7.3.1.2. Восстановление газами и углеродом

Активными газами-восстановителями являются СО и Н₂ и раз­личные газы их содержащие.

Восстановление происходит по следующим реакциям:

МеО + Н₂ →Ме + Н₂О,

МеО + СО →Me + СО₂.

По термодинамическим соображениям СО более активен до 800 °С, а Н₂ - при более высокой температуре.

Водород используется для восстановления оксидов таких метал­лов, как Fe, Ni, Сu, Со, W, Мо; окись углерода - для Fe, Сu, Ni.

При восстановлении оксидов в качестве восстановителя часто используется углерод. В противоположность металлам для углеро­да aGуменьшается с ростом температуры. При высоких температу­рах углерод применяется для восстановления Fe, Mo, Cr, Nb и др. В реакциях углерода с оксидами почти всегда присутствует и СО, уча­ствующий в восстановлении.

Недостатком восстановления углеродом является возможность науглероживания конечного продукта.

Восстановление оксидов твердым углеродом происходит при температурах выше 900... 1000 °С, так как образования СO₂ в этом случае не происходит, т. е. реакция 2СО СO₂ + С смещена влево.

Для получения тонких порошков следует применять тонко­дисперсные оксиды и низкие температуры восстановления. Исполь­зование высоких температур нежелательно еще и тем, что в припо­верхностном слое восстанавливаемого порошка образуется плотная корка, затрудняющая диффузию газов. Конечно, понятие низкой температуры здесь относительно, т. е. она должна быть такой, что­бы шла реакция восстановления.

Восстановление обычно проводится в проходных муфельных печах с внешним обогревом муфеля и циркуляцией восстановитель­ной атмосферы в муфелях, в которых помещена шихта.

В последнее время для восстановления вместо водорода применя­ют конвертированный природный газ, который получается по реакции

СН₄ + H₂O_(пары) → СО + 3Н₂.

Конверсия осуществляется при температуре 1 100 °С, а в при­сутствии специальных катализаторов- при более низкой.

7.3.2. Получение порошков электролизом

Получение порошков электролизом среди физико-химических методов является одним из наиболее распространенных. Электроли­тическим осаждением можно получать порошки всех металлов. Важ­ным преимуществом этого метода является высокая чистота про­дукта за счет очистки от примесей во время электролиза, хотя и сле­дует отметить высокую стоимость порошков из-за низкой произво­дительности и большого расхода электроэнергии. В основе метода лежит разложение водных растворов металличес­ких соединений и расплавленных солей при протекании постоянного тока. Сущность осаждения металлов состоит в разряде металлических ионов на катоде (Me_ne+ пе). Схема­тически процесс показан на рис. 66.

Источником металлических ионов в общем случае является анод, состоящий из металла, под­верженного электролизу, и элект­ролит, содержащий соль этого ме­талла. В некоторых случаях анод может быть нерастворимым.

Протекание процесса зависит от подвижности ионов, которая обусловлена температурой электролита, вязкостью раствора, раз­мером ионов, скоростью перемешивания. А в общем все характери­зуется скоростью диффузии.

В зависимости от условий протекания процесса получают по­рошки трех видов:

- твердые хрупкие осадки в виде плотных слоев, чешуек или кристаллов;

- губчатые мягкие осадки - мелкие кристаллы, легко поддаю­щиеся растиранию;

- рыхлые (черные) осадки, представляющие собой мелкодиспер­сные порошки.

Первые два из этих осадков дополнительно подвергаются меха­ническому размолу, рыхлые же в измельчении не нуждаются. Вид осадка в основном зависит от плотности тока:

і = 0,2 К С,

где і - плотность тока, А/см²; С - концентрация электролита, моль/л; К - константа, зависящая от вида солей и находящаяся в пределах 0,5...0,9.

Метод электролиза широко используется для получения легиро­ванных порошков путем совместного осаждения компонентов сплава из растворов солей. Этим методом можно получать субмикроскопические порошки с размером зерна 0,01...0,1 мкм, которые приме­няются для изготовления магнитных и других материалов.