Питомі теплові ефекти (q) відновлення оксидів алюмінієм

Оксид	Питомий тепловий ефект, Дж	Оксид	Питомий тепловий ефект, Дж
CuO	4017	Fe3O4	3556
СгО3	6924	Мn3О4	2686
Со3О4	4184	V2O5	3364
СоО	3316	Cr2O3	2444
NiO	3284	Та2О5	1232
МоО3	4502	SiO2	2492
МоО2	3324	TiO2	1346
Fe2O3	3854

Коли в реакції беруть участь оксиди складу МеО, відносний вміст сплаву в продуктах реакції підвищується, тому коефіцієнт К має значення, рівне 0,8 – 0,9.

При відновлень оксидів алюмінієм метали і неметали утворюються в сплавленому вигляді і осідають на дно тигля. При використанні магнію, як відновника, метали утворюються у вигляді порошку. Пояснюється це тим, що оксид магнію, що утворюється, має високу температуру плавлення, під час реакції не розплавляється й ізолює один від одного окремі найдрібніші краплі металу. При практичному проведенні алюмотермічних реакцій необхідно дотримуватись правил ТБ і обережності.

Вихідні речовини (оксиди), а також реактор (тигель) необхідно заздалегідь просушити при 150 – 200°С (за наявності вологи спостерігається розкидання реакційної суміші). Після цього оксиди розтирають в порошок і просіюють на ситі. Алюміній беруть у вигляді дрібних крупинок. Порошкоподібний алюміній, що є у продажу під назвою алюмінієвої пудри, непридатний для алюмотермічних реакцій, оскільки він містить велику кількість окисленого металу; з якісними ж сортами такого не окисленого алюмінію реакції протікають дуже бурхливо, що знижує вихід одержуваного металу. Висушені і подрібнені вихідні речовини відважують на технічних терезах і ретельно перемішують. При проведенні реакції слід брати не менше 25  – 30 г вихідних речовин (сумарно). З великою кількістю речовин реакції йдуть ще краще, і вихід металів збільшується. Алюміній беруть у кількості, рівній теоретично розрахованому, і тільки в деяких випадках (вигорання алюмінію, одержання алюмінієвих сплавів) – більше теоретично необхідної кількості. Щоб отримати метал або сплав без алюмінію, слід брати його дещо менше теоретично розрахованої кількості (на 3 – 4%).

Приготування запалювальної суміші. Існує декілька рецептів приготування запалювальної суміші: 1) 9 мас.ч. розтертого пероксиду барію змішують з 1 мас.ч. порошкоподібного алюмінію; 2) беруть 3 мас.ч. розтертого нітрату калію і 1,3 мас.ч. алюмінієвої пудри; 3) готують суміш 4 мас.ч. розтертого пероксиду барію і 1 мас.ч. порошкоподібного алюмінію і додають 0,7 мас.ч. окремо розтертого хлорату калію. Запалювальну суміш зберігають у сухій, добре закупореній скляній банці, готувати її у великих кількостях не рекомендується.

Заповнення реактора шихтою. Як реактор використовують магнезіальні або корундові тиглі, оскільки вони термічно стійкі і речовини при роботі з ними менше забруднюються. Фарфорові тиглі, як правило, руйнуються. Тому їх потрібно поміщати в пісок, щоб розплавлена маса не виливалася. Більш зручні шамотові або глиняні тиглі, але в цьому випадку продукт забруднюється кремнієм і іншими речовинами.

Тигель 1 (рис. 71) заповнюють на ³/₄ його висоти сумішшю з оксиду і відновника, утрамбовують, роблять невелике заглиблення і засинають зверху тонким шаром (близько 1 – 1,5 мм) запалювальної суміші. Стрічку магнію 4 вставляють в заглиблення, яке потім заповнюють запалювальною сумішшю у формі гори. Якщо стрічка магнію покрита шаром оксиду, її слід очистити ножем. Реакцію можна проводити в піску або в оксиді магнію, заздалегідь прожарених. У такому матеріалі, насипаному в сталевий ящик, роблять заглиблення, в яке і поміщають реакційну суміш в паперовому кульку (рис. 72).

Запобіжні засоби. Зважаючи на те, що при реакції виділяється дуже багато теплоти і відбувається розкидання розжарених частинок, необхідно дотримувати запобіжні засоби. Реакцію проводять у витяжній шафі, звідки прибирають всі легкозаймисті матеріали. Тигель поміщають на пісок. Працюють в захисних окулярах.

Проведення досліду. Запалювальну суміш підпалюють за допомогою магнієвої стрічки. Якщо є магнієві стружки, то можна підпалити магній і кинути його на запалювальну суміш.

Рис. 71. Алюмотермічне відновлення оксиду в тиглі: 1 – тигель; 2 – суміш оксиду з алюмінієм; 3 – запалювальна суміш; 4 – стрічка магнію.	Рис. 72. Алюмотермічне відновлення оксидів у піску: 1 – металевий ящик; 2 – пісок; 3 – паперовий кульок; 4 – суміш оксидів з алюмінієм; 5 – запалювальна суміш; 6 – стрічка магнію.

Розділення продуктів реакції. Продукти реакції (метал і шлак) дуже міцно утримуються в тиглі. Тому після закінчення реакції тигель охолоджують, розбивають і «корольок» металу відділяють від шлаку. Іноді шматочки металу залишаються в шлаку у вигляді включень. У цьому випадку шлак потрібно розбити на шматочки і відібрати метал; шматочки шлаку, що пристав до металу, видаляють за допомогою молотка на сталевій плиті.

Вихід продуктів реакції. Вихід продуктів реакції в лабораторних умовах в кращому разі складає 80 – 90% від теоретичного. Найчастіше він складає 60 – 70%. Вихід у значній мірі визначається чистотою відділення металу від шлаку, в якому метал часто залишається у вигляді дрібних включень.