- •Физико-химические методы исследования металлургических процессов
- •Введение
- •Глава 1. Законы термодинамики
- •1.1. Основные понятия термодинамики
- •1.2. Первый закон термодинамики. Внутренняя энергия. Энтальпия
- •1.3. Второй закон термодинамики. Энтропия
- •Глава 2. Термодинамика растворов
- •2.1. Общие сведения о растворах
- •2.2. Парциальное мольное свойство компонента раствора
- •Глава 3 физико-химические свойства расплавов
- •3.1. Определение поверхностного натяжения
- •3.1.1. Методы измерения поверхностного натяжения
- •3.2. Определение проводимости расплавов материалов
- •3.2.1. Методы измерения проводимости расплавов металлов и сплавов
- •3.2.2. Методы измерения электрической проводимости расплавленных шлаков
- •3.2.3. Бесконтактные методы измерения электрической проводимости металлургических расплавов
- •3.3. Определение плотности расплавов
- •3.3.1. Методы определения плотности расплавов
- •1.1.1 Термодинамический анализ
- •1.1.2 Алюмотермия
- •1.1.3 Расчет степени извлечения конечной продукции
- •Получение металлических порошков вольфрама и молибдена в расплавах солей
- •2.1. Основные теоретические положения
- •2.1.1. Термодинамическая оценка реакций получения вольфрама и молибдена
- •2.1.2. Термический анализ восстановления кислородных соединений вольфрама и молибдена
- •2.2. Порядок выполнения работы
- •2.3. Задания
- •2.4. Содержание отчета
- •2.5. Контрольные вопросы.
- •2.6. Библиографический список.
- •3.1. Основные теоретические положения
- •3.3. Обработка результатов эксперимента.
- •3.4. Задания
- •3.5. Контрольные вопросы
- •3.6. Библиографический список
- •4.1 Основные теоретические положения
- •4.1.1. Поверхностное натяжение
- •4.1.2. Поверхностное натяжение и смачиваемость
- •4.2. Методы определения поверхностного натяжения
- •4.3. Порядок выполнения работы
- •4.4. Задания
- •4.5. Контрольные вопросы
- •4.6. Библиографический список
- •5.1 Основные теоретические положения
- •5.2 Порядок выполнения работы
- •5.3 Задания
- •5.4 Содержание отчета
- •5.5 Контрольные вопросы
- •5.6 Библиографический список
- •6.1 Основные теоретические положения
- •6.2 Порядок выполнения работы
- •6.3 Задания
- •6.4 Содержание отчета
- •6.5 Контрольные вопросы
- •6.6 Библиографический список
- •Физико-химические методы исследования металлургических процессов
- •680035, Хабаровск, ул. Тихоокеанская, 136.
Получение металлических порошков вольфрама и молибдена в расплавах солей
Цель работы: Использование металлотермического восстановления для получения металлических порошков вольфрама и молибдена в расплавах солей.
2.1. Основные теоретические положения
Одним из приоритетных направлений современного материаловедения является разработка научных и технологических основ получения металлических порошков и их тугоплавких соединений – основного сырья порошковой металлургии. В области исследования физико-химических основ синтеза порошковых материалов достигнуты большие успехи, произошли значительные изменения в техническом оснащении процессов. Увеличение спроса на порошковые металлы, в том числе на вольфрам и молибден, обуславливает непрерывный рост объемов их выпуска (более 10 % ежегодно). Методы получения металлических порошков вольфрама и молибдена весьма разнообразны, они отличаются как природой процессов, так и составами исходного сырья.
В последние десятилетия получили серьезное развитие технологии механического измельчения металлов и распыления расплавов, посредством которых получают до 50 % общего производства металлических порошков. В отечественной практике получения металлических порошков вольфрама и молибдена доминирующей является технология, основанная на восстановлении оксидов металлов водородом в интервале 800 – 1200 оС. Существующая технология характеризуется рядом недостатков: термодинамические условия восстановления оксидов вольфрама, молибдена неблагоприятны (ΔG1000 K= – 19 КДж/моль), что вызывает необходимость 10 кратного избытка водорода, реакция протекает медленно, в несколько стадий. В целом технология отличается невысокой производительностью, большими затратами. Наряду с этим совершенствуются технологии, основанные на испарении исходных веществ и конденсации в вакууме, в среде разряженных газов, плазменной струе, восстановлении в жидкой фазе, пиролизе соединений, электровосстановлении. Значительный интерес исследователей вызывают проблемы получения порошковых материалов термитными методами: металлотермией, самораспространяющимся высокотемпературным синтезом, механически стимулированными реакциями горения. При этом все большую значимость приобретают исследования процессов прямой переработки рудных концентратов, в том числе вольфрамовых, в порошковые материалы. Анализ данных показывает, что одним из новых направлений является исследование процессов переработки минерального сырья с использованием ионных расплавов.
Таким образом, перспективы снижения себестоимости порошков связаны с разработкой технологий прямого использования рудных концентратов в качестве исходных компонентов в реакциях восстановления металлов и синтеза тугоплавких соединений в ионных расплавах. В связи с этим, весьма актуальными являются исследование процессов переработки рудных концентратов вольфрама и др. в среде ионных расплавов и получение целевых продуктов на стадии пирометаллургического передела. В частности, высокотемпературное разложение шеелитового концентрата ионными расплавами и последующее металлотермическое восстановление соединений вольфрама в расплавах обеспечивает получение тонкодисперсных порошков.
При теоретическом рассмотрении условий металлотермического восстановления кислородных соединений вольфрама, молибдена показано, что процесс получения порошков состоит из двух ступеней: высокотемпературного растворения исходных оксидов металлов в расплавах солей щелочных металлов и восстановления соединений вольфрама, молибдена путем введения порошка восстановителя (алюминия, магния) в солевой расплав.
В условиях практической отработки технологии средой для проведения реакций восстановления использовали расплавы солей щелочных металлов: карбонаты лития, натрия, калия, хлориды натрия, калия, фторид натрия, гексафторалюминат натрия (Li2CO3, Na2CO3, K2CO3, NaCl, KCl, NaF, Na3AlF6). В реакциях металлотермического синтеза металлоборидных композитов вольфрама и молибдена использовали реагенты: фторборат калия (KBF4), натрийтетраборнокислый (Na2B4O7), борный ангидрид (B2O3). Восстановителями в реакциях получения порошков являлись порошки алюминия чистотой 99,5 мас. %, средний размер частиц 60 мкм и магния чистотой 99,2 мас. %, средний размер частиц 150 мкм. Методом термографии определены температурные интервалы взаимодействия оксидов вольфрама, молибдена с алюминием (750 – 950 оС) и магнием (600 – 700 оС).
Общая технологическая схема процесса заключается в следующем. Тигель с солью помещают в печь электросопротивления и нагревают до полного расплавления соли. В солевой расплав при температуре от 700 до 950 oC(в зависимости от состава солевого расплава) добавляют концентрат (вольфрама или молибдена). После завершения процесса растворения концентрата (5 – 10 минут) в расплав добавляют порошок восстановителя (алюминий или магний). Завершающая выдержка расплава (около 5 минут) позволяет в полной мере пройти реакциям восстановления. Далее тигель достают из печи. В этот момент восстановленный порошок осаждается на дно тигля (5 - 10 минут). Пока не затвердел солевой расплав, проводят слив верхней его части до осадка. На завершающем этапе, после охлаждения осадка до комнатной температуры необходимо провести отмывку водой.