Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Карбонильный метод изготовления порошков

01.05.2019


Карбонилы представляют собой химические соединения металлов с группами CO, например Fe(CO)5, Ni(CO)4 и др. В основе карбонильного метода лежит способность некоторых металлов (железа, никеля, кобальта) под воздействием окиси углерода образовывать комплексные соединения — карбонилы, которые в определенных условиях могут диссоциировать с образованием тонких порошков металлов. В настоящее время в порошковой металлургии используются карбонильные порошки железа и никеля, реже кобальта; в литературе описаны также методы получения и разложения карбонилов хрома, молибдена, вольфрама и других металлов.

Карбонильные порошки, как правило, тонкодисперсны, они отличаются высокой химической чистотой и хорошей спекаемостью. Они находят применение в производстве магнитных и фильтровых материалов, аккумуляторов и в некоторых других случаях.

Исходным сырьем для получения карбонильных порошков являются следующие материалы: колчеданные огарки, железный скрап, прокатная окалина, магнетит и другие руды железа; в производстве порошка никеля в качестве сырья используются медноникелевые файнштейны состава 38% Cu, 48% Ni, 10% S, 1 % Fe, 0,3% Co.

При синтезе карбонилов из сплавов и руд извлекаются те компоненты, которые образуют карбонилы, а такие элементы, как медь, сера, мышьяк, марганец, свинец, сурьма, кремний, не образуют карбонилов и не загрязняют железа и никеля. Исходные материалы подвергаются дроблению и грохочению до крупности зерен 2—5 мм затем в случае необходимости поступают на восстановление, которое проводится водородом или генераторным газом во вращающихся печах. Далее из этого сырья получают карбонилы, основные свойства которых приведены в табл. 14. Четырехкарбонил и девятикарбонил железа являются продуктами превращения пятикарбонила под действием нагревания или солнечного света.
Карбонильный метод изготовления порошков

Это непрочные соединения, и в технологии получения карбонильного порошка железа они не имеют практического значения. Образование карбонилов никеля и железа происходит при взаимодействии этих металлов с CO, особенно интенсивно реакция протекает под высоким давлением (50—200 ат) и при повышенных температурах (50—200°).

Пятикарбонил железа обладает способностью к самовозгоранию, поэтому его хранят в темноте в специальной посуде. Карбонил никеля чрезвычайно токсичен, его ядовитость намного выше, чем у окиси углерода. Все эти обстоятельства требуют осторожного обращения с карбонилами.

Пятикарбонил железа и карбонил никеля сравнительно легко диссоциируют при температурах 150—200° на металл и CO. Разложение карбонилов зависит также от давления окружающей среды, присутствия посторонних примесей и газов.

Свойства карбонилов подробно изложены в монографии Н.А. Белозерского.

По технологии, разработанной фирмой И.Г. Фарбениндустри, получение карбонилов осуществляется при обработке исходных материалов (железной губки, файнштейна) реакционным газом, содержанием 95% CO и 5% H2. Принципиальная схема этого процесса применительно к порошку никеля показана на рис. 16. Колонна синтеза 4, представляющая собой цилиндрический аппарат высотой 9—12 м и диаметром 0,7-1,0 м, со стенками толщиной 10—15 см, вмещает 18—20 т файнштейна.

Реакционный газ подается в колонну подогретым. В связи с тем, что реакция синтеза карбонила экзотермична, начальное давление газа невелико (50—100 ат), но по мере обеднения файнштейна никелем давление и температуру газа повышают.

Реакционный газ, проходя через колонну снизу, постепенно обогащается карбонилом и отводится в холодильник 6. Здесь происходит конденсация жидкого карбонила, а окись углерода циркуляционным насосом возвращается в колонну синтеза, куда периодически поступают и свежие порции газа.

Из холодильника сырой карбонил стекает последовательно в ряд сборников, где давление постепенно понижается до 5 ат. Для удаления примесей (паров воды, смазок от уплотнений компрессора и насоса) карбонил подвергается дистилляции в ректификационной колонне 9. Диссоциация карбонила происходит в колоннах разложения 11, куда газообразный карбонил поступает из змеевикового испарителя 10. Колонны разложения, представляющие собой цилиндрические реакторы высотой до 2,5—3,0 м, диаметром до 1 м, обогреваются до температуры 200—250° или выше. В этих условиях карбонилы разлагаются полностью.

Аналогичным способом проводится синтез и разложение пятикарбонила железа.

Для карбонильного никеля известен и другой технологический процесс (метод Монда), который отличается тем, что синтез карбонила проводят при нормальном давлении и комнатной температуре, но зато подготовка исходного сырья значительно усложнена необходимостью удаления серы и меди. Производство карбонильных порошков по методу И.Г. Фарбениндустри имеет поэтому больше преимуществ.

Формирование порошковых частиц при разложении карбонилов зависит от целого ряда факторов: температуры и давления в реакционном пространстве, скорости удаления CO из реактора, наличия зародышевых примесей и газов, состояния стенок реактора и др. При высоких температурах разложения скорость диссоциации карбонила увеличивается и частицы порошка получаются меньше. Так, при температуре 250° (время пребывания в реакторе 2—3 сек.) размер частиц железа составляет 6 мк, при 300° — 2,7 мк, при 400° размер частиц не превышает 1,1 мк. При более высоких температурах (400—500°) тончайшие выделения железа образуют нити или так называемую волокнистую (хлопьевидную) структуру.

Последний вид структуры особенно характерен для тех случаев, когда диссоциация карбонилов проходит не в газовой фазе, а на поверхности реактора.

Для получения особо тонких порошков диссоциацию карбонилов проводят в две стадии: в первой стадии для образования зародышей на карбонил воздействуют лучистой энергией (например, радиоактивным излучением); во второй стадии из этих зародышей формируются частицы.

Введение в реактор совместно с карбонилами небольших количеств различных газов (инертные газы, азот, аммиак, воздух, галогениды, углеводороды и др.) также приводит к образованию тонких сферических порошков.

Аммиак способствует понижению содержания примесей О и С в металлическом порошке.

В зависимости от условий процесса карбонильные порошки, таким образом, могут иметь форму почти правильных сферических частиц слоистой структуры или волокнистых образований.

Специфическими примесями карбонильных порошков являются углерод и кислород (содержание их достигает 1—1,5% каждого), что обусловлено прохождением вторичных реакций между активными частицами порошка и окисью углерода и углекислотой. Для удаления этих примесей порошки подвергаются отжигу в атмосфере водорода при температуре 400—600°. Суммарное содержание кислорода и углерода после отжига может снижаться до 0,03%.

Карбонильным методом могут изготавливаться не только порошки чистых металлов, но и сплавов.

Если проводить совместное термическое разложение смеси карбонилов, можно получить легированные порошки типа Fе—Ni, Fe—Co, Fe—Mo, Ni—Co. Получать сплавы удается также и в том случае, если вводить в колонну разложения совместно с парами карбонила порошки другого металла. В этом случае карбонил разлагается на поверхности частиц и образует с ними сплав.

Высокая чистота карбонильных порошков, возможность получения частиц сферической формы, возможность получения легированных порошков, использование недорогого и недефицитного сырья, хорошая спекаемость порошков — все это, несомненно, положительные характеристики карбонильного метода производства. Однако стоимость карбонильных порошкой, по сравнению, например, с восстановленными, остается пока высокой, и это обстоятельство ограничивает их промышленное применение.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: