Способ активации порошка алюминия



Способ активации порошка алюминия
Способ активации порошка алюминия
Способ активации порошка алюминия
Способ активации порошка алюминия
Способ активации порошка алюминия
Способ активации порошка алюминия

 


Владельцы патента RU 2509790:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способам активации горения дисперсных порошков алюминия, которые могут быть использованы в различных областях промышленности. Способ активации порошка алюминия включает пропитку исходного порошка активатором на основе оксидного соединения ванадия. В качестве активатора используют гель, содержащий 4,0-8,2 г/л ванадия и полученный путем плавления оксида ванадия (V), или оксида ванадия (V) и карбоната лития, или натрия, или оксида ванадия (V) и борной кислоты, или их смеси с последующим добавлением расплава к дистиллированной воде, при интенсивном перемешивании и выдержке. Гелем пропитывают исходный порошок алюминия при соотношении гель (мл):порошок алюминия (г)=1÷2:1, а затем полученную массу фильтруют на вакуумном фильтре и просушивают при температуре 50-60°C в течение 0,5-1 ч. Обеспечивается высокая степень полноты сгорания за счет достижения смешения компонентов на молекулярном уровне. 6 ил., 5 пр.

 

Изобретение к области порошковой металлургии, в частности к способам активации горения дисперсных порошков алюминия, которые могут быть использованы в различных областях промышленности.

Известен способ активации порошка алюминия путем механохимического активирования, при котором смесь алюминия и политетрафторэтилена механически обрабатывают в вибрационной мельнице (Стрелецкий А.Н., Долгобородов А.Ю., Колбанев И.В., Махов М.Н., Ломаева С.Ф., Борунова А.Б., Фортов В.Е. "Структура механически активированных высокоэнергетических нанокомпозитов Al+ политетрафторэтилен", Коллоидный журнал, 2009, т.71, №6, с.835-843).

Недостатком известного способа являются, во-первых, высокая энергоемкость нанопорошков алюминия, вследствие чего они могут самопроизвольно воспламеняться при контакте с компонентами воздушной среды, что затрудняет их применение и хранение; во-вторых, токсичность политетрафторэтилена, применяемого при механической обработке порошков алюминия.

Известен способ активации порошков алюминия, включающий покрытие частиц алюминия частицами d-металла, например, никелем, кобальтом, медью или гидрофторидом калия KHF2 (Hahma A., Gany A., Polovuori К." Combustion of activated aluminium", Combustion and Flame, 2006, V.145, p.464-480).

Недостатком известного способа являются, во-первых, сложность и длительность электрохимического процесса нанесения металлов, требующего затрат энергии и применения специального оборудования; во-вторых, необходимость удаления электролита после электрохимической обработки порошка.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ активации порошков алюминия, включающий смешивание порошка алюминия с активатором, в качестве которого используют поливанадат натрия Na0,7V12O31·7,4H2O или Na2V12O31·7,4H2O или калия K2V12O31·6H2O, K2V12O31·7,4H2O или оксидную ванадиевую бронзу Na6V12O31, при этом концентрация добавки активатора составляет 3 масс.%. Перед смешиванием с порошком алюминия активатор просеивают через сито с размером ячеек 0,63 мкм, что обеспечивает отбор частиц со средним размером 20-30 мкм (Шевченко В.Г., Волков В.Л., Кононенко В.И., Захарова Г.С., Чупова И.А., "Влияние поливанадатов натрия и калия на процесс окисления порошка алюминия", Физика горения и взрыва, 1996, т.32, №4, с.91-94) (прототип).

К недостатком известного способа относятся, во-первых, сложность и длительность получения активатора: либо получение поливанадатов натрия или калия путем гидролиза метаванадиевой кислоты с последующим упариванием полученного раствора и высушиванием осадка до получения твердого продукта, либо многочасовой твердофазный синтез оксидной ванадиевой бронзы с последующим измельчением продукта реакции; во-вторых, низкая степень полноты сгорания вследствие сложности смешения алюминиевого порошка с активатором.

Таким образом, перед авторами стояла задача разработать простой способ активации порошка алюминия, обеспечивающий высокую степень полноты сгорания.

Поставленная задача решена в предлагаемом способе активации порошка алюминия путем добавления к исходному порошку активатора на основе оксидного соединения ванадия, в котором в качестве активатора используют гель, содержащий 4,0-8,2 г/л ванадия и полученный путем плавления оксида ванадия (V) или оксида ванадия (V) и карбоната лития или натрия или оксида ванадия (V) и борной кислоты или их смеси с последующим добавлением расплава к дистиллированной воде при интенсивном перемешивании и выдержкой, которым пропитывают исходный порошок алюминия при соотношении гель (мл):алюминий (г)=1÷2:1, а затем полученную массу фильтруют на вакуумном фильтре и просушивают при температуре 50-60°C в течение 0,5-1 ч..

В настоящее время из научно-технической и патентной литературы не известен способ активации порошка алюминия путем пропитки порошка гелем определенного качественного и количественного состава.

Исследования, проведенные авторами, позволили выявить условия активации порошка алюминия, обеспечивающие смещение процесса в низкотемпературную область и полноту сгорания порошка, по степени превосходящую степень сгорания при активации порошка известным способом, указанным в качестве прототипа. Экспериментальным путем было установлено, что пропитка порошка гелем, полученным путем плавления оксида ванадия (V) или оксида ванадия (V) и карбоната лития или натрия или оксида ванадия (V) и борной кислоты или их смеси с последующим добавлением расплава к дистиллированной воде при интенсивном перемешивании и выдержкой, обеспечивает максимальный контакт между частицами смеси и исключает возможность изменения морфологии частиц смеси, которая ведет к ухудшению реологических свойств порошка. Эти два фактора и обусловливают значительное повышение полноты сгорания на всех этапах взаимодействия, особенно в интервале низких температур нагрева (до двух раз), а при более высоких температурах на 10-12%. При этом существенным является соблюдение количественных соотношений в процессе пропитки. Так, при содержании ванадия в геле более 8,2 г/мл наблюдается образование густой массы, вязкость которой повышается с увеличением концентрации ванадия, что ухудшает условия смешения. При содержании ванадия в геле менее 4,0 г/мл степень полноты сгорания порошка уменьшается. Соблюдение при пропитке предлагаемого соотношения количества геля и порошка алюминия также является необходимым условием: увеличение соотношения более, чем 2:1, ведет к образование густой массы, что ухудшает условия смешения. Уменьшение соотношения менее, чем 1:1 ведет к ухудшению контакта между частицами смеси и, как следствие, к снижению степени сгорания. Использование вакуума при сушке конечного продукта позволяет максимально увеличить степень контакта между частицами смеси и сокращает время удаления остатков воды. Кроме того, становится возможной многократная пропитка порошка одним и тем же коллоидным раствором.

Предлагаемый способ может быть осуществлен следующим образом. Берут пентаоксид ванадия V2O5 квалификации "ос.ч." или пентаоксид ванадия V2O5 квалификации "ос.ч." и карбонат лития Li2C3O или натрия Na2CO3 квалификации "ос.ч." или пентаоксид ванадия V2O5 квалификации "ос.ч." и борную кислоту квалификации "ч.д.а.". Исходные компоненты нагревают в платиновом тигле до температуры 650-750°C и выдерживают до образования гомогенного расплава, который добавляют к дистиллированной воде при интенсивном перемешивании и выдерживают в течение 0,5 часа также при интенсивном перемешивании. Полученный продукт с содержанием ванадия 4,0-8,2 г/мл выдерживают в течение 2-х часов и затем полученным гелем пропитывают порошок алюминия, например, марки АСД-4 (S=0,8075 м2/г) со сферической формой частиц в соотношении гель (мл):алюминий (г)=1÷2:1 и перемешивают в течение 5-10 мин, а затем полученную массу вакуумируют на вакуумном фильтре и просушивают при температуре 50-60°С в течение 0,5-1 ч. На фиг.1 представлены снимки, сделанные на сканирующем электронном микроскопе, порошка АСД-4 до (а) и после пропитки гелем на основе V2O5·nH2O (6).

Предлагаемый способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Берут 9,09 г пентаоксида ванадия V2O5 квалификации "ос.ч.",нагревают в платиновом тигле до температуры 700°C и выдерживают до образования гомогенного расплава, который выливают в стакан емкостью 1000 мл с дистиллированной водой (600 мл) при интенсивном перемешивании и выдерживают в течение 0,5 часа также при интенсивном перемешивании. Полученный продукт с содержанием ванадия 5,85 г/л выдерживают в течение 2-х часов и затем пропитывают 5 мл полученного геля 5 г порошка алюминия марки АСД-4 (S=0,8075 м2/г) со сферической формой частиц и содержанием активного металла 94,6%, что соответствует соотношению гель (мл):алюминий (г)=1:1, и перемешивают в течение 5 мин, затем полученную массу помещают в вакуумный фильтр, после чего сушат на воздухе при температуре 50°C в течение 1 часа. По данным ТГА (температура горения алюминия) степень сгорания предлагаемого активированного порошка алюминия при 1000°C на 11% выше, чем у известного порошка по способу-прототипу. На фиг.2 представлена кривая ТГ (температуры горения) порошка АСД-4, активированного гелем на основе V2O5·nH2O, и пунктиром показана кривая ТГ алюминиевого порошка, активированного порошком состава Na2V12O31·7,4H2O (прототип).

Пример 2. Берут 10,91 г пентаоксида ванадия V2O5 квалификации "ос.ч." и 0,369 г карбоната лития Li2CO3 нагревают в платиновом тигле до температуры 650°C и выдерживают до образования гомогенного расплава, который выливают в стакан емкостью 1000 мл с дистиллированной водой (600 мл) при интенсивном перемешивании и выдерживают в течение 0,5 часа также при интенсивном перемешивании. Полученный продукт с содержанием ванадия 5,39 г/л выдерживают в течение 2-х часов и затем 5 мл полученного геля пропитывают 5 г порошка алюминия марки АСД-4 (S=0,8075 м2/г) со сферической формой частиц и содержанием активного металла 94,6%, что соответствует соотношению гель (мл):алюминий (г)=1:1 и перемешивают в течение 5 мин, затем полученную массу помещают в вакуумный фильтр, после чего сушат на воздухе при температуре 50°C в течение 1 часа. По данным ТГА степень сгорания предлагаемого активированного порошка алюминия при 1000°C на 11% выше, чем у известного порошка по способу-прототипу. На фиг.3 представлена кривая ТГ (температуры горения) порошка АСД-4, активированного гелем на основе Li2V12O31·nH2O, и пунктиром показана кривая ТГ алюминиевого порошка, активированного порошком состава Na2V12O31·7,4H2O (прототип).

Пример 3. Берут 10,91 г пентаоксида ванадия V2O5 квалификации "ос.ч." и 0,369 г карбоната натрия Na2C3O, нагревают в платиновом тигле до температуры 650°C и выдерживают до образования гомогенного расплава, который выливают в стакан емкостью 1000 мл с дистиллированной водой (600 мл) при интенсивном перемешивании и выдерживают в течение 0,5 часа также при интенсивном перемешивании. Полученный продукт с содержанием ванадия 7,2 г/л выдерживают в течение 2-х часов и затем 10 мл полученного геля пропитывают 5 г порошка алюминия марки АСД-4 (S=0,8075 м2/г) со сферической формой частиц и содержанием активного металла 94,6%, что соответствует соотношению гель (мл): алюминий (г)=2:1 и перемешивают в течение 10 мин, затем полученную массу помещают в вакуумный фильтр, после чего сушат на воздухе при температуре 60°C в течение 0,5 часа. По данным ТГА степень сгорания предлагаемого активированного порошка алюминия при 1000°C на 10% выше, чем у известного порошка по способу-прототипу. На фиг.4 представлена кривая ТГ (температуры горения) порошка АСД-4, активированного гелем на основе Na2V12O31·nH2O, и пунктиром показана кривая ТГ алюминиевого порошка, активированного порошком состава Na2V12O31·7,4H2O (прототип).

Пример 4. Берут 10,91 г пентаоксида ванадия V2O5 квалификации "ос.ч." и 1,24 г борной кислоты H3BO3,нагревают в платиновом тигле до температуры 750°C и выдерживают до образования гомогенного расплава, который выливают в стакан емкостью 1000 мл с дистиллированной водой (600 мл) при интенсивном перемешивании и выдерживают в течение 0,5 часа также при интенсивном перемешивании. Полученный продукт с содержанием ванадия 8,2 г/л выдерживают в течение 2-х часов и затем пропитывают 5 мл полученного геля 5 г порошка алюминия марки АСД-4 (S=0,8075 м2/г) со сферической формой частиц и содержанием активного металла 94,6%, что соответствует соотношению гель (мл):алюминий (г)=1:1 и перемешивают в течение 10 мин, затем полученную массу помещают в вакуумный фильтр, после чего сушат на воздухе при температуре 60°C в течение 0,5 часа. По данным ТГА степень сгорания предлагаемого активированного порошка алюминия при 1000°C на 11% выше, чем у известного порошка по способу-прототипу. На фиг.5 представлена кривая ТГ (температуры горения) порошка АСД-4, активированного гелем на основе B2O3V2O5·nH2O, и пунктиром показана кривая ТГ алюминиевого порошка, активированного порошком состава Na2V12O31·7,4H2O (прототип).

Пример 5. Берут 9,09 г пентаоксида ванадия V2O5 квалификации "ос.ч." и 1,24 г борной кислоты H3BO3, 0,369 г карбоната натрия Na2CO3, нагревают в платиновом тигле до температуры 700°C и выдерживают до образования гомогенного расплава, который выливают в стакан емкостью 1000 мл с дистиллированной водой (600 мл) при интенсивном перемешивании и выдерживают в течение 0,5 часа также при интенсивном перемешивании. Полученный продукт с содержанием ванадия 4,0 г/л выдерживают в течение 2-х часов и затем пропитывают 10 мл полученного геля 5 г порошка алюминия марки АСД-4 (S=0,8075 м2/г) со сферической формой частиц содержанием активного металла 94,6%, что соответствует соотношению гель (мл):алюминий (г)=2:1 и перемешивают в течение 5 мин, затем полученную массу помещают в вакуумный фильтр, после чего сушат на воздухе при температуре 60°C в течение 0,5 часа. По данным ТГА степень сгорания предлагаемого активированного порошка алюминия при 1000°C на 12% выше, чем у известного порошка по способу-прототипу. На фиг.6 представлена кривая ТГ (температуры горения) порошка АСД-4, активированного гелем на основе Na2B2O3V10O29·nH2O, и пунктиром показана кривая ТГ алюминиевого порошка, активированного порошком состава Na2V12O31·7,4H2O (прототип).

Таким образом, авторами предлагается простой способ активации порошка алюминия с возможным его применением в промышленном масштабе, обеспечивающий высокую степень полноты сгорания за счет достижения смешения компонентов на молекулярном уровне.

Способ активации порошка алюминия, включающий добавление к исходному порошку активатора на основе оксидного соединения ванадия, отличающийся тем, что добавление активатора осуществляют пропиткой, при этом в качестве активатора используют гель, содержащий 4,0-8,2 г/л ванадия и полученный путем плавления оксида ванадия (V) или оксида ванадия (V) и карбоната лития или натрия или оксида ванадия (V) и борной кислоты или их смеси с последующим добавлением расплава к дистиллированной воде при интенсивном перемешивании и выдержке, полученным гелем пропитывают исходный порошок алюминия при соотношении гель (мл): порошок алюминия (г)=1÷2:1, а затем полученную массу фильтруют на вакуумном фильтре и просушивают при температуре 50-60°C в течение 0,5-1 ч.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к пенообразующим водным композициям, применяемым для кондиционирования грунта при проходке тоннелей с использованием тоннелепроходческих машин.

Изобретение относится к способу получения композиции обедненного жидкого ингибитора образования гидратов из композиции обогащенного жидкого ингибитора образования гидратов, в котором жидкий ингибитор образования гидратов характеризуется температурой кипения, превышающей температуру кипения воды.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к строительству скважин, в основном к цементированию эксплуатационных колонн, расположенных в наклонно-направленной (с отклонением от вертикали более 45°) и горизонтальной части ствола.

Изобретение относится к области добычи углеводородов и может быть применено для интенсификации притока флюида к скважине за счет образования трещин в продуктивном пласте.

Изобретение относится к добыче углеводородов или воды из скважин. Технический результат - эффективная одностадийная обработка с ликвидацией углеводородных, эмульсионных или водяных барьеров и растворением кислоторастворимых материалов с контролируемой скоростью.

Изобретение относится к строительству нефтяных, газовых и водяных скважин, в частности к тампонажным смесям, предназначенным для крепления обсадных колонн, разобщения водоносных, нефтегазоносных пластов и изоляции зон интенсивного (полного) поглощения.

Изобретение относится к способу цементирования подземной формации и к составу цементной композиции, используемой в указанном способе. В способе цементирования подземной формации, вводят цементную композицию в подземную формацию, причем цементная композиция содержит: портландцемент, измельченный с пережженным сланцем, цементную пыль, природный пуццолан и воду; и позволяют цементной композиции застывать.
Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к способам изоляции зон водопритока в скважине с применением кремнийорганических соединений, а также может использоваться для изоляции водопритока в добывающих скважинах.
Изобретение относится к нефтяной промышленности для строительств пологих и горизонтальных скважин в сложных гидрогеологических условиях. Технический результат- возможность бурения скважин по терригенным девонским отложениям без ограничения величины зенитного угла, по песчаникам под неустойчивыми горными породами, без изменения конструкции скважин.

Изобретение относится к рабочим жидкостям для подземного ремонта буровой скважины. Способ ремонта буровой скважины включает размещение обслуживающего скважинного флюида, содержащего пакет поверхностно-активных веществ (ПАВ), включающий катионное ПАВ и анионное ПАВ в скважине.
Изобретение относится к способу получения корундовой нанопленки. Способ состоит в осаждении нанослоя алюминия на пленочную основу, или барабан, или диск (далее «основа») из материала с пониженной адгезией, последующее окисление этого нанослоя до корунда, и снятие корундовой нанопленки с основы.
Изобретение относится к технологиям производства наноразмерных порошков. Способ получения наноразмерных порошков γ-Al2O3, включающий подачу исходного материала в реактор газоразрядной плазмы транспортирующим газом, который является плазмообразующим газом, обжиг исходного материала при температуре 3000-4000 K в течение 10-5-10-3 сек, охлаждение полученного порошка оксида алюминия охлаждающим инертным газом и конденсацию его в водоохлаждаемой приемной камере, в котором исходный материал состоит из смеси порошков гидроксида алюминия и нефтяного кокса.

Изобретение относится к технологии высокотемпературных керамических материалов конструкционного назначения с повышенными термомеханическими свойствами (футеровка тепловых агрегатов, термостойкий огнеприпас, элементы ударопрочной защиты).

Изобретение относится к области химии и может быть использовано для получения водорода. .

Изобретение относится к области получения гидроксида алюминия из металлического алюминия, который может быть использован в качестве модифицирующей добавки для полимерных материалов, для получения активного оксида алюминия, для изготовления особо прочных и огнеупорных керамических изделий, композиционных материалов и антипиренов.

Изобретение относится к области получения высокоактивного оксида алюминия и может быть использовано для изготовления особо прочных и огнеупорных керамических изделий, композиционных материалов, в качестве катализатора и носителя катализаторов, в качестве модифицирующей добавки для полимерных материалов.
Изобретение относится к области химии. .

Изобретение относится к области химии и может быть использовано при получении ультрадисперсного порошка оксида алюминия, используемого в солнцезащитных составах.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению ферритов. Может использоваться в электронной и радио промышленностях.
Наверх