Получение огнеупорных материалов
С целью улучшения свойств огнеупорных изделий в ряде случаев применяют алюминотермическое восстановление оксидов. При введении в шихту для получения огнеупорных материалов металлического алюминия протекают металлотермические реакции, продукты которых изменяют фазовый состав и структуру изделий. Так, обнаружено, что при нагреве шихты для получения высокоогнеупорного бетона протекают следующие реакции:
Fe2О3 + 3А1 → 2Fe + А12О3;
(Mg, Fe)(Cr, Al, Fe)2O4 + Al → Mg(Cr, Al)2О4 + Fe + A12О3;
Mg(Cr, Al)2О4 + Al → MgAl2О4 + Cr + Al2О3.
Вследствие последующего окисления образующихся по реакциям металлов и взаимодействия оксидов между собой с получением соединений сложного состава бетонная масса превращается в прочный термостойкий монолит. При этом положительная роль алюминотермических процессов заключается в формировании в бетоне высококачественной керамической связки.
Высокоглинозёмистые цементы получены при алюминотермическом довосстановлении шлаков от восстановительных плавок хрома и ферротитана. Снижение в результате протекания металлотермических реакций содержания оксидов титана и хрома в шлаках и добавление в них извести способствуют достижению высокого качества продукта.
Металлотермические реакции могут использоваться и для получения плавленых неорганических материалов. Например, описан способ изготовления корундовых огнеупоров по реакции между алюминием и оксидом железа.
|
|
|
Высокотемпературные процессы
Возможность восстановления металлов из их соединений другими металлами необходимо учитывать при проведении ряда высокотемпературных процессов. В особенности это касается процессов, протекающих в условиях вакуума, когда газообразный продукт может покидать зону реакции.
Так, металлотермические реакции имеют место при эксплуатации электронных ламп, масс-спектрометрической аппаратуры, при создании композиционных материалов с использованием реакций типа металл–оксид металла и в других технологических процессах. Например, в вакуумных лампах оксид бария, применяющийся в качестве эмитирующего электроны покрытия катодов, может взаимодействовать с тугоплавкими металлами, находящимися с ним в контакте, образуя газообразный барий; в эффузионной камере масс-спектрометра реакция между танталом и оксидом алюминия ведёт к выделению паров алюминия и т.д.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Таблица 12
Температуры t и энтальпии ΔН фазовых превращений некоторых
Металлов и их соединений, получаемых и используемых
В металлотермических процессах
| Вещество | Полиморфное превращение | Плавление
| Кипение | |||||
| t, °С | ΔН, кДж/моль | t, °С | ΔН, кДж/моль | t, °С | ΔН, кДж/моль | |||
| Се | 725 | 2,9 | 795 | 5,2 | 3470 | 414,5 | ||
| СеС13 | – | – | 817 | 53,6 | 1731 | 284,3 | ||
| Fe | 760 | 5,1 | 1536 | 13,8 | 2860 | 350,0 | ||
| 914 | 0,7 | – | – | – | – | |||
| 1391 | 0,8 | – | – | – | – | |||
| Fe2О3 | 680 | 0,7 | 1594 | – | – | – | ||
| 780 | – | – | – | – | – | |||
| Mn | 720 | 2,2 | 1244 | 14,7 | 2060 | 220,6 | ||
| 1090 | 2,2 | – | – | – | – | |||
| 1136 | 1,8 | – | – | – | – | |||
| Mn3O4 | 1172 | 20,9 | 1560 | – | – | – | ||
| Nb | – | – | 2468 | 29,3 | 4750 | 680,6 | ||
| Nb2О5 | – | – | 1512 | 103,0 | Разл. | – | ||
| Ti | 882 | 3,3 | 1667 | 14,7 | 3285 | 425,8 | ||
| TiCl4 | – | – | –25 | 9,4 | 137 | 36,2 | ||
| TiО2 | – | – | 1870 | 67,0 | – | – | ||
| U | 668 | 2,9 | 1130 | 12,6 | 3930 | 417,4 | ||
| 775 | 4,8 | – | – | – | – | |||
| UF4 | – | – | 1036 | 42,7 | 1457 | 221,9 | ||
| V | – | – | 1902 | 16,7 | 3350 | – | ||
| V2O5 | – | – | 670 | 65,3 | Разл. | – | ||
| W | – | – | 3410 | 35,2 | 5500 | 824,8 | ||
| WO3 | 780 | – | 1472 | 73,5 | – | – | ||
| Y | 1485 | 5,0 | 1530 | 11,5 | 3300 | 367,6 | ||
| YF3 | 1077 | 32,4 | 1155 | 28,1 | 2230 | 251,2 | ||
Таблица 13
|
|
|
Стандартные энергии Гиббса, теплоты образования, теплоёмкости
Некоторых металлов и их соединений, получаемых и используемых
В металлотермических процессах
| Вещество | ΔG°298, кДж/моль | ΔН°298, кДж/моль | Ср = а + b ∙ 10–3T + с ∙ 105T–2 + d ∙ 10–6T2, Дж/(моль∙К) | T, К | |||||
| а | b | с | d | ||||||
| Се | 0 | 0 | 23,501 | 10,404 | – | 4,06 | 298–998 | ||
| 37,64 | – | – | – | 998–1068 | |||||
| 37,72 | – | – | – | 1068–1500 | |||||
| CeCl3 | – 984,6 | – 1058,4 | 118,57 | 6,82 | – 0,29 | – | 298–1090 | ||
| 134,0 | – | – | – | 1090–2004 | |||||
| Fe | 0 | 0 | 37,149 | 6,171 | – | – | 298–1187 | ||
| 24,49 | 8,46 | – | – | 1187–1674 | |||||
| 41,87 | – | – | – | 1809–1873 | |||||
| Fе2O3 | – 740,3 | – 821,9 | 98,35 | 77,87 | – 14,86 | – | 298–953 | ||
| 150,7 | – | – | – | 953–1053 | |||||
| 132,72 | 7,37 | – | – | 1053–1750 | |||||
| Мn | 0 | 0 | 23,86 | 14,15 | – 1,570 | – | 298–993 | ||
| 34,88 | 2,76 | – | – | 993–1363 | |||||
| 25,25 | 14,91 | – 1,855 | – | 1363–1409 | |||||
| 46,47 | – | – | – | 1409–1517 | |||||
| 46,05 | – | – | – | 1517–2333 | |||||
| Мn3О4
| – 1282,9 | – 1387,5 | 145,03 | 45,30 | – 9,21 | – | 298–1445 | ||
| 210,18 | – | – | – | 1445–1800 | |||||
| Nb | 0 | 0 | 23,70 | 4,02 | – | – | 298–2741 | ||
| 33,49 | – | – | – | 2741–3500 | |||||
| Nb2О5 | – 1764,0 | – 1900,8 | 162,28 | 14,82 | – 30,65 | – | 298–1700 | ||
| 242,42 | – | – | – | 1785–1810 | |||||
| Ti | 0 | 0 | 22,11 | 10,05 | – | – | 298–1155 | ||
| 19,85 | 7,95 | – | – | 1155–1940 | |||||
| 35,59 | – | – | – | 1940–3558 | |||||
| TiCl4 | – 738,2 | – 804,7 | 149,5 | – | – | – | 298–410 | ||
| ТiO2 | – 888,6 | – 945,3 | 75,24 | 1,17 | – 18,21 | – | 298–1800 | ||
| U | 0 | 0 | 10,93 | 37,47 | 4,90 | – | 298–941 | ||
| 41,9 | – | – | – | 941–1048 | |||||
| 38,1 | – | – | – | 1048–1403 | |||||
| 38,31 | – | – | – | 1403–4203 | |||||
| UF4 | – 1777,7 | – 1899,6 | 107,6 | 29,31 | – 0,25 | – | 298–1309 | ||
Окончание табл. 13
| Вещество | ΔG°298, кДж/моль | ΔН°298, кДж/моль | Ср = а + b ∙ 10–3T + с ∙ 105T–2 + d ∙ 10–6T2, Дж/(моль∙К) | T, К | |||
| а | b | с | d | ||||
| V | 0 | 0 | 20,52 | 10,80 | 0,8 | – | 1309–2175 |
| 47,52 | – | – | – | 2175–2600 | |||
| V3O5 | – 1421,3 | – 1551,6 | 194,85 | – 16,33 | – 55,35 | – | 298–943 |
| W | 0 | 0 | 19,7 | 6,3 | – | – | 298–2400 |
| 41,9 | – | – | – | 3683–5773 | |||
| WO3 | – 763,9 | – 843,43 | 73,19 | 28,43 | – | – | 298–1550 |
| Y | 0 | 0 | 23,95 | 7,557 | 0,335 | – | 298–1758 |
| 35,04 | – | – | – | 1758–1803 | |||
| 39,82 | – | – | – | 1803–2360 | |||
| YF3 | – 1655,2 | – 1719,5 | 99,48 | 7,45 | – 5,69 | – | 298–1350 |
| – 319,66 | 212,94 | 2819,8 | – | 1350–1428 | |||
| 133,81 | – 0,025 | – 0,481 | – | 1428–1873 | |||
ЛИТЕРАТУРА
1. Соколов И. П., Пономарёв Н. Л. Введение в металлотермию. М. : Металлургия. 1990. 134 с.
2. Алюмотермия/ Н. П. Лякишев, Ю. Л. Плинер, Г. Ф. Игнатенко, С. И. Лаппо. М. : Металлургия. 1978. 424 с.
3. Самсонов Г. В., Перминов В. П. Магниетермия. М. : Металлургия. 1971. 174 с.
4. Зеликман А. Н. Металлургия редких металлов. М. : Металлургия. 1980. 328 с.
5. Зеликман А. Н. Металлургия тугоплавких редких металлов. М. : Металлургия. 1986. 440 с.
6. Ягодин Г. А., Синегрибова О. А., Чекмарев А. М. Технология редких металлов в атомной технике. М. : Атомиздат. 1974. 344 с.
7. Редкие и рассеянные элементы. Химия и технология/ под ред. С. С. Коровина. М. : МИСИС. Т. 1, 1996. 376 с.; Т. 2, 1999. 461 с.; Т. 3, 2003. 439 с.
8. Есин О. А., Гельд П. В. Физическая химия пирометаллургических процессов. М. : Металлургия. 1966. 212 с.
9. Каплан Г. Е., Силин Г. Ф., Остроушко Ю. И. Электролиз в металлургии редких металлов. М. : Металлургия. 1963. 360 с.
10. Ластман Б., Керз Ф. Металлургия циркония/ перевод с англ. М. : Изд-во иностр. лит. 1959. 419 с.
11. Лоскутов Ф. М., Цейдлер А. Л. Расчёты по металлургии тяжёлых и цветных металлов. М. : Металлургия. 1963. 591 с.
[1] Соловьёв Ю. И. История химии в России. М. : Наука. 1985. С. 333.
Дата добавления: 2019-02-26; просмотров: 190; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!