5.Химические методы получения порошков. Метод восстановления. Основы теории. Получение порошка вольфрама.

При получении порошков хим. методами происходят глубокие хим. превращения.

Получение порошков восстановлением соединений.

Металлические порошки получают в рез-те восстановления оксидов галагенидов и других соединений веществами восстановителями: газами (водород, СО и др.), твёрдыми веществами (углерод), металлами (Mg, Ca, Na, Al).

Основы теории.

Реакция восстановления записывается след. образом:

МеА+Х=Ме+ХА, где Ме-восстанавливаемый металл; А-неметаллическая составля- ющая соединения (O2, F, Cl и др.); Х-восстановитель (газ, тв. вещ-во, металл).

Термодинамический анализ состоит в определении условий протекания процесса восстановления в требуемом направлении. Восстановителем может быть вещ-во, которое в условиях реакции (t, концентрация, давление) обладает большим химическим сродством к неметаллической составляющей А, чем восстанавливаемый металл. Хим. сродство – это прочность хим. связи. Мерой хим. сродства служит величина свободной энергии освобож- дающейся при образовании хим. соединения, чем больше высвобождается энергии, тем прочнее хим. соединение. Поэтому реакция восстановления возможна лишь в случае, если при образовании нового соединения с восстановителем выделяется энергии больше, чем при образовании соединения металла с тем же элементом А.

Zr+O2=ZrO2-420 кдж/моль

2Са+О2=2СаО+525 кдж/моль

Средний тепл. коэф-т показывает, что Са может использоваться в качестве восстановителя ZrO2.

Восстановление газом.

Механизм восстановления соединений металлов с газами основывается на адсорб- ционно-автокаталитической теории. Эта теория предусматривает следующую последова- тельность элементарных актов гетерогенной топохимической реакции.

1. Адсорбция газа восстановителя на поверхности восстанавливаемого соед-я.

2. Отдача электронов восстановителя в решётку соединения.

3) Отрыв ионов неметаллической составляющей А и соединение их с атомами вос- становителя.

4) Десорбция образующихся молекул нового соединения ХА.

5) Соединение ионов восстанавливаемого металла с электронами восстановителя и рост кристаллов.

По мере протекания реакции реагирующая поверхность, а значит и скорость реак- ции увеличивается в рез-те её искривления относительно кристаллов образовавшегося ме- талла. Ускорение реакции заканчивается после выравнивания реагирующей поверхности. В дальнейшем реакционная поверхность имеющая форму сферы уменьшается, а значит и уменьшается скорость процесса.

Основы кинетики.

Кинетика определяет скорость протекания процессов восстановления, т.е. кол-во вещества прореагировавшего в единицу времени. Важное влияние на кинетику процесса оказывают:

1) Удельная поверхность исходных веществ (дисперсность шихты).

2) Хар-ки адсорбции.

3) Хар-ки хим. взаимодействия в адсорбированных слоях.

4) Присутствие катализатора.

5) Хар-ки десорбции газообразных продуктов реакции.

6) Хар-ка диффузионных процессов.

Восстановление W ангидрида водородом.

WO3+3H2=W+3H2O

Дробление ангидрида→Рассев→Дозирование→Восстановление (Н2)→Разгрузка→ Измельчение→Сипар.

1-Трубчатая печь с зональным нагревом в диапазоне 700-1200°С; 2-Конвейер; 3-Лодочки (поддоны) с порошком W ангидрида; 4-Устройство подачи водорода в печь.

Схема печи восстановления: технологические параметры - t, производительность подачи водорода, скорость движения лодочки, высота слоя исходного материала. Содержа- ние влаги в водороде оказывает существенное влияние на размер частиц W. Как правило размер частиц составляет 10-15 мкм.