способ прямого восстановления оксидов и получения аморфных металлов

Формула изобретения

СПОСОБ ПРЯМОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ ОКСИДОВ И ПОЛУЧЕНИЯ АМОРФНЫХ МЕТАЛЛОВ, включающий подачу оксидных порошков в реактор, обработку их водородом при комнатной температуре, отличающийся тем, что оксидные порошки обрабатывают колебательно-возбужденными молекулами водорода.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химической и технической физике и металлургии, точнее к способу создания технологии прямого восстановления оксидов и получения аморфных материалов.

Известно, что процессы прямого восстановления из оксидов различных металлов по технико-экономическим показателям в металлургии являются наиболее современными и перспективными.

Известны различные способы получения металлических аморфных сплавов, которые основаны на резком охлаждении их расплавов со скоростями охлаждения порядка 100000 К/с и более.

Известно также, что при комнатной температуре прямое восстановление металлических оксидов осуществляется атомарным водородом. Однако, процесс атомизации требует больших энергетических затрат, так как протекает эффективно лишь при температурах более 2000^оС. После восстановления получается металл в кристаллическом состоянии.

Большая величина непродуктивных потерь при этом является одним из основных недостатков способов. Кроме того, при этих способах однокомпонентные аморфные металлы не могут быть получены, так как требуемые для этого скорости охлаждения в 10¹⁰ К/с и более технически не могут быть осуществимы.

Целью изобретения является снижение энергоемкости процесса прямого восстановления оксидов металлов, а также получение однокомпонентных металлов аморфной структуры.

Это достигается тем, что восстановление осуществляют колебательно-возбужденными молекулами водорода без нагрева восстанавливаемого оксида. Понижение энергоемкости процесса эндотермического восстановления металлических оксидов достигается за счет того, что поступательные степени свободы (или фактор температуры) в указанных процессах при преодолении активационного барьера заменяются на колебательные степени свободы.

Эффективность колебательных степеней свободы в эндотермических реакциях, в частности, выражается в том, что константа скорости реакции, например Н₂ ( ) превышает величину невозбужденной константы скорости реакции Н₂ в эндотермических реакциях на пять порядков (например, при окислении водорода Н₂) и более чем на два порядка превышает константу скорости взаимодействия атомарного водорода Н.

Использование колебательно-возбужденных молекул, например Н₂ ( ), позволяет отказаться от подогрева в процессах восстановления, а это в свою очередь исключает процессы плавления, приводящие к возникновению кристаллических структур, т. е. здесь аморфное состояние возникает само собой, естественным образом без дополнительных энергозатрат и без какого-либо дополнительного аппаратурного оформления.

На чертеже приведена схема установки для восстановления оксидных порошков.

Мелкодисперсный порошок оксида загружается в объем 1 реактора 2. Затем производится напуск соответствующих газов, например водорода, с активирующей добавкой через трубку 3 и осуществляется его активация, т.е. в некоторой рабочей зоне 4 генерируются колебательно-возбужденные молекулы Н₂ ( ). Восстанавливаемый оксид направляется в активную рабочую зону 4 реактора и в виде металлического продукта собирается в противоположном конце 5 реактора. Отработанный газ удаляется по трубке 6. Аналогичным образом можно осуществлять восстановление оксидных пленок.

При предложенном способе обеспечивается общее снижение энергозатрат. Только на процесс восстановления оксидов расходуется на порядок меньше энергии (например, при восстановлении 1 кг чистого Мо предложенным способом затрачивается 10 кВт ч, а при известном промышленном способе эта величина превышает 90 кВт ч) а процесс аморфизации в предлагаемом способе вообще не требует ни дополнительных энергозатрат, ни дополнительной аппаратуры.

Предложенный способ экологически безвреден, так как выделяется в нем только вода и процесс протекает при давлениях меньше атмосферного.

Предложенный способ восстановления применим для получения железа, меди, никеля, кремния и других металлов и неметаллов в аморфном состоянии.