Физико-химические способы получения порошков   

   Дамо коротку характеристику деяким фізико-хімічним методам одержання порошків.

   1. Хімічне відновлення:

   а — відновлення походить із оксидів і інших твердих з’єднань металів.

   Цей спосіб є одним з найпоширеніших і економічних способів. У загальному випадку найпростішу реакцію відновлення можна представити як:

   МеА + Х Ме + ХА ± Q (3)

   де Ме – будь-який метал, порошок якого хочуть одержувати; А – неметалічнаа тридцятилітній відновлюваного з’єднання МеА (кисень, хлор, фтор, сольовий залишок і ін.); Х – восстановитель; Q – тепловий ефект реакції.

   Відновниками служать гази (водень, конвертований природний газ і ін.), твердий вуглець (кокс, сажа й ін.) і метали (натрій, кальцій і ін.). Вихідною сировиною є окислені руди, рудні концентрати, відходи й побічні продукти металургійного виробництва (наприклад, прокатна окалина), а також різні хімічні сполуки металів.

   Таким шляхом одержують порошки Fe, Cu, Ni, Co, W, Mo, Ti, Ta, Zr, U і інших металів і їхніх сплавів, а також з’єднань із неметалами (карбіди, бориды й ін.)

   б — хімічне відновлення різних з’єднань металів з водяних розчинів.

   Цей спосіб також є одним із самих економічних способів, що дозволяє одержувати високоякісні металеві порошки. Восстановитель — водень або оксид вуглецю. Вихідна сировина — сірчанокислі або аміачні розчини солей відповідних металів.

   Як приклад застосування цього методу розглянемо одержання порошку міді. Мідь може бути виділена відновленням воднем як з кислих, так і лужних розчинів. Звичайно використовують розчин сульфату міді або мідно-аміачної комплексної солі; реакції відновлення мають вигляд:

   CuSO4 + Н2 = Cu + H2SO4 (4)

   [Cu(NH3)4]SO4 + Н2 + 2Н2O = Cu +(NH4)2SO4 + 2NH4OH (5)

   Відновлення проводять при сумарному тиску газу 2,4-3,5 або 3,5-4,5 МПа й температурі 140–170 або 180–200о С, відповідно. Добування міді в осад становить близько 99%.

   Швидкість процесу відновлення зростає зі збільшенням кількість суспендуваної міді.

   Хімічна чистота порошків, отриманих таким способом, висока (99,7–99,9% Cu, <0,1% O2, <0,01% Fe), а собівартість менше собівартості електролітичних порошків міді. Форма часток може бути найрізноманітнішої: дендритної, округлої й ін. Таким шляхом одержують порошки Cu, Ni, Co, Ag, Au.

   в — хімічне відновлення газоподібних з’єднань металів.

   Порошки металів високої чистоти можна одержати з низькокип’ячих хлоридів і фторидів вольфраму, молібдену, ренію, ніобію або танталу по реакції:

   МеГх+ 0,5хН2 = Ме + хНГ (6)

   де Г — хлор або фтор.

   Для одержання високодисперсних порошків металів або їхніх з’єднань (карбідів, нітридів і ін.) перспективні плазмохимические методи. Восстановителем служить водень або вуглеводні й конвертований природний газ. Низькотемпературну (4000–10000°С) плазму створюють у плазмотроні електричною дугою високої інтенсивності, через яку пропускають який-небудь газ або суміш газів. У плазменной відбудовному струменю відбувається перетворення вихідних матеріалів у конденсовану дисперсну фазу. Метод використовується для одержання порошків тугоплавких металів W, Mo, Ni.

   2. Електроліз водяних розчинів або розплавлених солей різних металів.

   На катоді під дією електричного струму осаджують із водяних розчинів або розплавів солей чисті порошки практично будь-яких металів. Вартість порошків висока через більші витрати електроенергії й порівняно низкою продуктивності електролізерів. Таким шляхом одержують із водяних розчинів

   — порошки Cu, Ni, Fe, Ag, а з розплавлених середовищ

   — порошки Ta, Ti, Zr, Fe.

   3. Дисоціація  карбонілів.

   Карбонілами називають з’єднання елементів із ІС загальної формули Меа(С)с. Карбоніли є легколетучими, утворяться при порівняно невеликих температурах і при нагріванні легко розкладаються.

   У промислових масштабах дисоціацією карбонілів роблять порошки Ni, Fe, С, Сr, Мо, W і деяких металів платинової групи. Схематично карбоніл — процес іде за схемою:

   Meaбb + сСО + Меa(С)c (7)

   Меa(С)c аМе + сСО (8)

   У першій фазі по реакції (7) вихідна сировина МеаБb, що містить метал Me у з’єднанні з баластовою речовиною Б, взаємодіє із ІЗ, отримує проміжний продукт (карбоніл).У другій фазі карбоніл металу при нагріванні розкладається по реакції (8) на метал і З.

   Реакція (7) утворення карбонілу йде скрізь, де ЗІ стикається з поверхнею металу у вихідній сировині: зовні твердого тіла, у його тріщинах і порах. У деяких випадках можливе утворення декількох карбонілів.

   Термічна дисоціація карбонілу на метал і З у більшості випадків наступає при невисокій температурі. У перший момент з’являються атоми металу й газоподібні молекули З. Частки порошку формуються в результаті кристалізації пароподібного металу у два етапи: спочатку утворяться зародки, а потім з них виростають властиво порошинки різної форми, що є результатом адсорбції пар металу на поверхні кожного із зародків.

   Розширення виробництва карбонільних порошків істотно стримується їхньою високою вартістю, тому що вони в десятки разів дорожче відновлених порошків аналогічних металів.

   4. Термодифузіонне насичення.

   Шари, що Чергуються, або суміш порошків різнорідних металів нагрівають до температури, що забезпечує їхня активна взаємодія. Одержують порошки латуні, сплавів на основі хрому, високолегованих сталей.

   5. Випар і конденсація.

   Для одержання порошку метал випаровують і потім конденсують його пари на холодній поверхні. Порошок є тонкодисперсним, але містить велика кількість оксидів. Одержують порошки Zn, Cd і інших металів з невисокою температурою випару.

   6. Межкристалічная корозія.

   У компактному (літом) металі або сплаві за допомогою хімічного травника руйнують межкристалітні прошарку. Одержують порошки корозіонностійких і хромонікелевих сталей.

Похожие записи:
  • Химические свойства металлических порошков
  • Механические методы получения порошков
  • Порошковые металлы для процессов прокатки и экструзии
  • Подготовка металлических порошков
  • Пористые материалы из металлических порошков
  •