fe (III) ger blå safir. Amorf modifiering är kemiskt aktiv. Aluminiumoxid är en typisk amfotär oxid som reagerar med både syror och syraoxider och med alkalier och basiska oxider, varvid alkalier föredrages. Reaktionsprodukterna i lösning och i den fasta fasen under fusion skiljer sig: Na20 + Al203 \u003d 2NaAlO 2 (fusion) - natriummetalluminat, 6NaOH + Al203 \u003d 2Na 3 AlO 3 + 3H20 (fusion) - ortoaluminat natrium, Al203 + 3Cr03 \u003d Al 2 (Cr04) 3 (fusion) - aluminiumkromat. Förutom oxider och fasta alkalier reagerar aluminium under legering med salter bildade av flyktiga syraoxider och förskjuter dem från saltkompositionen: K 2 CO 3 + Al 2 O 3 \u003d 2KAlO 2 + CO 2 Reaktioner i lösning: Al 2 O 3 + 6 HCl \u003d 2 3+ + 6Cl 1- + 3H20A Al203 +2 NaOH + 3H20 \u003d 2 Na - natriumtetrahydroxoaluminat. Tetrahydroxoaluminat-anjonen är faktiskt 1- tetrahydroxodiaquaanion, för koordination nummer 6 för aluminium är att föredra. Med ett överskott av alkali bildas hexahydroxoaluminat: Al203 + 6NaOH + 3H20 \u003d 2Na3. Förutom syror och alkalier kan reaktioner med syrasalter förväntas: 6KHSO 4 + Al203 \u003d 3K2SO4 + Al2 (SO4) 3 + 3H20.

3. Aluminiumhydroxider. Två aluminiumhydroxider är kända - metahydroxid –AlO (OH) och ortohydroxid –Al (OH) 3. Båda upplöses inte i vatten utan är också amfotära, därför löses de upp i lösningar av syror och alkalier, såväl som salter med ett surt eller alkaliskt medium som ett resultat av hydrolys. I fusion reagerar hydroxider på liknande sätt som oxid. Som alla olösliga baser sönderdelas aluminiumhydroxider vid uppvärmning: 2Al (OH) 3 \u003d Al203 + 3H20. När de löses i alkaliska lösningar löses inte aluminiumhydroxider i vattenhaltig ammoniak, så att de kan fällas ut med ammoniak från ett lösligt salt: Al (NO 3) 3 + 3NH3 + 2H20 \u003d AlO (OH) ↓ + 3NH4N03, denna reaktion producerar exakt metahydroxid. Det är svårt att fälla ut hydroxid med alkali, som den resulterande fällningen löses lätt upp och den totala reaktionen har formen: AlCl3 +4 NaOH \u003d Na + 3NaCl

4. Aluminiumsalter. Nästan alla aluminiumsalter är mycket lösliga i vatten. Olöslig AlPO 4-fosfat och AlF3-fluorid. eftersom aluminiumkation har en hög laddningskoncentration, dess vattenkomplex erhåller egenskaperna hos katjonsyra: 3+ + H20 \u003d H3O + + 2+, d.v.s. aluminiumsalter genomgår stark katjonhydrolys. När det gäller salter av svaga syror, på grund av ömsesidig förbättring av hydrolys genom katjon och anjon, blir hydrolys irreversibel. Lösningen sönderdelas helt med vatten eller kan inte erhållas genom utbytningsreaktionen av karbonat, sulfit, sulfid och aluminiumsilikat: Al 2 S 3 + 6H20 \u003d 2Al (OH) 3 ↓ + 3H 2 S 2Al (NO 3) 3 + 3K 2 CO 3 + 3H20 \u003d 2Al (OH) 3 '+ 3CO2 + 6KNO3. För vissa salter blir hydrolys irreversibel när den värms upp. Våt aluminiumacetat sönderdelas vid uppvärmning enligt ekvationen: 2Al (OOCCH 3) 3 + 3H 2 O \u003d Al 2 O 3 + 6CH 3 COOH När det gäller aluminiumhalider underlättas sönderdelningen av saltet genom en minskning av lösligheten hos gasformiga vätehalider vid uppvärmning: AlCl 3 + 3H 2 O \u003d Al (OH) 3 '+ 3HCl. Av aluminiumhalogenider är endast fluorid en jonisk förening, resten av halogeniderna är kovalenta föreningar, deras smältpunkter är betydligt lägre än fluorid, aluminiumklorid kan sublimera. Vid mycket höga temperaturer är enkla aluminiumhalogenidmolekyler med en platt triangulär struktur belägna i par på grund av sp 2-hybridiseringen av atomatombanorna i den centrala atomen. Huvudtillståndet för dessa föreningar i ångor och i vissa organiska lösningsmedel är dimerer, till exempel Al2Cl6. Aluminiumhalogenider är starka Lewis-syror ha en ledig atomborr. Upplösning i vatten sker därför med att en stor mängd värme frigörs. En intressant klass av aluminiumföreningar (liksom andra trivalenta metaller) är alun - 12-vattenhaltiga dubbelsulfater M I M III (SO4) 2, som vid upplösning, liksom alla dubbelsalter, ger en blandning av motsvarande katjoner och anjoner.

5. Komplexa föreningar.Tänk på hydroxokomplex av aluminium. Dessa är salter där den komplexa partikeln är en anjon. Alla salter är lösliga. Förstörs av interaktion med syror. I detta fall löser starka syror upp den resulterande ortohydroxiden och svaga eller motsvarande syraoxider (H2S, CO2, SO2) fäller ut den: K + 4HCl \u003d KCl + AlCl 3 + 4H 2 OK + CO 2 \u003d Al (OH) 3 ↓ + KHCO 3

Vid kalcinering förvandlas hydroxoaluminater till orto- eller metalluminater och förlorar vatten.

järn

Element med serienummer 26, med en relativ atommassa på 55.847. Den tillhör 3d-familjen av element, har en elektronisk konfiguration: 3d 6 4s 2 och i det periodiska systemet är i IV-perioden, VIII-grupp, sidogrupp. I föreningar uppvisar järn främst oxidationstillstånd på +2 och +3. Fe 3+-jonen har ett halvfyllt d-elektronskal, 3d 5, vilket ger den ytterligare stabilitet. Oxidationslägena +4, +6, +8 är mycket svårare att uppnå.

Genom sina fysiska egenskaper är järn silvervit, blank, relativt mjuk, formbar, lätt magnetiserad och avmagnetiserad metall. Smältpunkt 1539 о С. Har flera allotropa modifieringar, olika i typ av kristallgitter.

  Egenskaper hos en enkel substans.

1. Vid luftförbränning bildas en blandad oxid av Fe 3 O 4 och vid interaktion med rent syre - Fe 2 O 3. Pulverjärn är pyroforiskt - självantändande i luften.

2. Fluor, klor och brom reagerar lätt med järn och oxiderar det till Fe 3+. FeJ 2 bildas med jod, eftersom den trivalenta järnkationen oxiderar jodidanjonen, och därför finns FeJ3-föreningen inte.

3. Av ett liknande skäl existerar inte Fe2S3-föreningen, och samverkan mellan järn och svavel vid smältpunkten för svavel leder till FeS-föreningen. Med ett överskott av svavel erhålls pyritjärn (II) disulfid - FeS 2. Icke-stökiometriska föreningar bildas också.

4. Järn reagerar med andra icke-metaller med stark uppvärmning, bildar fasta lösningar eller metallliknande föreningar. En reaktion som fortskrider vid 500 ° C kan ges: 3Fe + C \u003d Fe 3 C. Denna förening av järn och kol kallas cementit.

5. Med många metaller bildar järn legeringar.

6. I luft vid rumstemperatur beläggs järn med en oxidfilm och interagerar därför inte med vatten. Interaktion med överhettad ånga ger följande produkter: 3Fe + 4H 2 O (ånga) \u003d Fe 3 O 4 + 4H 2. I närvaro av syre interagerar järn till och med luftfuktighet: 4Fe + 3O 2 + 6H20 \u003d 4Fe (OH) 3. Ovanstående ekvation återspeglar rostprocessen, som utsätts för upp till 10% av metallprodukter per år.

7. Eftersom järn är i en serie spänningar på väte, reagerar det lätt med icke-oxiderande syror, men det oxiderar bara till Fe 2+.

8. Koncentrerade salpetersyra och svavelsyror passiverar järn, men vid uppvärmning sker reaktionen. Utspädd salpetersyra reagerar också vid rumstemperatur. Med alla oxiderande syror ger järn salter av järn (III) (enligt vissa rapporter är bildning av järn (II) nitrat möjlig med utspädd salpetersyra) och reducerar HNO 3 (sönderdelning) till NO, N20, N2, NH4 + beroende på förhållandena, och HNO 3 (konc.) - till NO 2 på grund av uppvärmningen, vilket är nödvändigt för att reaktionen ska fortsätta.

9. Järn kan reagera med koncentrerade (50%) alkalier när de upphettas: Fe + 2KOH + 2H20 \u003d K2 + H2

10. Reagerar med lösningar av salter av mindre aktiva metaller, extruderar järn dessa metaller från saltet och förvandlas till en tvåvärd katjon: CuCl2 + Fe \u003d FeCl2 + Cu.

Egenskaper hos järnföreningar.

Fe 2+  Förhållandet mellan laddningen och radien för denna katjon är nära det för Mg 2+; därför är det kemiska beteendet hos oxid, hydroxid och järnhaltiga salter liknande beteendet hos motsvarande magnesiumföreningar. I en vattenlösning bildar järnkationen ett 2+ ljusgrönt vattenkomplex. Denna katjon oxideras lätt även direkt i lösning med atmosfäriskt syre. FeCl2-lösningen innehåller komplexa partiklar 0. Laddningskoncentrationen för en sådan katjon är låg, därför är hydrolysen av salter måttlig.

1. FeO - huvudoxiden, svart, upplöses inte i vatten. Lättlösligt i syror. Vid uppvärmning över 500 0 С står i proportion till: 4FeO \u003d Fe + Fe 3 O 4. Det kan erhållas genom omsorgsfullt kalcinering av motsvarande hydroxid, karbonat och oxalat, medan termisk sönderdelning av andra salter av Fe2+ leder till bildning av järnoxid: FeC204 \u003d FeO + CO + CO 2, men 2 FeSO4 \u003d Fe20 3 + SO 2 + SO 3 4Fe (NO 3) 2 \u003d 2Fe 2 O 3 + 8NO 2 + O 2 Järnoxid (II) i sig kan fungera som ett oxidationsmedel, till exempel, vid upphettning, sker reaktionen: 3FeO + 2NH 3 \u003d 3Fe + N 2 + 3H20

2. Fe (OH) 2 - järn (II) hydroxid - olöslig bas. Reagerar med syror. Syra-bas-interaktion och oxidation till järnjärn sker samtidigt med oxiderande syror: 2Fe (OH) 2 + 4H 2 SO 4 (conc) \u003d Fe 2 (SO 4) 3 + SO 2 + 4H20. Kan erhållas genom utbyte lösliga saltreaktioner. Detta är en vit förening som först blir grön i luften på grund av interaktion med luftfuktighet och sedan blir brun på grund av oxidation av atmosfäriskt syre: 4Fe (OH) 2 + 2H 2 O + O 2 \u003d 4Fe (OH) 3.

3. Salter. Som redan nämnts oxideras de flesta Fe (II) -salter långsamt i luft eller i lösning. Det mest resistenta mot oxidation är Mohr-saltet - dubbelsulfat av järn (II) och ammonium: (NH4) 2 Fe (SO4) 2. 6H2O. Fe2+-katjonen oxideras lätt till Fe3+; därför oxiderar de flesta oxidationsmedel, särskilt syraoxiderande medel, järnhaltiga salter. Vid avfyring av sulfid och järndisulfid erhålls järn (III) oxid och svavel (IV) oxid: 4FeS 2 + 11O 2 \u003d 2Fe 2 O 3 + 8SO 2 Järn (II) sulfid löses också upp i starka syror: FeS + 2HCl \u003d FeCl 2 + 2H 2 S Järn (II) karbonat är olösligt, medan vätekarbonat upplöses i vatten.

Fe 3+I förhållande till laddning till radie denna katjon motsvarar en aluminiumkation ,   därför är egenskaperna hos järn (III) katjonföreningar lik de motsvarande aluminiumföreningarna.

Fe 2 O 3 - hematit, amfotär oxid, i vilken huvudegenskaperna råder. Amfotericitet manifesteras i möjligheten att legera med fasta alkalier och alkalimetallkarbonater: Fe203 + 2NaOH \u003d H2O + 2NaFeO 2 - gult eller rött, Fe203 + Na2CO3 \u003d 2NaFeO 2 + CO 2. Ferrater (II) sönderdelas med vatten med frigörandet av Fe203. nH20.

Fe 3 O 4- magnetit, en svart substans som kan betraktas antingen som en blandad oxid - FeO. Fe203 eller som järn (II) oxometaferrat (III): Fe (FeO 2) 2. När man interagerar med syror ger en blandning av salter: Fe 3 O 4 + 8 HCl \u003d FeCl 2 + 2FeCl 3 + 4H20.

Fe (OH) 3 eller FeO (OH) är en rödbrun gelatinös fällning, amfotär hydroxid. Förutom interaktioner med syror reagerar den med en varm koncentrerad alkalilösning och smälts med fasta alkalier och karbonater: Fe (OH) 3 + 3KOH \u003d K3.

Salt.De flesta salter av järnjärn är lösliga. Liksom aluminiumsalter genomgår de stark hydrolys genom katjon, som i närvaro av anjoner av svaga och instabila eller olösliga syror kan bli irreversibla: 2FeCl 3 + 3Na 2 CO 3 + 3H20 \u003d 2Fe (OH) 3 + 3CO 2 + 6NaCl. Vid kokning av en lösning av järn (III) klorid kan hydrolys också göras irreversibel, eftersom lösligheten av väteklorid som vilken gas som helst vid uppvärmning minskar och den lämnar reaktionssfären: FeCl3 + 3H20 \u003d Fe (OH) 3 + 3HCl (vid uppvärmning).

Oxidationsförmågan hos denna katjon är mycket hög, speciellt med avseende på omvandling till Fe 2+: Fe 3+ + ē \u003d Fe 2+ φ o \u003d 0,77 v. Som ett resultat av detta:

a) lösningar av salter av järnjärn oxiderar alla metaller upp till koppar: 2Fe (NO 3) 3 + Cu \u003d 2Fe (NO 3) 2 + Cu (NO 3) 2,

b) utbytningsreaktioner med salter som innehåller lätt oxiderbara anjoner inträffar samtidigt med deras oxidation: 2FeCl 3 + 2KJ \u003d FeCl 2 + J2 + 2KCl 2FeCl 3 + 3Na 2 S \u003d 2FeS + S + 6NaCl

Liksom andra trivalenta katjoner kan järn (III) bilda alun-dubbla sulfater med katjoner av alkalimetaller eller ammonium, till exempel: NH4 Fe (SO4) 2. 12H20.

Komplexa föreningar.  Båda järnkatjoner är benägna att bilda anjoniska komplex, särskilt järn (III). FeCl3 + KCl \u003d K, FeCl3 + Cl2 \u003d Cl + -. Den senare reaktionen återspeglar effekten av järn (III) klorid som en elektrofil sileringskatalysator. Av intresse är cyanidkomplex: 6KCN + FeSO4 \u003d K4 - kaliumhexacyanoferrat (II), gult blodsalt. 2K 4 + Cl2 \u003d 2K 3 + 2KCl - kaliumhexacyanoferrat (III), rött blodsalt. Järnjärnkomplexet ger en blå fällning eller lösning med ett järnhaltigt salt, beroende på förhållandet mellan reaktanterna. Samma reaktion inträffar mellan rött blodsalt och eventuellt järn salt. I det första fallet kallades fällningen Preussiskt blått, i det andra - vinkelrött blått. Senare visade det sig att lösningarna åtminstone har samma sammansättning: K - kaliumjärn (II, III) hexacyanoferrat. De beskrivna reaktionerna är kvalitativa för närvaro i lösningen av motsvarande järnkationer. En kvalitativ reaktion på närvaron av järnkation är uppkomsten av en blodröd färg vid interaktion med kaliumtiocyanat (tiocyanat): 2FeCl 3 + 6KCNS \u003d 6KCl + Fe.

Fe +6. Oxidationstillståndet +6 för järn är instabilt. Det är möjligt att endast erhålla anjonen FeO4 2-, som endast finns vid pH\u003e 7-9, men är ett starkt oxidationsmedel.

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

Fe (sågspån) + H2O + KOH + KNO 3 \u003d K 2 FeO 4 + KNO 2 + H2

2Fe (OH) 3 + 3Cl2 + 10KOH \u003d 2K2 FeO4 + 6KCl + 6H20

Fe203 + KClO3 + 4KOH \u003d 2K2 FeO4 + KCl + 2H20

4K 2 FeO4 + 6H20 \u003d 4FeO (OH) ↓ + 8KOH + 3O2

4BaFeO 4 (uppvärmning) \u003d 4BaO + 2Fe203 + 3O2

2K 2 FeO4 + 2CrCl3 + 2HCl \u003d FeCl3 + K2 Cr207 + 2KCl + H20

Järnproduktion i industrin:

A) domänprocess: Fe203 + C \u003d 2FeO + CO

FeO + C \u003d Fe + CO

FeO + CO \u003d Fe + CO 2

B) aluminotermi: Fe203 + Al \u003d Al203 + Fe

KROM - ett element med serienummer 24, med en relativ atommassa på 51,996. Den tillhör 3d-familjen av element, har en elektronisk konfiguration av 3d 5 4s 1 och i det periodiska systemet är i IV-perioden, VI-grupp, sidogrupp. Möjliga oxidationstillstånd: +1, +2, +3, +4, +5, +6. Av dessa är de mest stabila +2, +3, +6, och +3 har den minsta energin.

Genom sina fysiska egenskaper är krom en gråvit, glänsande, hård metall med en smältpunkt på 1890 ° C. Styrkan hos dess kristallgitter beror på närvaron av fem oparade d-elektroner som kan delvis kovalent bindning.

Kemiska egenskaper hos ett enkelt ämne.

Vid låga temperaturer är krom inert på grund av närvaron av en oxidfilm, interagerar inte med vatten och luft.

1. Den interagerar med syre vid temperaturer över 600 ungefär C. I detta fall bildas kromoxid (III) - Cr203.

2. Interaktion med halogener sker på olika sätt: Cr + 2F 2 \u003d CrF4 (vid rumstemperatur), 2Cr + 3Cl2 (Br2) \u003d 2CrCl3 (Br3), Cr + J2 \u003d CrJ 2 (med betydande uppvärmning ). Det sägs att krom (III) jodid kan existera och erhålls genom utbytningsreaktionen i form av kristallint CrJ3-hydrat. 9H 2 O, men dess termiska stabilitet är liten, och när den upphettas sönderdelas den till CrJ 2 och J2.

3. Vid temperaturer över 120 ° C interagerar krom med smält svavel för att ge krom (II) sulfid - CrS (svart).

4. Vid temperaturer över 1000 ° C reagerar krom med kväve och kol, vilket ger icke-stökiometriska, kemiskt inerta föreningar. Bland dem kan karbid med en ungefärlig CrC-komposition noteras, som i hårdhet närmar sig diamant.

5. Krom reagerar inte med väte.

6. Reaktionen med vattenånga fortsätter enligt följande: 2Cr + 3H20 \u003d Cr203 + 3H2

7. Reaktionen med icke-oxiderande syror är ganska enkel, och ett vattenkomplex 2+ av himmelblå färg bildas, vilket är stabilt endast i frånvaro av luft eller i en väteatmosfär. I närvaro av syre fortskrider reaktionen annorlunda: 4Cr + 12HCl + 3O2 \u003d 4CrCl3 + 6H20. Utspädda syror mättade med syre passiverar till och med krom på grund av bildandet av en stark oxidfilm på ytan.

8. Syraoxiderande medel: salpetersyra med vilken koncentration som helst, koncentrerad svavelsyra-klorvätesyra passiverar krom så att den efter ytbehandling med dessa syror inte längre reagerar med andra syror. Passivering tas bort vid uppvärmning. I detta fall erhålls krom (III) -salter och svavel- eller kvävedioxid (från perklorsyra-klorid). Passivering på grund av bildandet av en saltfilm sker under interaktion mellan krom och fosforsyra.

9. Krom reagerar inte direkt med alkali, utan reagerar med alkaliska smälter med tillsats av oxidationsmedel: 2Cr + 2Na 2 CO 3 (g) + 3O 2 \u003d 2Na 2 CrO4 + 2CO2

10. Krom kan reagera med saltlösningar och förskjuter mindre aktiva metaller (står till höger om den i spänningsraden) från saltkompositionen. I detta fall förvandlas krom i sig till en Cr2+-katjon.

Uppfinningen hänför sig till den kemiska industrin, i synnerhet en anläggning för framställning av aluminiumhydroxid och väte. Installationen inkluderar en anordning för blandning av finfördelat aluminium- och vattenpulver, en reaktor för kemisk interaktion mellan vatten och aluminium, åtföljd av utvecklingen av en väteinnehållande gasblandning och bildning av aluminiumoxidationsprodukter, samt en anordning för att avlägsna den väteinnehållande gasblandningen och aluminiumoxidationsprodukter. Reaktorn för kemisk växelverkan mellan vatten och aluminium är utrustad med en blandningsanordning och en ultraljudsupphängningsbestrålningsanordning belägen i reaktorn. Uppfinningen förbättrar produktiviteten hos processen. 1 sjuk.

Siffror till Ryska federationens patent 2350563

Uppfinningen hänför sig till den kemiska industrin, i synnerhet till en anordning för att producera väte och aluminiumhydroxid i en svag lösning av alkali från aluminiummetall genom oxidation i ett ultraljudsfält.

Aluminiumhydroxider används i olika industrier som adsorbenter, katalysatorer etc. Aluminiumhydroxider med hög renhet används i den elektroniska och optiska industrin i form av ett fint pulver - som slippulver, i synnerhet för hårddiskar eller magnetiska huvuden, samt för att erhålla råmaterial för anspråk keramik, syntetiska rubiner och safirer för den optiska och elektroniska industrin, att öka hållfasthetsegenskaperna hos betong i kritisk konstruktion.

Uppfinningen hänför sig särskilt till ett förfarande för framställning av aluminiumhydroxider av boehmitform. Metoden gör det möjligt att erhålla väte, som kan användas för kemisk produktion, metallurgi, autonom energiförsörjning baserad på väte.

Den huvudsakliga metoden för industriell produktion av aluminiumhydroxider är Bayer-processen och deras efterföljande torkning och kalcinering leder till produktion av aluminiumoxider (Chemical Encyclopedia, red. "Soviet Encyclopedia", M., 1988, v.1, s.213-214).

Konventionella metoder för framställning av aluminiumhydroxider ger emellertid inte hög renhet för produkten.

En känd metod för framställning av aluminiumhydroxider i form av ett fint pulver, som består i att blanda en aluminiumförening, en föregångare av aluminium och åtminstone en av de föreningar som används som utsädesmaterial för kristaller av aluminiumhydroxid, följt av kalcinering i en atmosfär innehållande väteklorid (EP-nr. 1262457, C01F 7/02, publ. 04.12.2002).

Denna metod tillhandahåller emellertid inte ett material med den erforderliga renheten och den önskade strukturen. Dessutom är metoden för framställning av hydroxider i form av geler obekväm genom att dess isolering är svår att filtrera och dessutom är slip- eller strängsprutningssteg nödvändiga för att erhålla fina pulver.

Det verkar som det är mer bekvämt att erhålla aluminiumhydroxider genom interaktion av aluminiummetall med vatten, men på grund av bildandet av en oxidfilm på aluminiumytan minskar dess aktivitet snabbt. För att förhindra detta fenomen används olika tillsatser.

Således finns det kända metoder för framställning av väte, bestående av interaktion mellan metaller, inklusive aluminium med vatten (US nr. 3348919, 423-657, publ. 10.24.1967, US nr 3985866, 423-657, publ. 12.10.1976). I dessa metoder används förutom aluminium även andra metaller - alkaliska, jordalkaliska metaller eller legeringar (EP-nr 248960, С01В 3/086, publ. 16.12.1987).

I andra metoder (US nr 2958582, 423-627, publ. 01.10.1958, US nr 2958583, 423-627, publ. 01.10.1958) för att erhålla aluminiumhydroxider och väte, är det nödvändigt att använda ytterligare substanser som underlättar interaktionen av reagensen, till exempel katalytiska mängder organiska aminer. Införandet av dessa ämnen gör det omöjligt att få ren aluminiumhydroxid. Processen för interaktion mellan aluminium eller dess föreningar och väte genomförs i en anläggning som inkluderar en reaktor med en omrörare, där startreagensen införs. Installationen inkluderar en värmeväxlare, en separator och ett filter för att separera den resulterande suspensionen av aluminiumhydroxider med vatten.

Känd (US nr. 2758011, 423-627, publ. 07.08.1956) ett förfarande för framställning av aluminiumoxid i form av boehmit (-AlOOH), som består i interaktionen som utförs i en autoklav, som laddar vatten och aluminium i form av fina partiklar. Blandningen upphettas sedan till en temperatur av 250-374 ° C (482-705 ° F), varefter omrörning påbörjas vid samma temperatur under ett tillräckligt tryck för att hålla vatten i vätskefasen. Processen genomförs under en tid som är tillräcklig för interaktion mellan all aluminium, i de angivna exemplen är denna tid cirka 4 timmar. Efter att allt aluminium har reagerat stoppas omrörningen, autoklaven med reaktionsblandningen kyls och den resulterande aluminiumhydroxiden separeras. Installation för genomförande av metoden inkluderar en reaktor med en omrörare, öppningar för införande av vatten och pulveriserat aluminium, en sump, en kondensor för att ta emot ånga och gas. Att utföra en sådan metod i industriell skala är inte tekniskt avancerad på grund av dess periodiska läge; metoden tillåter dig inte att variera formen på den resulterande produkten är aluminiumhydroxid.

En känd metod för att producera väte, som består i det faktum att de metallinnehållande ämnena interagerar med vatten. De metallinnehållande substanserna beläggs med en vattenlöslig polymerfilm innan de matas till reaktorn. Interaktionen utförs i ett vattenhaltigt medium, vars parametrar motsvarar parametrarna för dess superkritiska tillstånd, vilket gör det möjligt att utföra processen för skikt-för-skikt-förbränning av metallinnehållande ämnen med väteutvecklingen (RU-nr. 2165388, US 3/10, publ. 04.07.2000).

Pulveriserat aluminium kan användas som metallinnehållande ämnen, och en lösning av polyetylenoxid i dioxan eller metylalkohol kan användas som en vattenlöslig polymerfilm. Trycket för det superkritiska tillståndet i vattenmiljön är mer än 22,12 MPa, och temperaturen är mer än 647,3 K (374 ° C). Metoden gör det möjligt att erhålla en väteblandning av kompositionen: 96,1 volymprocent väte, 3,9 volymprocent kolmonoxid; och genomföra regenerering av råvaran. Formen på den resulterande aluminiumhydroxidprocessen är emellertid inte boehmit.

Känd är ett förbättrat förfarande för framställning av aluminiumhydroxid med hög renhet i form av hydrargillit, vilket innefattar stegen att: (a) införa fast, inte pulveriserat aluminium, företrädesvis i form av göt, i varmt vatten vid cirka 70 ° C för att erhålla en reaktionsblandning; (b) omröring av denna blandning under cirka 20 minuter; (c) införa ett alkalifasta ämne, företrädesvis natriumhydroxid, i blandningen och värma det till en kokpunkt; (d) sänka temperaturen till 75-80 ° C och omrörning under 60 minuter; (e) sänka temperaturen till rumstemperatur; och (f) filtrering av blandningen, vilket resulterar i aluminiumhydroxid med hög renhet. Denna metod använder en ytterligare substans - natriumhydroxid, som bidrar till bildandet av föroreningar (US nr. 5435986, C01F 7/02, publ. 25.07.1995).

Ett känt förfarande för framställning av hydroxider eller oxider av aluminium och väte från aluminium och destillerat vatten, kännetecknat av att från finfördelat aluminium med en partikelstorlek av högst 20 μm framställs en suspension av pulveriserat aluminium i vatten i ett förhållande av Al: H20 \u003d 1: 4-16 vikt.h , som kontinuerligt matas in i en högtrycksreaktor, där en suspension av pulveriserat aluminium sprayas med en droppdiameter av högst 100 μm i vatten vid en temperatur av 220-900 ° C och ett tryck av 20-40 MPa, med ett förhållande av suspension till vatten på 1: 50-100 vikt. timmar efter att ha lämnat det höga Vid ett tryck matas gasen in i kondensorn och väte avlägsnas från den, och aluminiumhydroxid eller aluminiumoxid överförs till suspensionssumpen. I detta fall erhålls aluminiumhydroxid av boehmitform vid en temperatur av 250-350 ° C, ett tryck av 32-35 MPa med ett förhållande av Al: H20 \u003d 1: 8-12 viktdelar. (RU nr 2223221, C01F 7/42, 3/10, publ 02/10/2004).

Från samma källa finns det en känd installation för att implementera metoden, inklusive en bländare, en reaktor, en uppslamningstank, en kondensor. Samtidigt är reaktorn en högtrycksapparat utrustad med ett munstycke för sprutning av en suspension av pulveriserat aluminium i vatten till en droppdiameter på högst 100 μm. För att implementera metoden, bereda först en suspension av pulveriserat aluminium (partikelstorlek upp till 20 mikron, företrädesvis upp till 5 mikron) i vatten i ett förhållande av Al: H20 \u003d 1: 4-16 vikt.h. Denna dispersion matas in i reaktorn, där den sprayas i vatten under ett tryck av 20-40 MPa vid en temperatur av 220-900 ° C. Det är nödvändigt att säkerställa fin sprutning av suspensionen - droppernas storlek ska vara högst 100 mikron, medan förhållandet mellan suspension och vatten är 1: 50-100 viktdelar, med kontinuerligt avlägsnande av väte och aluminiumhydroxid.

Detta välkända beslut togs som en prototyp.

Av analysen av inhemska och utländska publikationer följer att de för närvarande kända metoderna inte säkerställer fullständigheten av aluminiumoxidation med vatten och är ineffektiva. Dessutom använder dessa metoder övervägande dyra ultrafina aluminiumpulver och aktiverade aluminiumlegeringar. Det senare för att producera väte är kompromisslöst eftersom det är energikrävande och ineffektiva metoder.

Föreliggande uppfinning syftar till att lösa det tekniska problemet med att skapa en anläggning för en kontinuerlig process, som möjliggör samtidigt att erhålla väte och aluminiumhydroxider med hög renhet för slutprodukten med den lägsta möjliga energiförbrukningen.

Det tekniska resultatet som uppnås i detta fall är att öka driftseffektiviteten och produktiviteten genom att säkerställa produktionen av rena väte- och aluminiumoxidationsprodukter, samtidigt som man upprätthåller ett säkert temperaturregime för processblandningen och eliminerar bildandet av en explosiv blandning av väte med syre.

Det specificerade tekniska resultatet uppnås genom det faktum att i installationen för framställning av aluminiumhydroxid och väte, inklusive en anordning för blandning av finfördelat aluminium- och vattenpulver, en reaktor för kemisk växelverkan mellan vatten och aluminium, åtföljd av frisättningen av en väteinnehållande gasblandning och bildning av aluminiumoxidationsprodukter, samt en anordning för att avlägsna väteinnehållande gasblandning och aluminiumoxidationsprodukter, reaktorn för kemisk interaktion mellan vatten och aluminium är utrustad med en blandningsanordning m och en anordning för ultraljudsbestrålning av suspensionen belägen inuti reaktorn.

Dessa funktioner är betydande och sammankopplade med bildandet av en stabil uppsättning viktiga funktioner som är tillräckliga för att uppnå det specificerade tekniska resultatet.

Föreliggande uppfinning illustreras av ett specifikt exempel, som emellertid inte är det enda möjliga, men tydligt visar möjligheten att uppnå ovanstående uppsättning funktioner hos det erforderliga tekniska resultatet.

På ritningen - ett flödesschema över produktion av aluminiumhydroxid och väteproduktion.

Inom ramen för föreliggande uppfinning visas ett flödesschema över produktion av aluminiumhydroxid i en reaktor genom ultraljudaktivering av aluminiummetallpulver i en svag alkalilösning i en kontinuerlig mod på ritningen, för en kontinuerlig metod för framställning av väte och nanodispergerad aluminiumhydroxid i en reaktor genom ultraljudaktivering av aluminiummetallpulver i en svag alkalilösning.

En anläggning för produktion av aluminiumhydroxid och väte innefattar en anordning för blandning av finfördelat aluminium- och vattenpulver i en förutbestämd andel, från vilken denna blandning matas till en reaktor för kemisk växelverkan av vatten med aluminium, åtföljd av väteutveckling och bildning av aluminiumoxidationsprodukter. Reaktorn för kemisk interaktion mellan vatten och aluminium är tillverkad av lågt tryck med funktionen att blanda rotationen av suspensionen inuti reaktorn och är utrustad med en ultraljudsbestrålningsanordning för suspensionen inuti reaktorn när den rörs om med rotation. Anordningar för avlägsnande av den väteinnehållande gasblandningen och aluminiumoxidationsprodukter bildar transportflödena av färdiga produkter erhållna i reaktorn.

En apparat för framställning av aluminium- och vätehydroxid inkluderar en plattformsskala 1, en lösningsmedelsreaktor 2, en reaktor 3, en kondensor 4, en torkkolonn 5, en klarare 6, ett filter 7 (eller en centrifug), en elektrisk ugn 8 (torktumlare) och en kulkvarn 9, värmeväxlare 10. Reaktorn 3 är utrustad med en trycksensor, en lösningstemperatursensor i reaktorn, en metallsensor i lösningen i reaktorn och en blandningsanordning.

En lösning av elektrolyten med en given koncentration framställs i en lösningsmedelsreaktor 2 genom att lösa mängden fast alkali uppmätt med plattformskala 1 i avjoniserat vatten. Den beredda lösningen tillförs reaktorn, samtidigt matas en vatten-aluminiumsuspension in i reaktorn genom doseringspumpen, vars blandning utsätts för ultraljudsbestrålning för att bryta oxidfilmen från ytan på aluminiumpartiklar och börja sin oxidation i reaktor 3 under omrörning och temperaturen hos elektrolyten inuti denna reaktor är 65-70 ° S. Produkten som härrör från kemiska reaktioner, nanodispergerad aluminiumhydroxid, tvättas från elektrolyten på filter 7. Det första filtratet återförs till lösningsmedelsreaktorn 2 för att framställa en ny del av elektrolytlösningen. För att minska belastningen på filtret separeras lätt koagulerade sediment från supernatanten i klarare-klararen 6. Supernatanten används för att framställa en elektrolytlösning i reaktorn 2. I stället för filter 7 rekommenderas det ibland att använda en centrifug. Den nödvändiga torkningen och kalcineringen av produkten utförs i en elektrisk ugn 8. Om produkten, som ett resultat av värmebehandling, förlorar sin flytbarhet, slipas den i en kulkvarn 9. Apparaten 7, 8 och 9 kan ersättas med en spraytork.

Det utvecklade väte passerar genom en kondensator 4 för att avlägsna vattenånga, torkkolonnen 5 och skickas till kollektorn. Ångkondensatet återförs till reaktorn. 3. För att värma vattnet tillsatt till reaktorn är en värmeväxlare 10 anordnad i kretsen.

Vid organisering av den kontinuerliga produktionen av aluminiumhydroxid måste vatten tillföras manteln på lösningsmedelsreaktorn för att värma elektrolyten till önskad temperatur. För detta används värmen som används i reaktorns 3 mantel.

Det utvecklade hårdvaru- och teknikschemat för produktion av aluminiumhydroxid kan enkelt monteras på basis av befintliga elektrokemiska anläggningar. Tekniken för att producera väte- och aluminiumhydroxider är att från ett fint dispergerat aluminium, med en partikelstorlek på högst 20 μm, framställs en suspension av pulveriserat aluminium i vatten, som kontinuerligt matas in i reaktorn genom en ultraljudsbestrålningsenhet. Från den övre delen av reaktorn matas den resulterande ånga-väte-blandningen till en kondensor i vilken ånga kondenseras, och väte tillförs övergången eller konsumenten genom torksystemet. Aluminiumhydroxid avlägsnas från reaktorns botten till en klarare-klarare. Tekniken för att producera väte och ultrafin aluminiumhydroxid är baserad på en kemisk reaktion, presenterad enligt schemat.

Föredragna indikatorer.

1. Enkelhet, tillförlitlighet och kompakthet i utförandet jämfört med analoger.

2. Låg energiförbrukning per 1 m 3 N och 2 kg ALOOH: ultraljud - 500 W · h, pump - 500 W · h.

Nyheten med metoden ligger i det faktum att med en kontinuerlig kontrollerad tillförsel av en vattenhaltig suspension av aluminiumpulver utförs dess ultraljudaktivering, där den kemiska växelverkan mellan vatten och aluminium inträffar, tillsammans med utvecklingen av väte och bildandet av aluminiumoxidationsprodukter (hydroxider). I allmänhet garanterar användningen av en kombination av påverkande faktorer i den utvecklade metoden produktionen av rent väte, aluminiumoxidationsprodukter, upprätthåller en säker temperatur i processblandningen och eliminerar bildandet av en explosiv blandning av väte med syre.

Aktiveringen av aluminium utförs enligt tekniken för preliminär bearbetning av aluminiumpulver som produceras av industrin med ultraljud.

Av resultaten från teoretiska beräkningar och experimentella studier följer att när man bränner 1 kg aluminium i vattenhaltiga medier, tillsammans med värmeenergi (17,1 MJ), frigörs en stor mängd vätgas med hög renhet (1,165 nm 3) och mer än 2 kg nanokristallin aluminiumhydroxider bildas, marknaden vars kostnad är $ 50-400 per kg.

Detta gör att du kan använda denna process för att producera väte i autonoma, högpresterande och energieffektiva gasgenererande enheter, inklusive små och autonoma gassvetsenheter.

När det genererade väte förbränns i termiska och framdrivningssystem överskrider energiutbytet (30,57 MJ / kg) kostnaden för regenerering av det initiala bränslet från aluminiumoxid (26,3 MJ / kg). Energi tillhandahålls under fullständig regenerering av startkomponenterna (aluminium och vatten) utan att giftiga komponenter släpps ut i atmosfären.

Den specifika kostnaden för 1 MJ energi vid förbränning av aluminium med dess efterföljande regenerering genom elektrolys av aluminiumoxid är betydligt lägre jämfört med förbränningen av bensiner och vattenkraft.

Energibalansen i förbrännings- och regenereringscyklerna ger en vinst på cirka 16% av energin på grund av efterbränningen av det frigjorda väte till vatten med atmosfäriskt syre. Med fullständig regenerering av startreagensen (aluminium och vatten) är det således möjligt att autonomt tillhandahålla värmeenergi till en kostnad av 1 MJ - 0,0015 $, vilket är ekonomiskt mer lönsamt än att bränna kolvätebränsle ($ 0,007).

Aluminiumenergiteknologier kan användas i olika energianordningar, såväl för produktion av väte och mycket ren högspridd aluminiumoxid, vars marknadsvärde för 1 kg är från $ 150 till $ 400 med kostnaden för aluminiumkällan 1,5-2 $ för 1 kg.

Således möjliggör föreliggande uppfinning gemensam produktion av aluminiumhydroxider med en given struktur och väte när metoden genomförs kontinuerligt, med preliminär beredning av en suspension av pulveriserat aluminium i vatten. Den resulterande metoden kännetecknas av icke-avfall, tillverkbarhet och hög produktivitet samt miljösäkerhet.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN

Installation för produktion av aluminiumhydroxid och väte, inklusive en anordning för blandning av finfördelat aluminium- och vattenpulver, en reaktor för kemisk växelverkan av vatten med aluminium, åtföljd av utvecklingen av en väteinnehållande gasblandning och bildning av aluminiumoxidationsprodukter, samt en anordning för att avlägsna den väteinnehållande gasblandningen och aluminiumoxidationsprodukter, kännetecknad av det faktum att reaktorn för kemisk interaktion mellan vatten och aluminium är utrustad med en blandningsanordning och en ultraljudsanordning strålning av suspensionen belägen inuti reaktorn.

"Väte genereras endast när det är nödvändigt, så att du kan producera det exakt så mycket du behöver", förklarade Woodall på universitetssymposiet, som beskrev detaljerna om upptäckten. Denna teknik kan till exempel användas tillsammans med små förbränningsmotorer i olika applikationer - bärbara nödgeneratorer, gräsklippare och sågar. Teoretiskt kan den användas på bilar och lastbilar.

Väte frigörs spontant när vatten tillsätts till kulor gjorda av en legering av aluminium och gallium. "Samtidigt reagerar aluminium i en fast legering med vatten och slänger bort syre från molekylerna," kommenterar Woodall. Följaktligen frigörs det återstående väte i det omgivande utrymmet.

Närvaron av gallium är avgörande för reaktionens passage, eftersom det förhindrar bildandet av en oxidfilm på aluminiumytan under dess oxidation. En sådan film förhindrar vanligtvis ytterligare oxidation av aluminium och fungerar som en barriär. Om dess bildning bryts fortsätter reaktionen tills allt aluminium konsumeras.

Woodall upptäckte denna process med en flytande aluminium-galliumlegering 1967 när han arbetade inom halvledarindustrin. "Jag rengörde degeln som innehöll en legering av gallium och aluminium," säger han. "När jag tillsatte vatten där inträffade en stark bomull. Efter det gick jag tillbaka till laboratoriet och studerade i flera timmar vad exakt hände. ”

”Gallium är en nödvändig komponent eftersom den smälter vid låg temperatur och löser aluminium, vilket gör det möjligt att reagera med vatten. - förklarar Woodall. "Detta var en oväntad upptäckt, eftersom det är välkänt att fast aluminium inte interagerar med vatten."

De slutliga reaktionsprodukterna är gallium och aluminiumoxid. Förbränning av väte leder till bildning av vatten. "Således uppnås inga giftiga utsläpp," säger Woodall. "Det är viktigt att notera att gallium inte är involverat i reaktionen, så att den kan kasseras och återanvändas. Detta är viktigt, eftersom nu denna metall är mycket dyrare än aluminium. Men om denna process börjar användas i stor utsträckning kommer gruvindustrin att kunna producera billigare gallium av låg kvalitet. Som jämförelse är allt gallium som för närvarande används starkt renat och används främst inom halvledarindustrin. "

Woodall säger att eftersom väte kan användas istället för bensin i förbränningsmotorer är det möjligt att använda tekniken i biltransport. Men för att tekniken ska konkurrera med bensin är det nödvändigt att sänka kostnaderna för att minska aluminiumoxid. "Just nu är kostnaden för ett kilo aluminium mer än $ 1, och därför kan du inte få mängden väte motsvarande bensin till ett pris av $ 3 per gallon," förklarar Woodall.

Emellertid kan aluminiumkostnaden sänkas om den erhålls från oxid genom elektrolys, och elen för det kommer att gå med eller. I detta fall kan aluminium produceras direkt på plats, och det finns inget behov av att överföra el, vilket minskar de totala kostnaderna. Dessutom kan sådana system placeras i avlägsna områden, vilket är särskilt viktigt när man bygger kärnkraftverk. Enligt Woodall kommer detta tillvägagångssätt att minska användningen av bensin, minska föroreningarna och beroendet av oljeimport.

"Vi kallar det aluminiumbaserad väteenergi," säger Woodall, "och det kommer inte att vara svårt att konvertera förbränningsmotorer till väte." Allt som behövs är att ersätta deras bränsleinsprutare med en vätgas. ”

Systemet kan också användas för att driva bränslecellerna. I detta fall kan den redan konkurrera med bensinmotorer - även till dagens höga aluminiumkostnad. "Effektiviteten för bränslecellsystem är 75% medan förbränningsmotorn är 25%", säger Woodall. "Så snart tekniken är allmänt tillgänglig kommer vår vätgasåtervinningsteknik att bli ekonomiskt livskraftig."

Forskare betonar värdet av aluminium för energiproduktion. "De flesta vet inte hur mycket energi som finns i den," förklarar Woodall. "Varje kilo (450 gram) metall kan ge 2 kW * timmar när man bränner det frigjorda väte och samma mängd energi i form av värme. Således kommer en genomsnittlig bil med en tank fylld med kulor av aluminiumlegering (cirka 150 kg) att kunna köra cirka 600 km, och den kommer att kosta $ 60 (det antas att aluminiumoxid sedan kommer att kasseras). Som jämförelse, om jag lägger gas i tanken, kommer jag att få 6 kW * timmar från varje kilo, vilket är 2,5 gånger mer energi från ett kilo aluminium. Med andra ord kommer jag att behöva 2,5 gånger mer aluminium för att få samma mängd energi. Det är dock viktigt att jag helt utesluter bensin och använder ett billigt ämne tillgängligt i USA istället. "