Buluş, kimya endüstrisi, özellikle alüminyum hidroksit ve hidrojen üretmek için bir tesis ile ilgilidir. Kurulum, ince bölünmüş alüminyum ve su tozunun karıştırılması için bir cihaz, suyun alüminyum ile kimyasal etkileşimi için bir reaktör, hidrojen içeren bir gaz karışımının gelişimi ve alüminyum oksidasyon ürünlerinin oluşumu ile birlikte hidrojen içeren gaz karışımı ve alüminyum oksidasyon ürünlerinin çıkarılması için bir cihaz içerir. Suyun alüminyumla kimyasal etkileşimi için reaktör, bir karıştırma cihazı ve reaktörün içine yerleştirilmiş bir ultrasonik süspansiyon ışınlama cihazı ile donatılmıştır. Buluş, işlemin verimliliğini arttırır. 1 hasta.

Rusya Federasyonu patenti rakamları 2350563

Buluş, özellikle kimya endüstrisiyle, ultrasonik bir alanda oksidasyon yoluyla alüminyum metalden zayıf bir alkali çözeltisinde hidrojen ve alüminyum hidroksit üretmek için bir cihaza ilişkindir.

Alüminyum hidroksitler adsorbanlar, katalizörler vb. Gibi çeşitli endüstrilerde kullanılır. Yüksek saflıkta alüminyum hidroksitler, elektronik ve optik endüstrisinde ince bir toz formunda - özellikle sert diskler veya manyetik kafalar için aşındırıcı tozlar olarak ve ayrıca optik ve elektronik endüstrileri için seramik, sentetik yakut ve safir için hammadde elde etmek için kullanılır, kritik yapılarda betonun mukavemet özelliklerini arttırmak.

Buluş, özellikle, boehmit formundaki alüminyum hidroksitleri üretmek için bir yönteme ilişkindir. Yöntem, kimyasal üretim, metalurji, hidrojene dayalı otonom enerji temini için kullanılabilen hidrojen elde edilmesine izin verir.

Alüminyum hidroksitlerin endüstriyel üretimi için ana yöntem Bayer işlemidir ve müteakip kurutma ve kalsinasyonu alüminyum oksitlerin üretimine yol açar (Chemical Encyclopedia, ed. "Sovyet Ansiklopedisi", M., 1988, v.1, s.213-214).

Bununla birlikte, alüminyum hidroksitleri üretmeye yönelik geleneksel yöntemler, ürünün yüksek saflığını sağlamaz.

Bir alüminyum bileşiği, bir alüminyum öncüsü ve alüminyum hidroksit kristalleri için tohum malzemesi olarak kullanılan bileşiklerden en az birinin ve ardından hidrojen klorür içeren bir atmosferde kalsinasyondan oluşan ince bir toz formunda alüminyum hidroksitler üretmek için bilinen bir yöntem (EP No. 1262457, C01F 7/02, yayın 04.12.2002).

Bununla birlikte, bu yöntem gerekli saflıkta ve istenen yapıda bir malzeme sağlamaz. Ek olarak, jel formunda hidroksitler üretme yöntemi, izolasyonunun filtrelenmesinin zor olması ve ayrıca ince tozların elde edilmesi için öğütme veya ekstrüzyon adımlarının gerekli olması bakımından elverişsizdir.

Alüminyum metalinin su ile etkileşimi ile alüminyum hidroksidlerin elde edilmesinin daha uygun olduğu görülmektedir, ancak alüminyum yüzeyinde bir oksit filmin oluşumu nedeniyle aktivitesi hızla azalmaktadır. Bu fenomeni önlemek için çeşitli katkı maddeleri kullanılır.

Bu nedenle, alüminyum ile su da dahil olmak üzere metallerin etkileşiminden oluşan hidrojen üretmek için bilinen yöntemler vardır (US No. 3348919, 423-657, yayın 10.24.1967, US No. 3985866, 423-657, yayın 12.10.1976). Bununla birlikte, bu yöntemlerde, alümine ek olarak, diğer metaller kullanılır - alkalin, alkalin toprak metalleri veya alaşımları (EP No. 248960, С01В 3/086, yayın 16.12.1987).

Alüminyum hidroksitleri ve hidrojeni elde etmek için diğer yöntemlerde (US No. 2958582, 423-627, publ. 01.10.1958, US No. 2958583, 423-627, publ. 01.10.1958), katalitik miktarların etkileşimini kolaylaştıran ilave maddeler kullanmak gerekir. organik aminler. Bu maddelerin eklenmesi saf alüminyum hidroksit elde etmeyi imkansız hale getirir. Alüminyum veya bileşiklerinin ve hidrojenin etkileşim süreci, başlangıç \u200b\u200breaktiflerinin verildiği bir karıştırıcı ile bir reaktör içeren bir tesiste gerçekleştirilir. Kurulum, bir ısı eşanjörü, bir ayırıcı ve sonuçtaki alüminyum hidroksitlerin süspansiyonunu su ile ayırmak için bir filtre içerir.

Bilinen (US No. 2758011, 423-627, yayın 07.08.1956), ince parçacıklar şeklinde su ve alüminyum yükleyen etkileşimi içeren boehmit (-AlOOH) formunda alümina üretme yöntemi. Karışım daha sonra 250-374 ° C (482-705 ° F) bir sıcaklığa kadar ısıtılır, daha sonra karıştırma, sıvı fazda suyu korumak için yeterli bir basınç altında aynı sıcaklıkta başlatılır. İşlem, tüm alüminyumun etkileşimi için yeterli bir süre için gerçekleştirilir, verilen örneklerde, bu süre yaklaşık 4 saattir. Tüm alüminyum reaksiyona girdikten sonra karıştırma durdurulur, reaksiyon karışımı ile otoklav soğutulur ve elde edilen alüminyum hidroksit ayrılır. Yöntemi uygulamak için bir karıştırıcılı bir reaktör, su ve toz alüminyum tanıtmak için açıklıklar, bir karter, buhar ve gaz almak için bir kondansatör içerir. Böyle bir yöntemi endüstriyel ölçekte uygulamak, periyodik modu nedeniyle teknolojik olarak ileri değildir; yöntem elde edilen ürünün şeklini değiştirmenize izin vermez alüminyum hidroksittir.

Metal içeren maddelerin su ile etkileşime girmesinden oluşan bilinen bir hidrojen üretme yöntemi. Metal içeren maddeler, reaktöre beslenmeden önce suda çözünür bir polimer film ile kaplanır. Etkileşim, parametreleri süper kritik durumunun parametrelerine karşılık gelen, metal içeren maddelerin hidrojenin evrimi ile katman-katman yanması işlemini gerçekleştirmeyi mümkün kılan sulu bir ortamda gerçekleştirilir (RU No. 2165388, СВВ 3/10, yayın 04.07.2000).

Toz halinde alüminyum, metal içeren maddeler olarak kullanılabilir ve dioksan veya metil alkol içindeki bir polietilen oksit çözeltisi, suda çözünür bir polimer film olarak kullanılabilir. Su ortamının süperkritik durumunun basıncı 22.12 MPa'dan yüksektir ve sıcaklık 647.3 K'dan (374 ° C) yüksektir. Yöntem, bileşimin bir hidrojen karışımının elde edilmesine izin verir: hacimce% 96.1 Hidrojen, hacimce% 3.9 Karbon monoksit; ve besleme stokunun yenilenmesini gerçekleştirir. Bununla birlikte, elde edilen alüminyum hidroksit işleminin formu boehmit değildir.

Aşağıdakileri içeren hidrargillit formunda yüksek saflıkta alüminyum hidroksit üretmek için geliştirilmiş bir işlemdir: (a) bir reaksiyon karışımı elde etmek için yaklaşık 70 ° C'de sıcak su içine toz halinde olmayan, tercihen külçe formunda katı su; (b) bu \u200b\u200bkarışımın yaklaşık 20 dakika karıştırılması; (c) karışıma bir alkali katı, tercihen sodyum hidroksit eklenmesi ve kaynama noktasına ısıtılması; (d) sıcaklığın 75-80 ° C'ye düşürülmesi ve 60 dakika karıştırılması; (e) sıcaklığın oda sıcaklığına düşürülmesi; ve (f) yüksek saflıkta alüminyum hidroksit ile sonuçlanan karışımın süzülmesi. Bu yöntem, safsızlıkların oluşumuna katkıda bulunan ek bir madde - sodyum hidroksit kullanır (US No. 5435986, C01F 7/02, pub. 25.07.1995).

Alüminyum ve damıtılmış sudan hidroksitler veya alüminyum ve hidrojen oksitleri üretmek için bilinen bir yöntem olup, özelliği, 20 um'den büyük olmayan bir tanecik boyutuna sahip ince dağılmış alüminyumdan, su içinde toz alüminyumun bir süspansiyonunun Al: H20 \u003d 1: 4-16 oranında hazırlanmasıdır. H. sürekli olarak yüksek basınçlı bir reaktöre beslenir, burada toz halindeki bir alüminyum süspansiyonu, 220-900 ° C'lik bir sıcaklıkta suya 100 um'den fazla olmayan bir damlacık çapı ve 1: 50-100 ağırlığında bir süspansiyona sahip 20-40 MPa'lık bir basınca püskürtülür. yüksekten çıktıktan saatler sonra Bir basınçta, gaz kondansatöre beslenir ve hidrojen ondan çıkarılır ve alüminyum hidroksit veya alüminyum oksit süspansiyon haznesine aktarılır. Bu durumda, boehmit formundaki alüminyum hidroksit, 250-350 ° C'lik bir sıcaklıkta, 32-35 MPa'lık bir Al: H20 \u003d 1: 8-12 ağırlık oranında bir oranda elde edilir. (RU No. 2223221, C01F 7/42, 3/10, yayın 02/10/2004).

Aynı kaynaktan, bir mikser, bir reaktör, bir süspansiyon için bir sedimantasyon tankı, bir kondansatör dahil olmak üzere yöntemin uygulanması için bilinen bir kurulum. Bu durumda, reaktör, yüksek basınçtoz halinde alüminyum süspansiyonunu su içinde 100 mikrondan fazla olmayan bir damlacık çapına püskürtmek için bir nozul ile donatılmıştır. Yöntemi uygulamak için, önce su içinde Al: H20 \u003d 1: 4-16 ağırlık oranında bir toz halinde alüminyum süspansiyonu (parçacık boyutu 20 mikrona kadar, tercihen 5 mikrona kadar) hazırlayın. H. Bu dağılım reaktöre beslenir, burada 220-900 ° C sıcaklıkta 20-40 MPa'lık bir basınç altında su içine püskürtülür. Süspansiyonun ince püskürtülmesini sağlamak gerekir - damlaların boyutu 100 mikrondan fazla olmamalı, süspansiyonun suya oranı, sürekli olarak hidrojen ve alüminyum hidroksitin çıkarılmasıyla ağırlıkça 1: 50-100 kısımdır.

Bu iyi bilinen karar bir prototip olarak verildi.

Yerli ve yabancı yayınların analizinden, şu anda bilinen yöntemlerin alüminyum ile su ile oksidasyonun tam olmasını sağlamadığı ve verimsiz olduğu anlaşılmaktadır. Ek olarak, bu yöntemlerde ağırlıklı olarak pahalı ultra ince alüminyum tozları ve aktifleştirilmiş alüminyum alaşımları kullanılır. İkincisinin hidrojen üretmek için kullanımı taviz vericidir, çünkü bunlar enerji tüketen ve verimsiz yöntemlerdir.

Mevcut buluş, mümkün olan en düşük enerji tüketimine sahip nihai ürünün yüksek saflığına sahip hidrojen ve alüminyum hidroksitleri aynı anda elde etmeyi sağlayan sürekli bir işlem için bir tesisin oluşturulmasına yönelik teknik sorunun çözülmesini amaçlamaktadır.

Bu durumda elde edilen teknik sonuç, saf hidrojen ve alüminyum oksidasyon ürünlerinin üretimini sağlayarak işlem karışımının güvenli bir sıcaklık rejimini koruyarak ve patlayıcı bir hidrojen oksijen karışımı karışımını ortadan kaldırarak operasyonel verimliliği ve verimliliği arttırmaktır.

Belirtilen teknik sonuç, ince bir şekilde bölünmüş alüminyum ve su tozunun karıştırılması için bir cihaz, suyun alüminyum ile kimyasal etkileşimi için bir reaktör ve ayrıca hidrojen içeren gaz karışımının salınması ve alüminyum oksidasyon ürünlerinin oluşumu için bir cihaz da dahil olmak üzere alüminyum hidroksit ve hidrojenin üretimi için kurulumda elde edilir. gaz karışımı ve alüminyum oksidasyon ürünleri, suyun alüminyum ile kimyasal etkileşimi için reaktör bir karıştırma cihazı ile donatılmıştır m ve reaktörün içinde bulunan süspansiyonun ultrasonik ışınlaması için bir cihaz.

Bu özellikler önemlidir ve belirtilen teknik sonucu elde etmek için yeterli kararlı bir dizi temel özellik oluşumu ile bağlantılıdır.

Mevcut buluş belirli bir örnekle açıklanmaktadır, ancak bu sadece mümkün değildir, ancak gerekli teknik sonucun yukarıdaki özellik kümesine ulaşma olasılığını açıkça göstermektedir.

Çizimde - alüminyum hidroksit ve hidrojen üretiminin bir akış diyagramı.

Mevcut buluş çerçevesinde, alüminyum metal tozunun zayıf bir alkali çözeltisinde sürekli bir modda alüminyum metal tozunun ultrasonik aktivasyonu ile bir reaktörde alüminyum hidroksit üretiminin bir akış diyagramı, zayıf bir alkali çözeltisinde alüminyum metal tozunun ultrasonik aktivasyonu ile sürekli bir yöntem için çizimde gösterilmiştir.

Alüminyum hidroksit ve hidrojen üretmek için bir tesis, ince bölünmüş alüminyum ve su tozunun önceden belirlenmiş bir oranda karıştırılması için bir cihaz içerir; bu karışım, suyun hidrojenle gelişimi ve alüminyum oksidasyon ürünlerinin oluşumu ile birlikte suyun alüminyum ile kimyasal etkileşimi için bir reaktöre beslenir. Suyun alüminyum ile kimyasal etkileşimi için reaktör yapılır düşük basınç  süspansiyonun reaktör içindeki rotasyonunu karıştırma fonksiyonu ile ve rotasyon karıştırılırken reaktör içindeki süspansiyonun ışınlanması için bir ultrasonik cihaz ile donatılmıştır. Hidrojen içeren gaz karışımının ve alüminyum oksidasyon ürünlerinin uzaklaştırılması için cihazlar, reaktörde elde edilen bitmiş ürünlerin taşıma akışlarını oluşturur.

Alüminyum ve hidrojen hidroksit üretmek için aparat bir platform ölçeği 1, bir çözücü reaktör 2, bir reaktör 3, bir kondansatör 4, bir kurutma kolonu 5, bir temizleyici 6, bir filtre 7 (veya bir santrifüj), bir elektrikli fırın 8 (kurutucu) ve bir bilyalı değirmen içerir 9, ısı değiştirici 10. Reaktör 3, bir basınç sensörü, reaktördeki bir çözelti sıcaklık sensörü, reaktördeki çözelti içindeki bir metal sensörü ve bir karıştırma cihazı ile donatılmıştır.

Belirli bir konsantrasyondaki elektrolit çözeltisi, bir çözücü reaktörde (2), platform terazileri (1) tarafından ölçülen katı alkali miktarının deiyonize su içinde çözülmesi suretiyle hazırlanır. Hazırlanan çözelti reaktöre beslenir, aynı zamanda dozaj pompası yoluyla reaktöre bir su-alüminyum süspansiyonu beslenir, bunun karışımı, bu reaktör içindeki oksit filmini bozmak ve reaktör içindeki elektrolit sıcaklığı 65-70 ° olan ultrasonik ışınlamaya maruz bırakılır. S. Kimyasal reaksiyonlardan, nanodispersiyonlu alüminyum hidroksitten kaynaklanan ürün, filtre 7 üzerindeki elektrolitten yıkanır. İlk süzüntü, elektrolit çözeltisinin yeni bir kısmını hazırlamak için çözücü reaktöre 2 geri döndürülür. Filtre üzerindeki yükü azaltmak için, kolayca pıhtılaşmış çökeltiler, arıtıcı-arıtıcı 6'daki süpernatandan ayrılır. Süpernatan, reaktör 2'de bir elektrolit çözeltisi hazırlamak için kullanılır. Filtre 7 yerine, bazen bir santrifüj kullanılması tavsiye edilir. Ürünün gerekli kurutulması ve kalsine edilmesi elektrikli bir fırın 8'de gerçekleştirilir. Isıl işlemin bir sonucu olarak ürün akışkanlığını kaybederse, bir bilyalı değirmen 9'da öğütülür. Cihaz 7, 8 ve 9 bir sprey kurutucu ile değiştirilebilir.

Oluşan hidrojen, su buharını, kurutma kolonunu (5) çıkarmak için bir yoğunlaştırıcıdan (4) geçer ve toplayıcıya gönderilir. Buhar kondensatı reaktöre geri verilir. Reaktöre eklenen suyu ısıtmak için, devrede bir ısı eşanjörü 10 bulunur.

Sürekli alüminyum hidroksit üretimini organize ederken, elektroliti gereken sıcaklığa ısıtmak için çözücü reaktörünün kılıfına su verilmelidir. Bunun için reaktörün 3 gömleğinde kullanılan ısı kullanılır.

Alüminyum hidroksit üretimi için geliştirilen donanım ve teknolojik şema, mevcut elektrokimyasal tesisler temelinde kolayca monte edilebilir. Hidrojen ve alüminyum hidroksitler üretme teknolojisi, 20 mikrondan daha büyük olmayan bir tanecik boyutuna sahip, ince bir şekilde dağılmış bir alüminyumdan, bir ultrasonik ışınlama ünitesi vasıtasıyla reaktöre sürekli olarak beslenen toz halinde bir alüminyum süspansiyonu hazırlanmasıdır. Reaktörün üst kısmından, elde edilen buhar-hidrojen karışımı, buharın yoğunlaştığı bir yoğunlaştırıcıya beslenir ve hidrojen, üst geçide veya tüketiciye kurutma sistemi yoluyla verilir. Alüminyum hidroksit reaktörün tabanından bir arıtıcı arıtıcıya giderilir. Hidrojen ve ultra ince alüminyum hidroksit üretme teknolojisi, şemaya göre sunulan kimyasal reaksiyona dayanmaktadır.

Tercih edilen göstergeler.

1. Basitlik, güvenilirlik ve analoglarla karşılaştırıldığında yürütmenin kompaktlığı.

2. 1 m 3 N ve 2 kg başına düşük enerji tüketimi ALOOH: ultrason - 500 W · h, pompa - 500 W · h.

Yöntemin yeniliği, sulu bir alüminyum tozu süspansiyonunun sürekli kontrollü bir tedarikiyle, suyun alüminyum ile kimyasal etkileşiminin meydana geldiği, hidrojenin evrimi ve alüminyum oksidasyon ürünlerinin (hidroksitler) oluşumuyla birlikte ultrasonik aktivasyonunun gerçekleştirilmesidir. Genel olarak, geliştirilen yöntemde etkileyen faktörlerin bir kombinasyonunun kullanılması, saf hidrojen, alüminyum oksidasyon ürünlerinin üretimini sağlar, işlem karışımının güvenli bir sıcaklığını korur ve patlayıcı bir hidrojen oksijen karışımı karışımını ortadan kaldırır.

Alüminyumun aktivasyonu, endüstri tarafından üretilen alüminyum tozlarının ultrason ile ön işleme teknolojisine göre gerçekleştirilir.

Teorik hesaplamalar ve deneysel çalışmaların sonuçlarından, sulu ortamda 1 kg alüminyum yakıldığında, termal enerji (17.1 MJ) ile birlikte, büyük miktarda yüksek saflıkta hidrojen (1.165 nm 3) serbest bırakılır ve 2 kg'dan fazla nanokristalin alüminyum hidroksitler oluşur, pazar maliyeti kg başına 50-400 dolar.

Bu, küçük boyutlu ve otonom gaz kaynak üniteleri de dahil olmak üzere otonom, yüksek performanslı ve enerji tasarruflu gaz üreten cihazlarda hidrojen üretmek için bu işlemi kullanmanızı sağlar.

Üretilen hidrojen, termal ve sevk sistemlerinde yakıldığında, enerji verimi (30.57 MJ / kg), başlangıç \u200b\u200byakıtı alüminadan (26.3 MJ / kg) rejenere etme maliyetini aşar. Enerji, başlangıç \u200b\u200bbileşenlerinin (alüminyum ve su) tamamen yenilenmesi sırasında, toksik bileşenlerin atmosfere yayılması olmadan sağlanır.

Alüminyumun yanmasındaki 1 MJ enerjinin özgül maliyeti ve ardından alüminyum oksidin elektrolizi ile rejenerasyonu, benzinlerin yakılması ve hidroelektrik ile karşılaştırıldığında önemli ölçüde daha düşüktür.

Yanma ve rejenerasyon döngülerinin enerji dengesi, salınan hidrojenin atmosferik oksijen tarafından suya yakılmasından dolayı enerjinin yaklaşık% 16'sında bir kazanç sağlar. Böylece, başlangıç \u200b\u200breaktiflerinin (alüminyum ve su) tamamen yenilenmesiyle, hidrokarbon yakıtı (0.007 $) yakmaktan ekonomik olarak daha karlı olan 1 MJ - $ 0.0015 maliyetinde özerk bir şekilde termal enerji sağlamak mümkündür.

Alüminyum enerji teknolojileri, çeşitli enerji cihazlarında ve aynı zamanda piyasa değeri 1 kg için 150 ila 400 $ arasında olan hidrojen ve yüksek saflıkta yüksek oranda dağılmış alüminyum oksit üretimi için, 1 kg için 1,5-2 $ kaynak alüminyum maliyeti ile kullanılabilir.

Bu nedenle, mevcut buluş, yöntemi toz halinde alüminyum süspansiyonunun ön hazırlığı ile sürekli bir modda gerçekleştirirken, belirli bir yapı ve hidrojenin alüminyum hidroksitlerinin ortak üretimine izin verir. Ortaya çıkan yöntem, atık olmayan, üretilebilirlik ve yüksek verimlilik ile çevre güvenliği ile karakterizedir.

BULUŞUN ÖZETİ

Hidrojen içeren gaz karışımının ve alüminyum oksidasyon ürünlerinin oluşumunun yanı sıra, hidrojen içeren gaz karışımı ve alüminyum oksidasyon ürünlerinin çıkarılması ile birlikte, ince bölünmüş alüminyum ve su tozunun karıştırılması için bir cihaz, suyun alüminyum ile kimyasal etkileşimi için bir reaktör içeren alüminyum hidroksit ve hidrojen üretmek için tesis suyun alüminyum ile kimyasal etkileşimi için reaktörün bir karıştırma cihazı ve bir ultrasonik cihaz ile donatılmış olması reaktörün içinde bulunan süspansiyonun radyasyonu.

ALÜMİNYUM

Alüminyum, seri numarası 13, bağıl atom kütlesi - 26.98154 olan bir elementtir. III. Dönemde, III. Grupta, ana alt grupta yer almaktadır. Elektronik konfigürasyon: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 3d 0. Alüminyumun kararlı bir oksidasyon durumu “+3” dir. Bu durumda oluşan katyon, stabilitesine katkıda bulunan asil bir gaz kabuğuna sahiptir, ancak yükün yarıçapa, yani yük konsantrasyonuna oranı, katyonun enerjisini artıran yeterince yüksektir. Bu özellik, iyonik bileşiklerle birlikte, alüminyumun bir dizi kovalent bileşik oluşturduğu ve katyonunun çözeltide önemli hidrolize maruz kalmasına yol açar.

Alüminyum, sadece 1500 ° C'nin üzerindeki sıcaklıklarda değerlik I gösterebilir. Al20 ve AlCl bilinmektedir.

üzerinde fiziksel özellikler  alüminyum, sadece gümüş ve bakıra göre yüksek termal ve elektrik iletkenliğine sahip tipik bir metaldir. Alüminyumun iyonlaşma potansiyeli çok yüksek değildir, bu nedenle ondan büyük kimyasal aktivite beklenebilir, ancak yüzeyinde güçlü bir oksit filmin oluşması nedeniyle metalin havada pasifleştirilmesi nedeniyle önemli ölçüde azalır. Metal etkinleştirilirse: a) filmi mekanik olarak çıkarın, b) amalgamat (cıva ile reaksiyona sokun), c) bir toz kullanın, o zaman böyle bir metal o kadar reaktif hale gelir, hatta sürece uygun olarak çöker:

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

Basit maddelerle etkileşim.

1. toz alüminyum güçlü ısıtma ile tepki   oksijen ile.Pasivasyon nedeniyle bu koşullara ihtiyaç duyulmaktadır ve alümina oluşumunun reaksiyonu oldukça ekzotermiktir - 1676 kJ / mol ısı açığa çıkar.

2. Klor ve brom ilestandart şartlar altında reaksiyona girer, çevrelerinde bile alev alabilir. Sadece cevap vermiyor florür ile  çünkü oksit gibi alüminyum florür, metal yüzeyinde koruyucu bir tuz filmi oluşturur. İyot ileısıtıldığında ve katalizör olarak su varlığında reaksiyona girer.

3. Gri ilefüzyon sırasında reaksiyona girerek alüminyum sülfid bileşimi Al2S3 verir.

4. C fosfor ısıtıldığında da fosfid oluşturmak üzere reaksiyona girer: AlP.

5. Doğrudan hidrojen ilealüminyum etkileşmez.

6. Azot ilealüminyum nitrür (AlN) vererek 800 ile With ile etkileşir. Alüminyumun bu tür sıcaklıklarda havada yanması, bu nedenle yanma ürünlerinin (havanın bileşimi dikkate alınarak) hem oksit hem de nitrit olduğu söylenmelidir.

7. Karbon ile alüminyum daha da yüksek bir sıcaklıkta etkileşime girer: 2000 ° C Al 4 C3 bileşiminin alüminyum karbür metanidlere aittir, C - C bağları içermez ve hidroliz sırasında metan salınır: Al 4 C3 + 12H20 \u003d 4Al (OH ) 3 + 3CH 4

Karmaşık maddelerle etkileşim

1. Su ileaktif (koruyucu bir filmden yoksun) alüminyum, hidrojen evrimiyle aktif olarak etkileşime girer: 2Al (fiil) + 6H20 \u003d 2Al (OH) 3 + 3H2 Alüminyum hidroksit, gevşek beyaz bir toz formunda elde edilir, bir filmin olmaması reaksiyona müdahale etmez.

2. Asitlerle Reaksiyon:a) Alüminyum, şu denkleme göre oksitleyici olmayan asitlerle aktif olarak etkileşime girer: 2Al + 6H3O + + 6H20 \u003d 2 3+ + 3H2,

b) Oksitleyici asitlerle etkileşim aşağıdaki özelliklerle gerçekleşir. Konsantre nitrik ve sülfürik asitlerin yanı sıra çok seyreltik nitrik asit pasivat alüminyum (hızlı yüzey oksidasyonu, soğukta oksit filminin oluşumuna yol açar). Isıtıldığında, film kırılır ve reaksiyon geçer, ancak ısıtıldıklarında sadece minimal indirgeme ürünleri konsantre asitlerden izole edilir: 2Al + 6H2S04 (konsantrasyon) \u003d Al 2 (S04) 3 + 3S026H20A + 6HNO 3 ( kons) \u003d Al (N03) 3 + 3N02 + 3H20 O Orta derecede seyreltilmiş nitrik asit ile reaksiyon koşullarına bağlı olarak NO, N20, N2, NH4 + elde edilebilir.

3. Alkaliler ile etkileşim.Alüminyum amfoterik bir elementtir (kimyasal özelliklerde), çünkü 1.61 - metaller için yeterince büyük bir elektronegatifliğe sahiptir. Bu nedenle, hidroksokompleksler ve hidrojen oluşumu ile alkali çözeltilerde kolayca çözünür. Hidroksokompleksin bileşimi, reaktiflerin oranına bağlıdır: 2Al + 2NaOH + 6H20 \u003d 2Na + 3H2 2Al + 6NaOH + 6H20 \u003d 2Na 3 + 3H2 Alüminyum ve hidrojenin oranı, aralarındaki redoks reaksiyonunun elektronik dengesi ve reaktiflerin oranı ile belirlenir. bağımlı değil.

4. Düşük iyonlaşma potansiyeli ve oksijen için yüksek afinite (oksidin yüksek stabilitesi), alüminyumun aktif olarak etkileşime girmesine neden olur. birçok metalin oksitlerionları geri yükleme. Reaksiyonlar, ısının daha fazla evrimi ile başlangıç \u200b\u200bısıtması üzerine gerçekleşir, böylece sıcaklık 1200 ° - 3000 ° C'ye yükselir.% 75 alüminyum tozu ve% 25 (ağırlıkça) Fe3O4 karışımı "termit" olarak adlandırılır. Önceden, bu karışımın yanma reaksiyonu kaynak rayları için kullanılıyordu. Alüminyum kullanılarak oksitlerden metallerin indirgenmesine alüminotermi denir ve sanayide manganez, krom, vanadyum, tungsten ve ferro alaşımlar gibi metallerin üretilmesi için bir yöntem olarak kullanılır.

5. Tuz çözeltileri ilealüminyum iki farklı şekilde etkileşime girer. 1. Hidroliz sonucunda, tuz çözeltisinin asidik veya alkalin bir ortamı varsa, hidrojen salınır (asidik çözeltilerle, reaksiyon sadece önemli ısıtma ile devam eder, çünkü koruyucu oksit film alkalilerde asitlerden daha iyi çözülür). 2Al + 6KHSO4 + (H20) \u003d Al 2 (S04) 3 + 3K2S04 + 3H2 2Al + 2K2C03 + 8H20 \u003d 2K + 2KHCO3 + 3H2. 2. Alüminyum, voltaj hattının sağındaki tuz bileşiminden metalleri yer değiştirebilir, yani aslında bu metallerin katyonları tarafından oksitlenecektir. Oksit film nedeniyle, bu reaksiyon her zaman meydana gelmez. Örneğin, klorür anyonları filmi kırabilir ve reaksiyon 2Al + 3FeCl2 \u003d 2AlCl3 + 3Fe geçer ve oda sıcaklığında sülfatlarla benzer bir reaksiyon çalışmaz. Aktif alüminyum ile, genel kurala aykırı olmayan herhangi bir etkileşim işe yarayacaktır.

Alüminyum bileşikleri.

1. Oksit (AI203). Çoğu çok dayanıklı ve kimyasal olarak inert olan birkaç değişiklik şeklinde bilinir. A-Al203'ün modifikasyonu doğal olarak korindon minerali şeklinde gerçekleşir. Bu bileşiğin kristal kafesinde, alüminyum katyonları bazen kısmen mineralin bir renk veren diğer metallerin katyonları ile değiştirilir. Cr (III) 'ün karışımı kırmızı renk verir, bu tür korindon zaten yakut bir mücevherdir. Ti (III) ve Fe (III) karışımı mavi safir verir. Amorf modifikasyon kimyasal olarak aktiftir. Alümina, hem asitler hem de asit oksitler ve alkaliler ve bazik oksitler ile reaksiyona giren tipik bir amfoterik oksittir, alkaliler tercih edilir. Çözelti içindeki ve füzyon sırasında katı fazdaki reaksiyon ürünleri farklıdır: Na20 + Al203 \u003d 2NAAlO2 (füzyon) - sodyum metaalüminat, 6NaOH + A203 \u003d 2Na3 AlO3 + 3H20 (füzyon) - ortoalüminat sodyum, AI203 + 3Cr03 \u003d AI2 (Cr04) 3 (füzyon) - alüminyum kromat. Oksitlere ve katı alkalilere ek olarak, alaşımlama sırasında alüminyum, uçucu asit oksitlerin oluşturduğu tuzlarla reaksiyona girerek tuz bileşiminden uzaklaştırır: K2C03 + AI2O3 \u003d 2KAl02 + C02 Çözeltideki reaksiyonlar: A1203 + 6HCl \u003d 2 3+ + 6Cl 1- + 3H20 Al203 +2 NaOH + 3H20 \u003d 2 Na - sodyum tetrahidroksoaluminat. Tetrahidroksoaluminat anyonu aslında 1- tetrahidroksodiaquaanion'dur, çünkü alüminyum için 6 numaralı koordinasyon tercih edilir. Fazla alkali ile hekzahidroksoalüminat oluşur: Al203 + 6NaOH + 3H20 \u003d 2Na3. Asitlere ve alkalilere ek olarak, asit tuzları ile reaksiyonlar beklenebilir: 6KHSO4 + Al203 \u003d 3K2S04 + Al2 (S04) 3 + 3H20.

3. Alüminyum hidroksitler. İki alüminyum hidroksid bilinmektedir - metahidroksit –AlO (OH) ve ortohidroksit –Al (OH) 3. Her ikisi de suda çözülmez, aynı zamanda amfoteriktir, bu nedenle hidroliz sonucunda asit ve alkali çözeltilerinin yanı sıra asidik veya alkali bir ortama sahip tuzlarda çözülürler. Füzyonda hidroksitler okside benzer şekilde reaksiyona girer. Tüm çözünmeyen bazlar gibi, alüminyum hidroksitler ısındığında ayrışırlar: 2Al (OH) 3 \u003d Al203 + 3H2O. Alkali çözeltilerde çözündüğünde, alüminyum hidroksitler sulu amonyak içinde çözülmezler, bu nedenle çözünür bir tuzdan amonyak ile çöktürülebilirler: 3) 3 + 3NH3 + 2H20 \u003d AlO (OH) 5 + 3NH4N03, bu reaksiyon tam olarak metahidroksit üretir. Hidroksitin alkali ile çökeltilmesi zordur, elde edilen çökelti kolayca çözülür ve toplam reaksiyon şu şekildedir: AlCl3 +4 NaOH \u003d Na + 3NaCl

4. Alüminyum tuzları. Hemen hemen tüm alüminyum tuzları suda yüksek oranda çözünür. Çözünmeyen AlP04 fosfat ve AlF3 florür. çünkü alüminyum katyonu yüksek bir yük konsantrasyonuna sahiptir; aquacomplex katyonik asit özelliklerini kazanır: 3+ + H20 \u003d H30 + + 2+, yani. alüminyum tuzları kuvvetli katyon hidrolizine uğrar. Zayıf asitlerin tuzları durumunda, katyon ve anyon ile hidrolizin karşılıklı olarak artması nedeniyle, hidroliz geri döndürülemez hale gelir. Çözelti tamamen su ile ayrıştırılır veya karbonat, sülfit, sülfit ve alüminyum silikatın değişim reaksiyonu ile elde edilemez: Al2S 3 + 6H20 \u003d 2Al (OH) 3 ↓ + 3H 2 S 2Al (NO 3) 3 + 3K 2 CO3 + 3H20 \u003d 2Al (OH) 3 8 + 3CO2 + 6KN03. Bazı tuzlar için, hidroliz ısıtıldığında geri dönüşümsüz hale gelir. Islak alüminyum asetat, denkleme göre ısıtma üzerine ayrışır: 2Al (OOCCH3) 3 + 3H20 \u003d Al203 + 6CH3COOH Alüminyum halojenürler durumunda, tuzun ayrışması, gaz halinde hidrojen halojenürlerin ısıtma üzerine çözünürlüğünde bir azalma ile kolaylaştırılır: AlCl 3 + 3H20 \u003d Al (OH) 3 8 + 3HCl. Alüminyum halojenürlerden sadece florür iyonik bir bileşiktir, halojenürlerin geri kalanı kovalent bileşiklerdir, erime noktaları florürinkinden önemli ölçüde düşüktür, alüminyum klorür süblimleşebilir. Çok yüksek sıcaklıklarda, merkezi üçgen atom orbitallerinin sp 2 hibridizasyonu nedeniyle, düz üçgen bir yapıya sahip tek alüminyum halid molekülleri çiftler halinde bulunur. Bu bileşiklerin buharlarda ve bazı organik çözücülerdeki ana durumu dimerler, örneğin Al2CI6'dır. Alüminyum halidler güçlü Lewis asitleridir. boş bir atom yörüngesine sahip olmak. Bu nedenle, suda çözünme, büyük miktarda ısı açığa çıkar. İlginç bir alüminyum bileşiği sınıfı (ve diğer üç değerlikli metaller), tüm çift tuzlar gibi çözünme üzerine ilgili katyonların ve anyonların bir karışımını veren şap - 12-sulu çift sülfat M I M III (S04) 2'dir.

5. Karmaşık bileşikler.Alüminyum hidroksokompleksleri düşünün. Bunlar, kompleks parçacığın bir anyon olduğu tuzlardır. Bütün tuzlar çözünür. Asitlerle etkileşerek yok edilir. Bu durumda, güçlü asitler elde edilen ortohidroksiti çözer ve zayıf veya karşılık gelen asit oksitler (H2S, C02, S02) çökelir: K + 4HCl \u003d KCl + AlCl3 + 4H2 OK + CO2 \u003d Al (OH) 3 ↓ + KHCO 3

Kalsine edildiğinde hidroksoalüminatlar orto - veya metaalüminatlara dönüşerek su kaybeder.

demir

Seri numarası 26 olan ve 55.847 bağıl atom kütlesi olan eleman. 3B eleman ailesine aittir, elektronik bir konfigürasyona sahiptir: 3d 6 4s 2 ve periyodik sistemde IV periyodu, VIII grubu, yan alt gruptur. Bileşiklerde, demir ağırlıklı olarak +2 ve +3 oksidasyon durumları sergiler. Fe3 + iyonu, ilave stabilite sağlayan yarı dolu bir d-elektron kabuğuna, 3d 5 sahiptir. +4, +6, +8 oksidasyon durumlarına ulaşmak çok daha zordur.

Demir, fiziksel özellikleri ile gümüş-beyaz, parlak, nispeten yumuşak, yumuşak, kolayca mıknatıslanmış ve manyetikliği giderilmiş metaldir. Erime noktası 1539® С. Kristal kafes tipinde farklılık gösteren birkaç allotropik modifikasyona sahiptir.

  Basit bir maddenin özellikleri.

1. Havada yanarken Fe3O4'ün karışık bir oksidini oluşturur ve saf oksijen ile etkileşime girerken - Fe203. Toz demir piroforiktir - havada kendiliğinden tutuşur.

2. Flor, klor ve brom demir ile kolayca reaksiyona girerek Fe3 + 'a oksitlenir. Üç değerlikli demir katyonu iyodür anyonunu oksitlediği için FeJ2 iyotla oluşturulur ve bu nedenle FeJ3 bileşiği mevcut değildir.

3. Benzer bir nedenden ötürü, Fe2S3 bileşiği mevcut değildir ve demir ve sülfürün sülfürün erime noktasında etkileşimi FeS bileşiğine yol açar. Aşırı kükürt ile pirit - demir (II) disülfür - FeS2 elde edilir. Stokiyometrik olmayan bileşikler de oluşur.

4. Demir, katı metaller veya metal benzeri bileşikler oluşturarak güçlü ısıtmayla diğer metal olmayanlarla reaksiyona girer. 500 ° C'de reaksiyona girilebilir: 3Fe + C \u003d Fe3C. Bu demir ve karbon bileşiğine çimentoit denir.

5. Birçok metal ile demir alaşımlar oluşturur.

6. Oda sıcaklığında havada demir bir oksit filmle kaplanır, bu nedenle su ile etkileşmez. Kızgın buhar ile etkileşim aşağıdaki ürünleri verir: 3Fe + 4H20 (buhar) \u003d Fe3O4 + 4H2. Oksijen varlığında demir, hava nemi ile bile etkileşime girer: 4Fe + 3O2 + 6H20 \u003d 4Fe (OH) 3. Yukarıdaki denklem, yılda% 10'a kadar metal ürününe maruz kalan paslanma sürecini yansıtır.

7. Demir, hidrojene kadar bir dizi stres içinde olduğu için, oksitleyici olmayan asitlerle kolayca reaksiyona girer, ancak sadece Fe2 + 'ye oksitlenir.

8. Konsantre nitrik ve sülfürik asitler demiri pasifleştirir, ancak ısıtıldığında reaksiyon oluşur. Seyreltilmiş nitrik asit ayrıca oda sıcaklığında reaksiyona girer. Tüm oksitleyici asitlerle demir, demir (III) tuzları verir (bazı raporlara göre, seyreltik nitrik asit ile demir (II) nitrat oluşumu mümkündür) ve HNO 3'ü (dekompresyon) NO, N20, N2, NH 4'e düşürür. + koşullara bağlı olarak ve HNO 3 (kons.) - reaksiyonun devam etmesi için gerekli olan ısıtma nedeniyle NO 2'ye.

9. Demir, ısıtıldığında konsantre (% 50) alkalilerle reaksiyona girebilir: Fe + 2KOH + 2H20 \u003d K2 + H2

10. Daha az aktif metallerin tuzlarının çözeltileri ile reaksiyona giren demir, bu metalleri tuzdan çıkarır ve iki değerlikli bir katyona dönüşür: CuCl2 + Fe \u003d FeCl2 + Cu.

Demir bileşiklerinin özellikleri.

Fe 2+  Yükün bu katyonun yarıçapına oranı Mg2 + 'nınkine yakındır, bu nedenle oksit, hidroksit ve demir tuzlarının kimyasal davranışı karşılık gelen magnezyum bileşiklerinin davranışına benzer. Sulu bir çözeltide, demir katyonu 2+ soluk yeşil su kompleksi oluşturur. Bu katyon, atmosferik oksijen ile doğrudan çözelti içinde bile kolayca oksitlenir. FeCl2 çözeltisi karmaşık parçacıklar 0 içerir. Böyle bir katyonun yük konsantrasyonu düşüktür, bu nedenle tuzların hidrolizi orta düzeydedir.

1. FeO - ana oksit, siyah, suda çözünmez. Asitlerde kolayca çözünür. 500 0 С'nin üzerinde ısıtıldığında orantısız: 4FeO \u003d Fe + Fe3O4. Karşılık gelen hidroksit, karbonat ve oksalatın dikkatlice kalsinlenmesi yoluyla elde edilebilirken, diğer Fe2 + tuzlarının termal ayrışması ferrik oksit oluşumuna yol açar: FeC204 \u003d FeO + CO + C02, ancak 2 FeS04 \u003d Fe20 3 + S02 + S03 4Fe (NO 3) 2 \u003d 2Fe203 + 8N02 + 2 Demir oksidin (II) kendisi, oksitlendiğinde, örneğin ısıtıldığında, reaksiyon meydana gelir: 3FeO + 2NH 3 \u003d 3Fe + N 2 + 3H 2 O

2. Fe (OH) 2 - demir (II) hidroksitte çözünmeyen baz. Asitlerle reaksiyona girer. Asit-baz etkileşimi ve ferrik demire oksidasyon, oksitleyici asitlerle eşzamanlı olarak gerçekleşir: 2Fe (OH) 2 + 4H2S04 (kons.) \u003d Fe2 (S04) 3 + S02 + 4H2O Değişimi ile elde edilebilir çözünür tuz reaksiyonları. Bu, hava nemi ile etkileşime bağlı olarak havada yeşile dönüşen ve daha sonra atmosferik oksijen tarafından oksidasyon nedeniyle kahverengiye dönüşen beyaz bir bileşiktir: 4Fe (OH) 2 + 2H202 + 02 \u003d 4Fe (OH) 3.

3. Tuzlar. Daha önce belirtildiği gibi, Fe (II) tuzlarının çoğu havada veya çözeltide yavaşça oksitlenir. Oksidasyona en dirençli olan Mohr tuzu - demir (II) ve amonyumun çift sülfat: (NH4) 2 Fe (S04) 2. Fe2 + katyonu Fe3 + 'ya kolayca oksitlenir, bu nedenle çoğu oksitleyici ajan, özellikle asit oksitleyici ajanlar, demir tuzlarını okside eder. Sülfür ve demir disülfür ateşlenirken demir (III) oksit ve sülfür (IV) oksit elde edilir: 4FeS 2 + 11O2 \u003d 2Fe203 + 8SO2 Demir (II) sülfür ayrıca güçlü asitlerde çözünür: FeS + 2HCl \u003d FeCl2 + 2H2S Demir (II) karbonat çözünmezken hidrojen karbonat suda çözünür.

Fe 3+Yük yarıçapına göre bu katyon bir alüminyum katyonuna karşılık gelir ,   bu nedenle demir (III) katyon bileşiklerinin özellikleri, karşılık gelen alüminyum bileşiklerine benzer.

Fe203 - ana özelliklerin hakim olduğu hematit, amfoterik oksit. Amfoterisite, katı alkaliler ve karbonatlar ile füzyon olasılığında kendini gösterir alkali metaller: Fe203 + 2NaOH \u003d H20 + 2NaFe02 - sarı veya kırmızı, Fe203 + Na2C03 \u003d 2NaFe02 + C02. Ferrates (II) Fe203 salınımı ile su ile ayrıştırılır. nH20.

Fe3O 4- manyetit, karma oksit olarak kabul edilebilen siyah bir madde - FeO. Fe203 veya demir (II) oksometaferrat (III) olarak: Fe (Fe02) 2. Asitlerle etkileşime girdiğinde bir tuz karışımı verir: Fe304 + 8HCl \u003d FeCl2 + 2FeCl3 + 4H20.

Fe (OH) 3 veya FeO (OH) kırmızımsı kahverengi jelatinimsi bir çökelti, amfoterik hidroksittir. Asitlerle etkileşime ek olarak, sıcak konsantre bir alkali çözeltisi ile reaksiyona girer ve katı alkaliler ve karbonatlar ile kaynaştırılır: Fe (OH) 3 + 3KOH \u003d K3.

Tuz.Demir demirinin çoğu tuzları çözünür. Alüminyum tuzları gibi, zayıf ve kararsız veya çözünmeyen asit anyonlarının varlığında geri dönüşümsüz hale gelebilen katyon ile güçlü hidrolize uğrarlar: 2FeCl3 + 3Na2C03 + 3H20 \u003d 2Fe (OH) 3 + 3CO2 + 6NaCl. Bir demir (III) klorür çözeltisini kaynatırken, hidroliz de geri döndürülemez hale getirilebilir, çünkü ısıtıldığında herhangi bir gaz olarak hidrojen klorürün çözünürlüğü azalır ve reaksiyon küresinden ayrılır: FeCl3 + 3H20 \u003d Fe (OH) 3 + 3HCl (ısıtıldığında).

Bu katyonun oksitlenme kabiliyeti çok yüksektir, özellikle Fe2 + 'ya dönüşüm açısından: Fe3+ + ē \u003d Fe2 + \u003d \u003d 0.77v. Sonuç olarak:

a) demir demir tuzlarının çözeltileri tüm metalleri bakıra kadar oksitler: 2Fe (NO 3) 3 + Cu \u003d 2Fe (NO 3) 2 + Cu (NO 3) 2,

b) kolayca oksitlenebilir anyonlar içeren tuzlarla değişim reaksiyonları, oksidasyonları ile eşzamanlı olarak meydana gelir: 2FeCl3 + 2KJ \u003d FeCl2 + J2 + 2KCl2FeCl3 + 3Na2S \u003d 2FeS + S + 6NaCl

Diğer üç değerlikli katyonlar gibi demir (III), alkali metaller veya amonyum katyonları ile şap - çift sülfatlar oluşturabilir, örneğin: NH4 Fe (S04) 2. 12H20.

Karmaşık bileşikler.  Her iki demir katyonu da anyonik komplekslerin, özellikle de demirin oluşumuna eğilimlidir (III). FeCl3 + KCl \u003d K, FeCl3 + Cl2 \u003d Cl + -. İkinci reaksiyon, demir (III) klorürün bir elektrofilik klorlama katalizörü olarak etkisini yansıtır. Siyanür kompleksleri ilgi çekicidir: 6KCN + FeS04 \u003d K4 - potasyum hekzasiyanoferrat (II), sarı kan tuzu. 2K4 + Cl2 \u003d 2K3 + 2KCl - potasyum hekzasiyanoferrat (III), kırmızı kan tuzu. Demirli demir kompleksi, reaktiflerin oranına bağlı olarak mavi bir çökelti veya bir demir tuzu içeren bir çözelti verir. Aynı reaksiyon, kırmızı kan tuzu ve herhangi bir demir tuzu arasında gerçekleşir. İlk durumda, çökeltiye ikinci turbul mavisinde Prusya mavisi denir. Daha sonra, en azından çözeltilerin aynı bileşime sahip olduğu ortaya çıktı: K - potasyum demir (II, III) hekzasiyanoferrat. Tarif edilen reaksiyonlar, karşılık gelen demir katyonlarının çözeltisindeki mevcudiyet için kalitatiftir. Ferrik katyonun mevcudiyetine nitel bir reaksiyon, potasyum tiyosiyanat (tiyosiyanat) ile etkileşime girdiğinde kan kırmızısı bir rengin ortaya çıkmasıdır: 2FeCl3 + 6KCNS \u003d 6KCl + Fe.

Fe +6. Demir için oksidasyon durumu +6 kararsızdır. Sadece sadece pH\u003e 7-9'da bulunan, ancak güçlü bir oksitleyici ajan olan FeO4 2- anyonunu elde etmek mümkündür.

Fe203 + 4KOH + 3KNO 3 \u003d 2K 2 FeO 4 + 3KNO 2 + 2H20

Fe (talaş) + H20 + 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 FeO 4 + 6H20 \u003d 4FeO (OH) ↓ + 8KOH + 3O2

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

2K 2 FeO 4 + 2CrCl3 + 2HCl \u003d FeCl3 + K2 Cr207 + 2KCl + H20

Endüstride demir üretimi:

A) alan adı süreci: Fe203 + C \u003d 2FeO + CO

FeO + C \u003d Fe + CO

FeO + CO \u003d Fe + CO 2

B) aluminotermi: Fe203 + Al \u003d AI203 + Fe

KROM - seri numarası 24 olan ve göreceli atom kütlesi 51.996 olan bir eleman. Bu elemanların 3d ailesine aittir, 3d 5 4s 1 elektronik konfigürasyona sahiptir ve periyodik sistemde IV periyodu, VI grubu, yan alt gruptadır. Olası oksidasyon durumları: +1, +2, +3, +4, +5, +6. Bunlardan en kararlı olanları +2, +3, +6 ve +3 minimum enerjiye sahiptir.

Fiziksel özellikleri ile krom, erime noktası 1890 ° C olan grimsi beyaz, parlak, sert bir metaldir. Kristal kafesinin gücü, kısmi kovalent bağlanma kapasitesine sahip beş eşlenmemiş d-elektronun varlığından kaynaklanır.

Kimyasal özellikleri  basit bir madde.

Düşük sıcaklıklarda, bir oksit filmin varlığı nedeniyle krom inerttir, su ve hava ile etkileşime girmez.

1. 600 ° C'nin üzerindeki sıcaklıklarda oksijen ile etkileşir. Bu durumda, krom oksit (III) - Cr203 oluşur.

2. Halojenlerle etkileşim farklı şekillerde gerçekleşir: Cr + 2F2 \u003d CrF 4 (oda sıcaklığında), 2Cr + 3Cl2 (Br 2) \u003d 2CrCl3 (Br 3), Cr + J 2 \u003d CrJ2 (önemli ölçüde ısıtma ile) ). Krom (III) iyodürün var olabileceği ve kristalin CrJ3 hidrat formundaki değişim reaksiyonu ile elde edildiği söylenmelidir. 9H20, ancak termal stabilitesi küçüktür ve ısıtıldığında CrJ2 ve J2'ye ayrışır.

3. 120 ° C'nin üzerindeki sıcaklıklarda krom, erimiş kükürt ile etkileşime girerek krom (II) sülfür - CrS (siyah) verir.

4. 1000 ° C'nin üzerindeki sıcaklıklarda krom, azot ve karbon ile reaksiyona girerek stokiyometrik olmayan, kimyasal olarak inert bileşikler verir. Bunlar arasında, yaklaşık bir CrC bileşimine sahip sertlik elmasın yaklaştığı karbür kaydedilebilir.

5. Krom hidrojenle reaksiyona girmez.

6. Su buharı ile reaksiyon aşağıdaki gibi ilerler: 2Cr + 3H20 \u003d Cr203 + 3H2

7. Oksitleyici olmayan asitlerle reaksiyon, sadece hava olmadan veya bir hidrojen atmosferinde stabil olan, gök mavisi renkte 2'den fazla bir su kompleksinin oluşumu ile oldukça kolaydır. Oksijen varlığında reaksiyon farklı şekilde ilerler: 4Cr + 12HCl + 3O2 \u003d 4CrCl3 + 6H2O Oksijen ile doymuş seyreltilmiş asitler, yüzeyde güçlü bir oksit filmin oluşması nedeniyle kromu bile pasifleştirir.

8. Asit oksitleyici ajanlar: herhangi bir konsantrasyondaki nitrik asit, konsantre sülfürik perklorik asit pasivat krom, böylece bu asitlerle yüzey işleminden sonra artık diğer asitlerle reaksiyona girmez. Pasivasyon ısıtıldığında çıkarılır. Bu durumda, krom (III) tuzları ve kükürt veya azot dioksit elde edilir (perklorik asit - klorürden). Bir tuz filminin oluşumuna bağlı pasivasyon, kromun fosforik asit ile etkileşimi sırasında meydana gelir.

9. Krom doğrudan alkali ile reaksiyona girmez, fakat oksitleyici ajanların ilavesi ile alkalin erir ile reaksiyona girer: 2Cr + 2Na2C03 (g) + 3O2 \u003d 2Na2 CrO4 + 2CO2

10. Krom, tuz çözeltileri ile reaksiyona girerek daha az aktif metalleri (gerilim sırasında sağında duran) tuz bileşiminden uzaklaştırır. Bu durumda, kromun kendisi bir Cr2 + katyonuna dönüşür.

Federal Devlet Özerk

eğitim kurumu

yüksek mesleki eğitim

"SİBİRYA FEDERAL ÜNİVERSİTESİ"

Demir Dışı Metaller ve Malzeme Bilimi Enstitüsü

ÖZET

Alüminyum alaşımlarında gaz halindeki inklüzyonların oluşumu

Krasnoyarsk - 2014

tanıtım

2.2 Azot ile etkileşim

2.3 Karmaşık gazlarla etkileşim

2.4 Hidrojen ile etkileşim

Alüminyumun hidrojen ile reaksiyonu

3.1 Gaz giderme tesisi PAL FI 60R

3.2 İkincil fırın rafine SNIF P-140UHB'nin iki aşamalı montajı

Sonuç

tanıtım

Alüminyum ve alaşımları, esas olarak erime ve döküm sırasında çevredeki atmosferin gazlarıyla etkileşime girer. Alaşımlardaki alüminyum ve alaşım elementleri hidrojen, oksijen, azot, karbon, su buharı, SO 2, İLE 2, СО ve çeşitli hidrokarbonlar, bunun sonucunda alüminyum ve alaşımları gazlar ve reaksiyon ürünleri ile kirlenir. Alüminyumun bir eritme fırını, mikser ve döküm sırasındaki ortamda birçok gazla etkileşme olasılığına rağmen, sadece hidrojen, nitrürler, karbürler ve metal oksitler eriyiğe ürünün yapısını ve özelliklerini önemli ölçüde etkilemek için yeterli miktarlarda geçer.

Sıvı metallerin eritme fırınları ve döküm kepçelerinin astarlanması için ve ayrıca pota ve kalıpların imalatı için kullanılan malzemelerle etkileşimi çeşitli ve karmaşıktır. Eritme tankının malzemesi öncelikle uygun sıcaklıklarda mekanik gerilime dayanmalıdır. Bu mekanik etkileşim, eriyik ve onunla temas eden katı madde arasındaki karmaşık fizikokimyasal fenomenlerle daha da kötüleşir. Aynı zamanda, indirgeme-oksidasyon, karşılıklı çözünme işlemleri mümkündür, astarın bir eriyik ile emprenye edilmesi de mümkündür.

alüminyum alaşımlı gaz giderimi

1. Gaz halindeki inklüzyonların oluşumu. Alüminyum eritilirken fizikokimyasal işlemler

Saf sıvı metal gazlı ortamla yeterince uzun bir süre temas halinde ise ve sistemde dengeyi sağlamayı amaçlayan süreçler gelişiyorsa, eriyiğin bileşiminde ve durumunda aşağıdaki üç tip değişiklik mümkündür:

Gaz halindeki ortam, sıvı metale göre inerttir; bu nedenle, gazın eriyik içinde çözünmesi veya herhangi bir bileşik oluşması meydana gelmez. Gaz çözünmesinin yokluğu pratik açıdan değerlendirilir. Bu, metal eritme işlemi için önemli olmayan, yeterince düşük çözünürlüğe sahip vakaları içerir. Etkileşim yokluğu, periyodik sistemin sıfır grubunun herhangi bir metal ve herhangi bir inert gazı arasında gözlemlenebilir. Mendeleev, ayrıca bazı sistemlerde metal-hidrojen (metal - kalay, kurşun vb.), Metal-azot (metal - bakır, gümüş, çinko vb.).

Sıvı bir metalin gazla etkileşmesinde, gazın eriyik içinde önemli bir çözünürlüğü not edilir. Ayrıca, alaşımın kalitesini önemli ölçüde etkileyen ve erime teknolojisini belirleyen pratik olarak önemli çözünürlüğe atıfta bulunur. Bu etkileşimin gerçekleştiği sistemlerde, sonuçta bir gaz-doymuş sıvı çözeltisi ve bir gaz fazı olacaktır. Eriyikteki maksimum gaz içeriğine ulaşıldığında, gaz ve metal arasında kimyasal bir bileşik oluşumunun başlaması da mümkündür. Eritme işlemi için, belirleyici koşul, tam olarak bir sıvı metal içinde bir gaz çözeltisinin oluşmasıdır. Bu tip etkileşim birçok metal-hidrojen sisteminde gözlenir.

Sıvı metalin gazla etkileşimi, kararlı kimyasal bileşikler metal - gaz oluşumunda ifade edilir. Bu durumlarda sıvı bir metal içindeki gazın çözünürlüğü o kadar küçüktür ki birçok metal-oksijen sisteminde gözlenir (A1-O 2Mg-O 2  ve diğerleri).

Sıvı metalin gazla etkileşimi türü, metal ve gazın doğası, gazın eriyik üzerindeki sıcaklığı ve basıncı ile belirlenir. Bir metal gazı ikili sistemi için, etkileşimin doğası ve oluşan fazlar mevcut durum diyagramlarından oldukça kolay bir şekilde belirlenebilir.

Sıvı metalin gazlarla etkileşim süreci birkaç aşamadan oluşur. Gaz moleküllerinin sıvı bir metalin yüzeyine girişi, moleküler difüzyon ve içinde konvektif kütle transferi ile sağlanır. 10 basınçta 4  Pa ve daha fazlası, gazlarda kütle transferi esas olarak konveksiyon ile gerçekleştirilir.

Bir sonraki adım, gaz moleküllerinin eriyiğin yüzeyine geçişidir. Bu işleme adsorpsiyon denir. Yüksek sıcaklıklarda, ana rol, sadece eriyik yüzeyindeki gaz moleküllerinin birikiminde değil, aynı zamanda atomlara kısmi ayrışmalarında ifade edilen aktif adsorpsiyon veya kemisorpsiyon ile oynanır. Bu, diyatomik gazların ayrışma sıcaklığına yakın, kemisorpsiyon ısısının büyük değeri ile kanıtlanmıştır.

Eriyik yüzeyine adsorbe edilen gaz atomları, hem metal-gaz kimyasal bileşiğinin moleküllerinin oluşumu hem de eriyiğin derinlerine difüzyon için hazırdır. Etkileşim içinde çözünmeyen bir olay ise. bir bileşiğin eriyik halinde, bu bileşiğin bir tabakası eriyiğin yüzeyinde büyümeye başlar. Etkileşim oranı, diğer koşullar arasında, bileşiğin stokiyometrisi ve metal ve bileşiğin yoğunlukları dikkate alınarak, sonuçtaki bileşiğin ve tüketilebilir metalin hacimlerinin karşılaştırılmasıyla tahmin edilebilen bu tabakanın sürekliliği ile belirlenir.

Elde edilen bileşiğin hacmi, harcanan metalin hacminden çok daha azsa, bileşiğin tabakası kaçınılmaz olarak gazın serbestçe nüfuz ettiği yırtılmalara ve çatlaklara sahip olmalıdır. Bu durumlarda, etkileşim sabit bir hızda gerçekleşir. Belirtilen hacimler birbirine yakınsa, gaz bağlantı katmanından yayılmalıdır. Katman kalınlığı sürekli arttıkça, etkileşim oranı azalacaktır. Bu, örneğin, sıvı alüminyumun oksijen ile etkileşimi, eriyiğin yüzeyinde bir alüminyum oksit filminin oluşmasına yol açar.

Metal-gaz bileşiğinin oluşumunun ekzotermik işlemi sırasında, eriyiğin tutuşmasına yol açan yerel bir sıcaklık artışı meydana gelebilir. Bu, örneğin, sıvı magnezyumun ve alaşımlarının 700'ün üzerindeki havada aşırı ısınması durumunda gözlenir. hakkında C, ayrıca 600'ün üzerinde çinkonun aşırı ısınması ile hakkında S.

Eriyik gazı çözebiliyorsa, adsorbe edilmiş gaz atomları eriyiğin derinlerine yayılır. Metal eriyiklerinde, gazlar sadece atomik halde çözülebilir.

Yüzey tabakasındaki gazın çözünmesi işlemi tamamen difüzyonla belirlenir. Eriyik derinliklerinde, gaz atomlarının yayılması esas olarak konvektif kütle transferi ile gerçekleştirilir.

Sıvı fazdaki sınırlı kütle transferi nedeniyle, eriyik yüzeyinde bir bileşik tabaka belirir, ancak çözeltideki maksimum gaz konsantrasyonuna eriyik kütlesinin tamamında henüz ulaşılamamıştır.

Denge Çözünürlüğü [ D] bir metaldeki diatomik gaz genellikle bağımlılıkla tanımlanır

(1)

pr 2  - eriyiğin üzerindeki gaz basıncı; bir hakkında   - sabit faktör; Δ N, 1 mol çözünmüş gaz olarak adlandırılan gazın çözünme ısısıdır; R, gaz sabitidir; T sıcaklıktır, K.

Formül (1) 'in logaritması aşağıdaki ifadeyi verir:

(2)

Sabit bir sıcaklıkta, bağımlılık (1) kare kök yasası haline gelir (Sieverts yasası): bundan sonra metallerdeki gaz çözeltilerinin monatomik ( k  sabit bir faktördür).

Birçok metal-gaz sisteminde, gaz ısı emilimi ile çözülür. Bu nedenle, ΔН\u003e 0 değeri ve bu nedenle sıcaklıktaki bir artış, gazın çözünürlüğünde bir artışa neden olur. Ayrıca, gaz çözünmesinin ısı ile birlikte eşlik ettiği çok sayıda metal vardır (ΔН<0). В таких металлах повышение температуры сопровождается снижением растворимости газа в расплаве.

Sıcaklık ve basınca bağlı olarak metallerdeki gazların çözünürlüğündeki bir değişiklik, sadece dış koşullardaki yeterince yavaş değişikliklerle denge değerlerine karşılık gelir. Bu değişiklikler hızlı bir şekilde gerçekleşirse, genel çözünme işleminin bazı aşamalarının gerekli miktarda gaz transferini sağlamaması nedeniyle çözünürlük yukarıdaki formüller tarafından belirlenen değerlerin gerisinde kalmaya başlar. Genellikle böyle bir darboğaz difüzyondur. Sonuç olarak, metal içinde çözünmüş gaz içeriğinin fazla tahmin edilmiş veya az tahmin edilmiş değerleri elde edilir.

Fenomen özellikle, eriyiğin üzerindeki gazın sıcaklığı ve basıncı düştüğünde, gazın çözünürlüğü azaltılacaksa karmaşıktır. Çoğu durumda, çözeltiden salınan gazın eriyiğin serbest yüzeyinden geçmesi için zaman yoktur. Eriyikteki artan süper doygunluk, içindeki gaz kabarcıklarının ortaya çıkmasına neden olur. Eriyikteki gaz kabarcıklarının homojen çekirdeklenmesi görünüşte imkansızdır. Sadece eriyikte kirlilikte çözünmeyen parçacıklarda gözenekler ve çatlaklar olan hazır çekirdeklerde oluşabilirler. Bu süreksizlikler belirli bir metal için inert gazlarla doldurulur. Bu bitmiş boşluklarda, çözeltiden salınan gazların atomları acele eder ve burada gaz kabarcığı büyümeye başlar.

Eriyik içinde bir gaz kabarcığının varlığının özelliği, içindeki basıncın pn \u003d pbv + ρgh + 2σ / g ile belirlenmesidir, burada pp eriyiğin üzerindeki harici basınçtır; ρgh - eriyiğin yoğunluğuna bağlı olarak metallostatik basınç ρ, yerçekiminin ivmesi g, metal aynadan uzaklık (derinlik) h; 2σ / g - eriyik gaz arayüzündeki ve kabarcık yarıçapındaki g yüzeysel enerjiye bağlı olarak kılcal basınç g.

Sıcaklık saniyede birkaç dereceden fazla bir hızda düştüğünde, metal içindeki çözeltiden eksik gaz gelişimi gözlenir. Daha da yüksek soğutma hızlarında gaz neredeyse tamamen çözelti içinde kalabilir. Başka bir deyişle, gaz çözeltisi önce sıvı metalde, ardından katıda söndürülür. Bu fenomen, gaz içeriğini belirlemek için eriyik örneklemesinde yaygın olarak kullanılmaktadır.

Bir katı metal içinde aşırı doymuş bir çözelti içinde kalan gazlar zararsız olarak kabul edilemez. Mukavemet özelliklerini etkileyebilir, metalin sünekliğini azaltabilir, korozyon özelliklerini değiştirebilirler. Çözeltinin kademeli olarak ayrışması, tahıl sınırlarında, mikro çatlaklarda, metalik olmayan kapanımların yakınında biriken, gözenekler oluşturan serbest gazın salınmasına yol açar. Isıtma, çözeltinin ayrışmasını hızlandırır ve metal imha riskini artırır. Deforme olabilen demir dışı alaşımlarda delaminasyon gibi bu tür kusurlar, gazın çözeltiden evrimi ile tam olarak açıklanmaktadır.

2. Alüminyum alaşımlarının gazlarla etkileşimi

2.1 Oksijen ile etkileşim

Alüminyumun oksijen ile etkileşimi üç bileşik üretir: alüminyum suboksitler Al 2O, AlO ve Alümina Al 2aman 3. Alüminyum suboksitler sadece yüksek vakumda yüksek sıcaklıklarda yapay olarak elde edilebilir. Ortak Al bileşiği 2aman 3, çok yüksek sıcaklıklarda bile buhar ayrışmasının ihmal edilebilir esnekliğine sahip çok güçlü bir kimyasal bileşiktir. Alümina, oluşumu ve birinden diğerine geçişin sıcaklığa, maruz kalma süresine ve ortamın bileşimine bağlı olduğu birkaç polimorfik modifikasyona sahiptir. Serbest alüminin polimorfik modifikasyonları ile ilgili mevcut fikirler çelişkilidir ve iki yöne iner: ayrık ve evrimsel.

Ayrık yönün savunucuları, alüminyum oksidin çok sayıda bağımsız ayrık polimorfik modifikasyonunun varlığını kabul eder. değişiklik α   - Al 203  alümina'nın en kararlı formunu temsil eder. Doğada, a-A1303 korindon şeklinde bulunur - yüksek sertliğe sahip bir mineral. Korindon altıgen eşkenarda kristalleşir. Alüminyum atomları arasındaki mesafe 0.136 nm'dir. alüminyum oksit α   - Al 2aman 3  nihayetinde, sıcaklıktaki bir artışla, yukarıda bahsedilen diğer tüm modifikasyonların geçtiği bir yüksek sıcaklık modifikasyonudur. 2050 ° C sıcaklıkta α   - Al 203  erir ve 3000 ° C sıcaklıkta kaynar. Alüminyumun ve alaşımlarının yüzeyinde oluşan alüminyum oksidin yapısını ve özelliklerini düşünün. Oda sıcaklığında bile yeni açılmış bir alüminyum yüzeyin hızlı bir şekilde oksitlenme tabakası ile kaplandığı, kalınlığı ilk oksidasyon saatlerinde 1.7-2.1 nm'ye ulaştığı bilinmektedir. Alüminyumun havaya daha fazla maruz kalmasıyla, 70-80 gün boyunca oksit filminde yavaş bir büyüme meydana gelir ve 25 ° C'de kalınlığı ve% 45-55 nispi nemi 3 nm'ye ulaşır. Sonra film büyümesi pratik olarak durur. Alüminyum yüzeyindeki doğal oksit filmi, esas olarak, kristalin küçük bir karışımı olan amorf bir karışımdan oluşur. γ   - Al 2aman 3. Alüminyum 450-500 ° C'ye ısıtıldığında, alüminyum yüzeyindeki oksit film ince kristalli bir yapı elde eder ve 500 ° C sıcaklıkta ısıtıldığında, spinel tipinin kristal yapısına karşılık gelen çizgiler x-ışını kırınım desenlerinde görünür. Artan sıcaklıkla, alüminyum yüzeyindeki oksit filmin kalınlığı büyür ve erime noktasına yakın sıcaklıklarda 100 nm'ye ulaşır. Alüminyum üzerindeki doğal oksit film şeffaf, görünmez, kompakt ve iyi yapışma özelliklerine sahiptir.

.2 Azot ile etkileşim

Azot, daha düşük kimyasal aktivite ile oksijenden ve hidrojenden - önemli ölçüde daha büyük atom boyutlarına göre farklılık gösterir. Sıradan sıcaklıklarda, azot metallerde neredeyse çözünmez, çünkü moleküllerinin atomlara ayrılma derecesi çok küçüktür.

Gerçek erime koşulları altında, azot bakır, gümüş, altın, kalay, çinko, kadmiyum, kurşun, antimon ve bizmut ile ne çözeltiler ne de nitritler oluşturur. Azot ayrıca alüminyumda çözülmez, ancak yaklaşık 900 sıcaklıkta hakkında C, eriyik içinde katı kapanımlar şeklinde olabilen kararlı bir kimyasal bileşik - alüminyum nitrür (AlN) oluşturur. 750'den düşük sıcaklıklarda hakkında Alüminyum için azot nötr bir gaz olarak kabul edildiğinden ve genellikle eriyik gazı giderici olarak kullanılır.

Magnezyum bir nitrit magnezyum (Mg 3N- 2), amonyak oluşturmak için oda sıcaklığında su ile ayrışır. Bu bağlamda, metalde magnezyum nitrür bulunması, magnezyum ve alaşımlarının korozyon direncini azaltır.

Bir azot, bakır, gümüş, altın, çinko, kadmiyum, magnezyum, alüminyum, kalay, kurşun, bizmut, antimon ve alaşımlarının bir atmosferinde eridiğinde, dökme ürünlerin kalitesi bozulmaz.

Alkalin ve alkalin toprak metalleri aktif olarak azotu emer, önce doymuş bir çözelti ve daha sonra termal olarak kararlı nitrürler oluşturur. Bu nedenle, eritildiklerinde, atmosferdeki azota izin verilmez.

Periyodik tablonun dördüncü, beşinci ve altıncı gruplarının refrakter metalleri Mendeleev (titanyum, zirkonyum, hafniyum, vanadyum, niyobyum, tantal, krom, molibden ve tungsten) ve alaşımları azotu büyük miktarlarda çözer ve nitrürler oluşturur. Bu metallerin azotla doygunluğu, kırılganlıkta keskin bir artışa neden olur. Bu nedenle, bu refrakter metaller için azot zararlı bir gazdır ve fırının atmosferinde kabul edilemez.

Saf azot, alüminyum alaşımlarının gazlarının giderilmesinde yaygın olarak kullanılır, eriyik hacmi boyunca küçük kabarcıklar şeklinde verilir. Uygulamada,% 1.5'ten fazla Mg içeriğine sahip alaşımların eritilmesi, alaşımların teknolojik özelliklerini keskin bir şekilde azaltan magnezyum nitrür oluşumu nedeniyle azot ile muamele edilmez.

.3 Karmaşık gazlarla etkileşim

Karmaşık gazların sıvı metallerle etkileşiminin tüm vakalarında, yeni moleküllerin oluşumu, karmaşık gazı oluşturan serbest elementlerin ortaya çıkması, bu elementlerden birinin veya her ikisinin sıvı bir metal içindeki çözeltilerinin ortaya çıkması ile birlikte gaz moleküllerinin imhası meydana gelir.

Kompleks gazların bileşiminin karbon ve kükürt içermesi nedeniyle, sıvı metallerin bu elementlerle etkileşimini dikkate almak gerekir. Genellikle gaz oluşturucu olarak adlandırılırlar.

Sıvı metallerin su buharı ile etkileşimi. Termodinamik hesaplamalarda gösterildiği gibi, erime sırasında sıvı haldeyken bu sıcaklıklardaki hemen hemen tüm metaller su buharı ile etkileşime girer. Açığa çıkan hidrojen atmosfere karışacaktır. Sıvı alüminyum ayrıca bir metal çözünmeyen oksit tabakası ile kaplanacaktır, ancak salınan hidrojen eriyik içinde çözülecektir. Böylece, bu metallerin su buharı içeren bir atmosferde eritilmesi, eriyiğin sadece oksit niteliğinde metalik olmayan inklüzyonlarla kirlenmesine neden olmayacak, aynı zamanda çözünmüş hidrojen ile doygunluğuna da yol açacaktır. Bu iki metal için, yüksek oksijen afinitesi nedeniyle, su buharı ile reaksiyon neredeyse tamamen metal oksit ve hidrojenin oluşumuna doğru kaymaktadır.

Bu nedenle, su buharı içeren bir atmosferde eridiğinde, hem oksijen hem de hidrojen tarafından kirlenecektir.

.4 Hidrojen ile etkileşim

Hidrojen, alüminyum ve alaşımlarında belirgin bir şekilde çözünen tek gazdır. Çözünürlüğü, sıcaklık ve basıncın kare kökü ile orantılı olarak değişir. Şekilde gösterildiği gibi, hidrojenin sıvı alüminyum içindeki çözünürlüğü katı alüminyumdan önemli ölçüde yüksektir: sırasıyla 0.65 ve 0.034 ml / 100 g. Bu değerler, alaşımların kimyasal bileşimine bağlı olarak biraz değişir. Erimiş alüminyumun hidrojen içeriği ile soğutulması ve katılaştırılması katı haldeki çözünürlüğünden önemli ölçüde yüksek olduğunda, (hidrojen) birincil veya ikincil gözeneklerin oluşumuna yol açacak olan moleküler formda salınabilir.

<#"center">Alüminyumun hidrojen gözenekliliği

Alüminyumda hidrojen kabarcıklarının oluşumu büyük ölçüde soğutma ve katılaşma hızına ve ayrıca eriyik içinde hapsolmuş oksitler gibi hidrojen gelişimi için çekirdeklenme merkezlerinin varlığına bağlıdır. Bu nedenle, gözeneklilik oluşumu, katı alüminyumdaki hidrojenin çözünürlüğüne kıyasla, çözünmüş hidrojen içeriğinin önemli bir miktarını gerektirir. Çekirdeklenme merkezlerinin yokluğunda, hidrojen evrimi nispeten yüksek bir hidrojen konsantrasyonu gerektirir - yaklaşık 0.30 ml / 100 g Birçok endüstriyel alaşımda 0.15 ml / 100 g gibi oldukça yüksek hidrojen içeriğinde bile gözeneklilik saptanmaz.

Alüminyum dökümlerde hidrojen

Sertleştirilmiş alüminyumdaki hidrojenin yeri, sıvı alüminyumdaki seviyesine ve sertleşmenin meydana geldiği koşullara bağlıdır. Hidrojen gözenekliliğinin varlığı, difüzyonla kontrol edilen çekirdeklenme ve büyüme mekanizmalarının sonucu olduğundan, hidrojen konsantrasyonunda bir azalma ve katılaşma hızında bir artış gözeneklerin çekirdeklenmesi ve büyümesi üzerinde çok büyük bir etkiye sahiptir. Bu nedenle, sökülebilir chill döküm yönteminde yapılan dökümler, hidrojenle ilişkili kusurlara, örneğin enjeksiyonlu kalıplama yöntemleriyle yapılan dökümlerden daha eğilimlidir.

Alüminyumdaki hidrojen kaynakları

Hidrojen, fırın atmosferi, şarj malzemeleri, eriticiler, eritme araçları ve erimiş alüminyum ile kalıp arasındaki reaksiyonlar dahil olmak üzere birçok kaynaktan alüminyuma girer.

Fırının atmosferi. Eritici doğal gaz veya örneğin akaryakıt ile çalışırsa, serbest hidrojen oluşumu ile yakıtın eksik yanması mümkündür.

Şarj malzemeleri. Külçeler, hurda ve dökümhane iadeleri oksit, korozyon ürünleri, kum ve diğer dökümhaneler ile işleme sırasında kullanılan yağlayıcıları içerebilir. Tüm bu kirleticiler, organik maddelerin restorasyonu veya su buharının kimyasal ayrışması sırasında oluşan potansiyel hidrojen kaynaklarıdır.

Fluxing ajanlar. Çoğu akı tuzlardır ve tüm tuzlar gibi higroskopiktir, yani suyu zevkle “emmeye” hazırdır. Bu nedenle, ıslak akı kaçınılmaz olarak suyun kimyasal ayrışmasıyla oluşan eriyiğe hidrojen ekler.

Eritme aletleri. Tepeler, kazıyıcılar ve kürekler gibi eritme araçları, temiz tutulmadıkları takdirde hidrojen kaynağı olabilir. Bu tür aletlerdeki oksitler ve akı kalıntıları, nemi doğrudan çevredeki havadan emdikleri için özellikle zor kirlilik kaynaklarıdır. Fırın refrakterleri, oluklar ve dağıtım kanalları, kireç ve çimento harçları, örnekleme kepçeleri, özellikle yeterince kurutulmadıkları takdirde potansiyel hidrojen kaynaklarıdır.

Sıvı alüminyum ve kalıp arasındaki etkileşim. Kalıbın doldurulması sırasında sıvı metal aşırı türbülanslı akarsa, havayı iç hacmine sıkıştırabilir. Hava, katılaşma başlamadan dışarı çıkmak için zamana sahip değilse veya çıkmıyorsa, hidrojen metale girecektir. Yanlış yapılmış kalıp besleyicileri de hava sıkışmasına neden olabilir. Başka bir hidrojen kaynağı, aşırı ıslak kum kalıplarıdır.

Alüminyumun hidrojen ile reaksiyonu

Çoğu metal gibi alüminyumun da doğrudan hidrojen ile reaksiyona girmediğine inanılmaktadır. Genellikle metaller, diğer elementler tarafından kabul edilen elektronların kaybı ile bileşikler oluştururlar. Hidrojen ayrıca elektron kaybeden (veya elektronları paylaşan) bileşikler oluşturur. Bu nedenle, genellikle hidrojen atomları, bileşikler oluşturmak için metal bağışı yapan elektronları kabul etmezler. Sadece sodyum, potasyum, kalsiyum ve magnezyum gibi çok reaktif metaller hidrojen atomlarını elektronlarını bu metallerin hidritleri olarak adlandırılan katı iyonik bileşikler oluşturmak üzere kabul etmeye zorlayabilir.

Alüminyum hidridin hidrojen ve alüminyumdan doğrudan sentezi, yaklaşık 2.000.000.000 atmosferlik çılgın bir basınç ve 800 K'nin üzerinde bir sıcaklık gerektirir. Bu arada, alüminyum hidrit gibi bir bileşik mevcuttur. Alüminyum hidrit, 100 ° C'nin üzerindeki sıcaklıklarda kolayca ayrışan kararsız bir bileşiktir. Doğrudan elde edilmez, ancak diğer bileşiklerin reaksiyonlarının bir sonucu olarak elde edilir.

1.Alüminyum döküm alaşımları örneği ile gaz gözenekliliğinin belirlenmesi

· Alüminyum döküm alaşımlarında gözeneklilik belirlenirken, büzülme gevrekliği veya merkezi gözeneklilik hariç tutulur.

· Gaz gözenekliliğini belirlemek için, külçelerden, dökümlerden veya dökümlerden kesilen numunelerden kesilen şablonlar, 1.6 um'den fazla olmayan bir pürüz Ra'ya işlenir.

· Gaz gözenekliliğini belirlemek için makro bölüm, makro yapıyı açığa çıkarmadan aşındırılır, daha sonra akan su ile yıkanır ve filtre kağıdı ile kurutulur.

· Gaz gözenekliliğini belirlemek için şekilde gösterilen ölçeği kullanmak gerekir. Makro bölümlerin noktalardaki gözeneklilik derecesi, ölçeklerin standartları ile karşılaştırılarak belirlenir.

· Külçe şablonlarının gaz gözenekliliği, 1 cm'lik bir alana sahip üç karede belirlenir. 2  Her. Gözenek sayısı ve gözenek boyutu, üç ölçümün aritmetik ortalaması olarak belirlenir.

· Ortalama miktar, boyut veya gözeneklerin yukarı doğru yüzdesinde sapmalar varsa, gözeneklilik indeksleri daha yüksek bir gözeneklilik puanına yönlendirilir.

· Küçük dökümlerde, gaz gözenekliliği daha az sayıda karede belirlenebilir.

· Külçe şablonlarının iki makro bölümünde üç kare ile belirlenen gözeneklilik puanı tüm ısıya dağıtılır.

· Gözenek kontrolü çıplak gözle görsel olarak yapılır. Gözenek çapını belirlemek için 10 kata kadar artan optik cihazlar kullanabilirsiniz.

· Bir bölüm beş standarttan oluşur:

o nokta 1 - ince gözeneklilik;

o nokta 2 - azaltılmış gözeneklilik;

o nokta 3 - ortalama gözeneklilik;

o nokta 4 - artan gözeneklilik;

o nokta 5 - yüksek gözeneklilik.

· Gözeneklilik derecesi için standartlar, alaşım derecesine bakılmaksızın kullanılabilir.

Şekil 2 - Alüminyum alaşımlarının gözeneklilik ölçeği

Şekil 3 - Makro kesitindeki karelerin yerleşimi

3. Alüminyum alaşımlarının gazının alınması

Metalurjik tesislerde, erimiş bir metalin gazla bir jetini işlemek için beş şema kullanılır:

dibe monte edilmiş gözenekli diyaframlardan gazın girmesiyle olukta (veya ısıtılmış tankta);

ısıtılmış bir kapta bir yığın veya köpük seramik filtreden süzme ile kombinasyon halinde;

400-600 rpm hızında dönen bir rotor kullanılarak gazın sokulduğu bir kapta;

külçe dökümü sırasında olukta;

gaz ile kombinasyon halinde akı.

Bu işlemlerin her birinde, erimiş metal taşma ile rafine edilir. Bu, bir yandan, eritme ve döküm ünitesinin verimliliğini arttırır, çünkü fırın veya karıştırıcıdaki eriyiği üretim döngüsünden arıtmak için gereken süreyi ortadan kaldırır ve diğer yandan eriyiğin bir arıtma reaktifi ile en iyi işlenmesini sağlar.

Bu eriyik işleme yöntemleri, hem dökme hem de dövme alüminyum alaşımlarının hazırlanmasında yaygınlaşmıştır. Temizleme işleminden sonra eriyik içerisindeki hidrojen içeriği bir dizi faktör tarafından belirlenir ve esas olarak temizlenen gazın hacmine bağlıdır. Hacimdeki bir artışla, gaz alma derecesi genellikle olur. artar. Bir istisna, eriyiğin temizlenmesi ile birlikte, sıvı metalin yoğun delinmesi sırasında oksijen ve atmosferik nem ile etkileşimin bir sonucu olarak ikincil kirliliğinin bir sürecinin gelişmesi durumudur.

NKaZ'da, bir erimiş metal jetini gazlarla işlemek için aşağıdaki şemalar kullanılır:

gazla kombinasyon halinde akı (Gaz giderme tesisi PAL FI 60R);

400-600 rpm hızında dönen bir rotor kullanarak gazın girdiği bir tankta (ikincil fırın rafine SNIF P-140UHB'nin iki aşamalı montajı).

.1 Gaz giderme tesisi PAL FI 60R

PAL FI 60R gaz giderme ünitesi, bir mikserdeki hidrojen eriyiğini temizlemek için tasarlanmıştır. Erime işlemi, eritmenin, argonlu bir karıştırıcıda akı enjeksiyonu olasılığı ile üflenmesiyle gerçekleştirilir. Tesisin teknik özellikleri tablo 9'da sunulmaktadır.

Tablo 1 - PAL FI 60R kurulumunun teknik özellikleri

Parametreler Değer Elektrik gerilimi, B220 Akı tüketimi, kg / dak 1 ila 46 Gaz tüketimi, l / dak 180 ila 250 Akı besleme gözü hacmi, l / kg 38/45 Kurulum ağırlığı, kg 400

MONTAJ "PAL FI60R" - otomatik akı döner enjeksiyon sistemi, oksitlerin etkili bir şekilde birleştirilmesi için metal seviyesi altında sürekli akı enjeksiyonu sağlar. İnert gazın gazdan arındırılmasıyla hidrojeni giderme özelliğiyle birlikte akı işlemi, üretim maliyetlerini düşürürken alüminyum alaşımlarının kalitesini artırabilir.

Şekil 4 - Gazdan arındırma tesisi PAL FI 60R

PAL FI 60R sistemi eriyik yüzey hattı altına sabit bir akış akışı sağlayarak akı enjeksiyonunun etkisini arttırır. Akı tanıtımı, alüminyum alaşımlarının kalitesini artırmaya yardımcı olurken aynı zamanda işletme maliyetlerini düşürür. Akı enjektörleri, uzun alüminyum transfer fırınlarında, uzun

bir akı enjeksiyon tüpü veya küçük bir pota fırınında, bir grafit tüp ile birlikte. PAL FI60R ünitesi ayrıca dönen bir nozulu popüler Pirotka gazdan arındırma ünitelerinden biriyle birlikte kullanılabilir.

Özellikleri ve Yararları:

10 galonluk bir tank (38 L) ~ 45 kg'a kadar akı tutar.

Gelişmiş conta tasarımı, akı malzemesinin kuru kalmasına yardımcı olur.

Döner akı beslemesinin yeni ve geliştirilmiş tasarımı, hem toz hem de granül akıların enjeksiyonuna izin verir.

Akı enjektörü, tesisin farklı fırınları arasında kolay taşımayı kolaylaştıran sağlam dört tekerlekli bir çerçeveye monte edilmiştir.

Kapanımlar ve hidrojeni gidererek erimiş metalin kalitesini artırır.

Cüruf oluşum miktarını azaltır

Fırının duvarlarında oksit birikintilerini azaltır.

Uygulama:

Yığın fırınlar

Kovalı Dispenserler

Dağıtım fırınları

Eritme fırınları

.2 SNIF P-140UHB İki Aşamalı İkincil Arıtma Tesisi

İki aşamalı SNIF P-140UHB ikincil fırın arıtma ünitesi, erimiş metalin çözünmüş hidrojen ve alkalin toprak elementlerinden saflaştırılması için tasarlanmıştır.

Tablo 2 - SNIF P-140UHB ikincil fırın rafine işleminin iki aşamalı kurulumunun özellikleri

Gösterge değeri Değer Hazne kapasitesi, t 1.76 Nominal güç, kW 45 Elektrik gerilimi, V 380 Isıtıcı sayısı, adet 6 Ünitenin maksimum sıcaklığı, ° C 800 Sıvı metalin maksimum sıcaklığı, ° C 760 Ünite verimliliği, t / s 63,5 Rotor sayısı, adet 2 Rotor başına gaz tüketimi (argon), m 3/ saat3,6-4,2 Rotor hızı: rölanti, rpm; çalışma modu, rpm150 455-480

İki rotorlu SNIF® SHEER P-60U sistemi, saatte 63.500 kg nominal sürekli arıtma kapasitesi sağlar. Sistem bir arıtma fırını, iki döner SNIF rotoru, otomatik PLC proses kontrolleri ve fırın ısıtma kontrolünden oluşur. Optimum verimlilik için fırın, her biri fırın kapağına monte edilmiş bir döner rotor ile donatılmış iki ayrı rafine odasına ayrılmıştır. Her bölme, eriyiğin çalışma gazının kabarcıkları ile tam olarak doygunluğunu sağlayacak ve her iki döner memeyi kullanarak maksimum rafinasyon derecesini sağlayacak şekilde tasarlanmıştır. Entegre bir bölme sistemi, metal akışını düzenleyerek erimiş alüminyumun rafine fırından geçerken verimli bir şekilde rafine edilmesini sağlar. En önemli tasarım özelliği, fırın kartuşunun önceden pişirilmiş refrakter astarını hızlı ve kolay bir şekilde değiştirme yeteneğidir. Bir fırın refrakter değişimi gerektiğinde, eski kartuş kolayca çıkarılır ve yenisiyle değiştirilir. Refrakter, bir veya iki gün içinde, muhtemelen çelik mahfaza döküm hattından çıkarılmadan değiştirilebilir. 30 saatlik ön ısıtma işleminden sonra sistem tekrar hizmete alınabilir.

Şekil 5 - İkincil fırın rafine SNIF P-140UHB'nin iki aşamalı kurulumu

Kartuşun astarı çok katmanlı yoğun refrakter ve yalıtımdan oluşur. Tüm refrakterler ıslatılamaz ve termosettir. Kartuş, depolama sırasında nem emilimini önlemek ve kurulum sırasında yalıtımla teması en aza indirmek için folyoya sarılmıştır. Girişlerin ve çıkışların patentli hava kilitleri (kilitleri), erimiş alüminyumun hazneden serbestçe hareket etmesini sağlar ve hava sızmasını önleyerek aşırı cüruf oluşumuna yol açar. Fırınların derin giriş / çıkış ağızları, sonraki filtreleme sistemlerini başlatmak için yüksek düzeyde metal gerektiren uygulamalar için tasarlanmıştır. Fırın, metalin hareket hattı boyunca, metalin zıt yönde hareket yönündeki bir değişiklikle U-şekilli bir konfigürasyonda ve metalin 90 ° hareket yönündeki bir değişiklikle L-şekilli bir konfigürasyonda monte edilebilir. Fırınlar, temizlik ve bakım için küvetin tüm yüzeyine erişim sağlamak için fırının tepesini kaldıran bağımsız bir hidrolik kapak kaldırma mekanizmasına sahiptir. Kapalı konumda, fırın kapağı hava sızmasını ve cüruf oluşumunu önleyen mükemmel çevre sızdırmazlığı sağlar. P-60U iki farklı ısıtma sistemi ile sunulmaktadır. Ünite, bir grafit bloğa monte edilmiş çıkarılabilir ısıtma elemanları ile donatılmıştır. avantajları:

geliştirilmiş hidrojen uzaklaştırma;

mikrooksit uzaklaştırılması;

yüksek metal verimi;

uzun rotor ömrü;

yüksek performans;

dezavantajı:

sınırlı rotor hizmet ömrü (4 aydan fazla değil);

gaz maliyetleri;

alaşımı değiştirirken yüksek metal yıkama talebi

Sonuç

Alaşımın gazlarla etkileşimi (H, O 2, N) aşağıdaki kusurlar mümkündür: gaz gözenekliliği, gaz kabukları, metalik olmayan kalıntılar.

Gaz ile etkileşim endotermik ve ekzotermik reaksiyonlar yoluyla ilerleyebilir. Hidrojenin alaşım ile etkileşimi ekzotermik ve endotermik reaksiyonlar yoluyla ilerler. Bu durumda, hidrojen bir endotermik reaksiyon yoluyla etkileşir. Bu, alaşımda bir hidrojen çözeltisinin oluşumuna yol açar ve daha sonra kristalizasyon sırasında gaz gözenekliliği veya gaz kabuklarının oluşumu mümkündür.

Oksijen ile, tüm metaller ekzotermik bir reaksiyonla etkileşir ve oksitler oluşur. Oksitler, döküm filmlerinde oksit filmleri ve oksit parçacıkları biçiminde kusurlar oluştururlar.

Dökümde oluşan listelenen kusurlar, parçanın operasyonel özelliklerini (mekanik özellikler, sızdırmazlık) keskin bir şekilde azaltır.

Bu döküm kusurlarından kaçınılabilir: bir vakumda metal eritme, koruyucu bir akı tabakası altında erime veya nötr bir ortamda erime.

Alaşımlardaki hidrojen doygunluğunun kaynağı nemdir ve aşağıdakiler olabilir:

havada

zayıf kurumuş bir izabe veya izabe tesisinin yüzeyinde

karışımın yüzeyinde

Alaşımın hidrojen doygunluğunu önlemek için aşağıdaki önlemler kullanılır. Eritme işlemindeki ana hidrojen miktarından beri, alaşım yükte bulunan nemden, eritme aracından ve fırının atmosferinden alır. Şarj malzemesini kurutmak gerekir; eritme aletini, fırını ve potayı kurutmak da gereklidir. Erimenin eritme işlemi sırasında fırının atmosferi ile etkileşmemesi için, erime koruyucu bir akının örtüsü altında yapılmalıdır.

Eriyiklerin hızla dönen bir rotor kullanılarak gazdan arındırma ile işlenmesi, rafinaj fazının dağıtılması ve alüminyum eriyiğinden hidrojen ve metalik olmayan kalıntıların uzaklaştırılması yeteneğinin geliştirilmesi açısından en umut vericidir. Mümkün olduğunca çok sayıda küçük kabarcık elde etmeye ve çeşitli rotor tasarımları kullanılarak elde edilen tüm banyoda aynı anda yüksek konveksiyon ile eriyik içinde homojen dağılım elde etmeye çalışırlar.

Eriyiklerin tüpler ve gözenekli diyaframlardan gazla üflenmesine kıyasla, rotorların kullanımı aşağıdaki avantajlara sahiptir:

çok küçük baloncuklara gaz bölünmesi;

eriyik içinde gazın muntazam dağılımı;

tüm eriyiğin karıştırılması.

Kullanılan kaynakların listesi

1. Kurdyumov, A.V. Demir dışı metal alaşımlarından döküm üretimi / A.V. Kurdyumov [ve diğ.]. - M .: MISiS, 1996.

Levy, L.I. Metalurjik prosesler teorisi ve döküm alaşımları eritme teknolojisi / L.I. Levi. - E .: Makine Mühendisliği, 1970.

Nepomnyashchy, V.N. Demir dışı metal alaşımlarının üretiminin temelleri / V.N. Hatırlamıyorum. - Krasnoyarsk: GACMiZ, 2002.

Renk dökümü: El Kitabı / N.M Galdin. - M .: Makine Mühendisliği, 1989.

Alüminyum alaşımları. Alüminyum alaşımlarının eritilmesi ve dökümü: Referans kitabı / V.I. Dobatkin. - M .: Metalurji, 1983.

Napalkov, V.I. Alüminyum alaşımlarının sürekli dökümü / V.I. Napalkov ve diğerleri - M.: Intermet, 2005.

Hosen, Ri. Sıvı ve katı haldeki alüminyum alaşımlarının özellikleri / Ri Hosen. - Vladivostok: Evet, 2002.

Alüminyum alaşımlarının eritilmesi ve dökümü: Referans kitap / M.B. Altman [ve diğ.]. - M .: Metalurji, 1983.

Hidrojen, diğer gazların aksine, alüminyumda çözünme özelliğine sahiptir ve belirli koşullar altında kaynak metalinde gözenekler oluşturur. Gerçek kaynak koşulları altında, arkın gaz fazındaki moleküler hidrojenin kısmi basıncı önemsizdir. Bu nedenle, kaynak havuzunda ana hidrojen kaynağının kaynağı, nemin metal ile doğrudan etkileşiminin reaksiyonudur.

bu reaksiyonun bir sonucu olarak, metal ile temas eden atmosferik tabakanın yüzeyindeki atomik hidrojen konsantrasyonu büyük değerlere ulaşır ve metal ile dengede olan moleküler hidrojenin büyük basınç değerlerine karşılık gelebilir. Bu bağlamda, nem ve su buharının bir metal ile doğrudan etkileşimlerinde, içinde çözünmüş hidrojen konsantrasyonu büyük değerlere ulaşabilir. Sıvı metalde çözünen hidrojen, çözünürlüğün azalması nedeniyle soğuduktan sonra serbest bırakılma eğilimindedir. Banyodan çıkacak zamana sahip olmayan serbest bırakılan hidrojen kabarcıkları, kaynak metali içinde kalır ve gözenekler oluşturur. Baloncuğun sıvı bir metal içinde ortaya çıkması ve var olması için, içinde bulunan hidrojenin basıncının, balonun üzerine uygulanan dış basınca eşit veya daha yüksek olması gerekir. Kaynak havuzunun sığ derinliği nedeniyle metallostatik basıncın etkisini ihmal edersek ve kaynak işlemini 100 kPa'lık normal bir harici basınçta düşünürsek, kaynak havuzunun erimiş metalinde bir kabarcık olması için aşağıdaki koşullar yerine getirilmelidir:

kabarcık içindeki moleküler hidrojenin basıncı; gaz - metal arayüzündeki yüzey gerilimi, r baloncuğun yarıçapıdır. Endüstriyel alüminyum alaşımında 1420, çözünmeyen, ıslanamayan süspansiyonlar oluşturmak için oksit parçacıkları her zaman mevcuttur. Bu nedenle, normal harici basınçta () alüminyum kaynağı koşulları altında gelişen hidrojen kabarcıklarının oluşumu,

Şek. 4 Sıcaklığa bağlı olarak alüminyumdaki hidrojenin çözünürlüğünde değişiklik.

Bir metalin kristalleştirilmesi sürecinde, kristalize metal ve sıvı arasında hidrojenin yeniden dağıtılması muhtemeldir. Böyle bir yeniden dağıtım, banyonun kristalize olmayan kısmında hidrojen konsantrasyonunda kademeli bir artışa ve daha büyük hale geldiği bir zamanda kabarcıkların ortaya çıkmasına katkıda bulunmalıdır. Bu nedenle, kabarcıkların göründüğü metalde çözünen başlangıç \u200b\u200bhidrojen konsantrasyonu, kristalleşme koşullarına ve kristalleştirici metalin kütlesine bağlı olarak önemli ölçüde değişebilir. Şu anda biriken deneyim, alüminyum kaynağı koşulları altında, dendrit cephesinin yüksek hareket hızları nedeniyle, kristalizasyon sırasında hidrojenin katı ve sıvı metal arasında yeniden dağıtılmasının ihmal edilebileceğini ve kristalleşmesi sırasında banyoda hidrojen konsantrasyonunun değişmediği varsayılabilir. Soğutma sırasında değer düşer ve 660 ° C (0.69 cm ^ 3/100 g metal) sıcaklıkta sıvı metal içindeki minimum değerine ulaşır. Alüminyum kaynağı sırasında kabarcıkların çekirdeklenmesi, değerin daha büyük olduğu banyonun en soğuk kısımlarında metalin soğutulması sırasında meydana gelir. Dendritlerin yüksek büyüme oranı nedeniyle, banyodan kabarcıkların yüzmesi zordur ve değişen kaynak koşullarıyla sadece biraz değişen kristalleşme koşullarının etkisi, alüminyum kaynağı sırasında kaynakların gözeneklilik derecesini nispeten etkiler alüminyum ve alaşımlarının hidrojen ile zayıf etkileşimi

Hidrojen, alüminyum ve alaşımlarında belirgin bir şekilde çözünen tek gazdır. Çözünürlüğü, sıcaklık ve basıncın kare kökü ile orantılı olarak değişir. Şekilde gösterildiği gibi, hidrojenin sıvı alüminyum içindeki çözünürlüğü katı alüminyumdan önemli ölçüde yüksektir: sırasıyla 0.65 ve 0.034 ml / 100 g. Bu değerler, alaşımların kimyasal bileşimine bağlı olarak biraz değişir. Erimiş alüminyumun hidrojen içeriği ile soğutulması ve katılaştırılması katı haldeki çözünürlüğünden önemli ölçüde yüksek olduğunda, (hidrojen) birincil veya ikincil gözeneklerin oluşumuna yol açacak olan moleküler formda salınabilir.

Alüminyumun hidrojen gözenekliliği

Alüminyumda hidrojen kabarcıklarının oluşumu büyük ölçüde soğutma ve katılaşma hızına ve ayrıca eriyik içinde hapsolmuş oksitler gibi hidrojen gelişimi için çekirdeklenme merkezlerinin varlığına bağlıdır. Bu nedenle, gözeneklilik oluşumu, katı alüminyumdaki hidrojenin çözünürlüğüne kıyasla, çözünmüş hidrojen içeriğinin önemli bir miktarını gerektirir. Çekirdeklenme merkezlerinin yokluğunda, hidrojen gelişimi için nispeten yüksek konsantrasyonda hidrojen gereklidir - yaklaşık 0.30 ml / 100 g Birçok endüstriyel alaşım, 0.15 ml / 100 g gibi oldukça yüksek hidrojen içeriğine sahip olsa bile gözeneklilik göstermez.

Alüminyum dökümlerde hidrojen

Sertleştirilmiş alüminyumdaki hidrojenin yeri, sıvı alüminyumdaki seviyesine ve sertleşmenin meydana geldiği koşullara bağlıdır. Hidrojen gözenekliliğinin varlığı, difüzyonla kontrol edilen çekirdeklenme ve büyüme mekanizmalarının sonucu olduğundan, hidrojen konsantrasyonunda bir azalma ve katılaşma hızında bir artış gözeneklerin çekirdeklenmesi ve büyümesi üzerinde çok büyük bir etkiye sahiptir. Bu nedenle, yapılan dökümler, hidrojen ile ilişkili kusurlara, örneğin yapılan dökümlerden daha duyarlıdır.

Alüminyumdaki hidrojen kaynakları

Hidrojen, fırın atmosferi, şarj malzemeleri, eriticiler, eritme araçları ve erimiş alüminyum ile kalıp arasındaki reaksiyonlar dahil olmak üzere birçok kaynaktan alüminyuma girer.

Fırın atmosferi. Eritici doğal gaz veya örneğin akaryakıt ile çalışırsa, serbest hidrojen oluşumu ile yakıtın eksik yanması mümkündür.

Şarj malzemeleri. Külçeler, hurda ve dökümhane iadeleri oksit, korozyon ürünleri, kum ve diğer dökümhaneler ile işleme sırasında kullanılan yağlayıcıları içerebilir. Tüm bu kirleticiler, organik maddelerin restorasyonu veya su buharının kimyasal ayrışması sırasında oluşan potansiyel hidrojen kaynaklarıdır.

Fluxing ajanlar.  Çoğu akı tuzlardır ve tüm tuzların higroskopiktir, yani suyu zevkle “emmeye” hazırdır. Bu nedenle, ıslak akı kaçınılmaz olarak suyun kimyasal ayrışmasıyla oluşan eriyiğe hidrojen ekler.

Eritme aletleri.  Tepeler, kazıyıcılar ve kürekler gibi eritme araçları, temiz tutulmadıkları takdirde hidrojen kaynağı olabilir. Bu tür aletlerdeki oksitler ve akı kalıntıları, nemi doğrudan çevredeki havadan emdikleri için özellikle zor kirlilik kaynaklarıdır. Fırın refrakterleri, oluklar ve dağıtım kanalları, kireç ve çimento harçları, numune alma kovaları, özellikle yeterince kurutulmadıkları takdirde potansiyel hidrojen kaynaklarıdır.

Sıvı alüminyum ve kalıp arasındaki etkileşim. Kalıbın doldurulması sırasında sıvı metal aşırı türbülanslı akarsa, havayı iç hacmine sıkıştırabilir. Hava, katılaşma başlamadan dışarı çıkmak için zamana sahip değilse veya çıkmıyorsa, hidrojen metale girecektir. Yanlış yapılmış kalıp besleyicileri de hava sıkışmasına neden olabilir. Başka bir hidrojen kaynağı, aşırı ıslak kum kalıplarıdır.

Alüminyumun hidrojen ile reaksiyonu

Çoğu metal gibi alüminyumun da doğrudan hidrojen ile reaksiyona girmediğine inanılmaktadır. Genellikle metaller, diğer elementler tarafından kabul edilen elektronların kaybı ile bileşikler oluştururlar. Hidrojen ayrıca elektron kaybeden (veya elektronları paylaşan) bileşikler oluşturur. Bu nedenle, genellikle hidrojen atomları, bileşikler oluşturmak için metal bağışı yapan elektronları kabul etmezler. Sadece sodyum, potasyum, kalsiyum ve magnezyum gibi çok reaktif metaller hidrojen atomlarını elektronlarını bu metallerin hidritleri adı verilen katı iyonik bileşikler oluşturmak üzere kabul etmeye zorlayabilir.

Alüminyum hidridin hidrojen ve alüminyumdan doğrudan sentezi, yaklaşık 2.000.000.000 atmosferlik çılgın bir basınç ve 800 K'nin üzerinde bir sıcaklık gerektirir. Bu arada, alüminyum hidrit gibi bir bileşik mevcuttur. Alüminyum hidrit, 100 ° C'nin üzerindeki sıcaklıklarda kolayca ayrışan kararsız bir bileşiktir. Doğrudan elde edilmez, ancak diğer bileşiklerin reaksiyonlarının bir sonucu olarak elde edilir.