Способ получения алюминиевого нанопорошка

Изобретение относится к получению алюминиевого нанопорошка из отходов электротехнической алюминиевой проволоки, содержащих не менее 99,5 % алюминия. Ведут электроэрозионное диспергирование отходов в дистиллированной воде при частоте следования импульсов 95 - 105 Гц, напряжении на электродах 90 - 10 В и емкости конденсаторов 65 мкФ с последующим центрифугированием раствора для отделения крупноразмерных частиц от нанопорошка. Обеспечивается снижение энергетических затрат и повышается экологическая чистота процесса. 6 ил., 2 пр.

 

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к составам и способам получения порошкового алюминия, и может быть использовано для восстановления изношенных деталей, в качестве добавки в лакокрасочные покрытия, при изготовлении автомобильных покрышек, в пиротехнике, химии, энергетике для получения гидрореагирующих смесей, взаимодействующих с водой с выделением тепла и водорода, или в качестве металлического горючего во взрывчатых составах и смесевых порохах.

Известные марки алюминиевых порошков различных форм и размеров получают разнообразными способами:

- путем распыления расплава металла сжатым газом с последующей классификацией продукта распыления, патент РФ №2026157, 6 МПК B22F 9/08;

- путем электрического взрыва алюминиевой проволоки в газовой атмосфере азота, патент РФ №2112629, 6 МПК B22F 9/14;

- посредством механического сухого размола алюминиевой заготовки в атмосфере инертного газа в присутствии жировых добавок, в качестве которых используют продукты, получаемые при переработке нефти, патент РФ №2108534, 6 МПК F42B 4/00, F42B 4/30;

- путем распыления расплава нагретым до 300-400°С инертным газом, с температурой расплава - 880°С, дальнейшего охлаждения инертным газом, патент РФ №2081733, 6 МПК B22F 9/08, С22С 1/14;

- путем получения гидрореагирующей смеси, включающей порошок алюминия и порошок магния, легированный никелем, патент РФ №2131841, 6 МПК C01B 3/08, C01B 6/24.

Известен широко применяемый в промышленности способ производства алюминиевых порошков с использованием защитной (инертной по отношению к алюминию) газовой среды - азота с контролируемым содержанием кислорода, в котором с целью экономии азота используется его рециркуляция в производственном цикле распыления [Производство и применение алюминиевых порошков. - М.: Металлургия, 1980, 68 с.]. Такой способ применяется практически на всех алюминиевых заводах России, производящих распыленные порошки. На этих заводах наряду и одновременно с распыленными порошками методом размола порошков в шаровых мельницах с использованием защитной атмосферы (азот с контролируемым содержанием кислорода 2-8%) производятся алюминиевые пудры. Недостатком этого способа является большой расход азота и необходимость организации его производства.

Известно распыление расплавленного алюминия осушенным воздухом при получении крупных порошков, содержащих не более 50% фракций мельче 50-100 мкм. Такой процесс взрывобезопасен, если исключить образование пылевого облака в системе, что достигается соответствующими режимами распыления и установкой масляного фильтра в конце технологической линии, где контролируются пылевые фракции. При рассеве полученных таким способом порошков с целью выделения товарных фракций обязательно использование азота с контролируемым содержанием кислорода (не более 12%), поскольку в этой операции имеет место образование внутри грохота пылевого облака из частиц порошка менее 50 мкм. При одновременном наряду с получением порошков получении пудры размолом порошка в шаровых мельницах также необходимо обязательное использование азота с контролируемым содержанием кислорода (2-8%).

Недостатками известных способов являются высокая энергоемкость плавильно-распылительного передела и их ограниченная применимость - только к отдельным видам алюминиевых заготовок (проволока, стружка, порошок).

Наиболее близким к заявляемому является способ получения композитных нанопорошков посредством электроискрового диспергирования алюминия в диэлектрической среде, в качестве которой используют оксикарбоновую и дикарбоновую кислоты, авторское свидетельство СССР №1548950 7 МПК B22F 9/14. Существенным отличием предложенного способа является то, что не нужно использовать растворы солей и кислот, это делает процесс более дешевым и безопасным для здоровья. Так как при электроэрозионном диспергировании в дистиллированной воде не выделяется вредных веществ.

Заявляемое изобретение направлено на решение задачи получения алюминиевых нанопорошков из отходов с низкой себестоимостью, невысокими энергетическими затратами и экологической чистотой процесса.

Поставленная задача достигается способом получения алюминиевого нанопорошка из отходов, отличающимся от прототипа тем, что отходы электротехнической алюминиевой проволоки (ГОСТ 14838-78) подвергают электроэрозионному диспергированию в дистиллированной воде при частоте следования импульсов 95 - 105 Гц; напряжении на электродах 90 - 110 В и емкости конденсаторов 65 мкФ.

На фигуре 1 описаны этапы получения алюминиевого нанопорошка; на фигуре 2 – схема процесса ЭЭД, на фигуре 3 – фотография полученного алюминиевого порошка, на фигуре 4 – рентгенограмма алюминиевого порошка, на фигуре 5(А), (Б) и 6 − микрофотографии наночастиц алюминиевого порошка; на фиг. 5(Б) в таблице 1 − фазовый состав алюминиевого порошка.

Процесс ЭЭД представляет собой разрушение токопроводящего материала в результате локального воздействия кратковременных электрических разрядов между электродами [Немилови Е.Ф. Электроэрозионная обработка материалов. - Л.: Машиностроение, Ленингр. отд., 1983. – 160 с.]. Получение алюминиевого порошка на экспериментальной установке для получения нанодисперсных порошков из токопроводящих материалов [Патент RU на изобретение №2449859] проводилось по схеме, представленной на фигуре 1, в четыре этапа:

− 1 этап – подготовка к процессу электроэрозионного диспергирования;

− 2 этап – процесс электроэрозионного диспергирования;

− 3 этап – выгрузка порошка из реактора и его центрифугирование;

− 4 этап – сушка и взвешивание нанопорошка алюминия.

Получаемые этим способом порошковые материалы имеют в основном сферическую и эллиптическую форму частиц. Причем изменяя электрические параметры процесса диспергирования (напряжение на электродах, емкость конденсаторов и частоту следования импульсов), можно управлять шириной и смещением интервала размера частиц, а также производительностью процесса. Для отделения наночастиц от крупноразмерных используется центрифуга.

На первом этапе производили сортировку алюминиевых отходов, их промывку, сушку, обезжиривание и взвешивание. Реактор заполняли рабочей средой – дистиллированной водой, отходы загружали в реактор. Монтировали электроды. Смонтированные электроды подключали к генератору. Устанавливали необходимые параметры процесса: частоту следования импульсов, напряжение на электродах, емкость конденсаторов.

На втором этапе – этапе электроэрозионного диспергирования включали установку. Процесс ЭЭД представлен на фигуре 2. Импульсное напряжение генератора 2 прикладывается к электродам 5 и далее к алюминиевым отходам 8 (в качестве электродов также служат алюминиевые отходы). При достижении напряжения определенной величины происходит электрический пробой рабочей среды 10, находящийся в межэлектродном пространстве, с образованием канала разряда. Благодаря высокой концентрации тепловой энергии материал в точке разряда плавится и испаряется, рабочая среда испаряется и окружает канал разряда газообразными продуктами распада (газовым пузырем 9). В результате развивающихся в канале разряда и газовом пузыре значительных динамических сил капли расплавленного материала выбрасываются за пределы зоны разряда в рабочую среду, окружающую электроды, и застывают в ней, образуя каплеобразные частицы алюминиевого нанопорошка 7.

На третьем этапе проводится выгрузка рабочей жидкости с порошком из реактора, отделение наночастиц от крупноразмерных с помощью центрифуги. При этом крупные частицы оседают под действием центробежных сил, а наночастицы остаются в растворе.

На четвертом этапе происходит выпаривание раствора, его сушка, взвешивание, фасовка, упаковка и последующий анализ нанопорошка.

При этом достигается следующий технический результат: получение нанопорошков алюминия с частицами правильной сферической формы с невысокими энергетическими затратами и экологической чистотой процесса способом электроэрозионного диспергирования (ЭЭД).

Способ позволяет получить алюминиевые порошки без использования химических реагентов, что существенно влияет на себестоимость порошка и позволяет избежать загрязнения рабочей жидкости и окружающей среды химическими веществами.

Средние удельные затраты электроэнергии при производстве алюминиевого электроэрозионного порошка составляют 2,3 кг/кВт·ч, что ниже других способов получения алюминиевых нанопорошков. Электроэрозионное диспергирование позволяет эффективно утилизировать алюминиевые отходы с невысокими энергетическими затратами и экологической частотой процесса и получать нанопорошок алюминия.

Нанопорошковые материалы, получаемые ЭЭД алюминиевых отходов, могут эффективно использоваться при изготовлении и восстановлении деталей машин различными способами, порошок является одним из компонентов холодной сварки, порошковая сварочная проволока также производится с применением порошка, алюминиевый порошок часто добавляется в лакокрасочные покрытия, при этом они приобретают сразу несколько новых качеств:

– красивый металлический оттенок;

– устойчивость к физическим факторам;

– устойчивость к действию агрессивных химических веществ.

В автомобильной промышленности при изготовлении автомобильных покрышек, что позволяет получить более износостойкий материал, который может лучше отдавать тепло. Данный легкий металл устойчив к коррозии и обладает иными положительными качествами, поэтому изготовленный из него порошок часто используют для нанесения покрытий на стальные изделия. Это осуществляется при помощи таких технологий, как плазменная наплавка и напыление, и многих других областях промышленности и народного хозяйства. При создании антифрикционных присадок используют наноразмерные порошки, так как более крупные частицы приводят к более быстрому износу узлов трения деталей машин, кроме того, крупные частицы способны оседать в маслах и СОЖ и забивать фильтры в двигателях. При создании катализаторов также используют нанопорошки, так как с уменьшением размера частиц возрастает их удельная поверхность, а следовательно, химическая и каталитическая активность.

Пример 1

Для получения алюминиевого нанодисперсного порошка на экспериментальной установке методом электроэрозионного диспергирования использовали отходы алюминиевой проволоки ГОСТ 14838-78, предварительно нарезанной по 5…7 см. Проволоку загружали в реактор, заполненный рабочей жидкостью, – дистиллированной водой. При этом использовали следующие электрические параметры установки:

− частота следования импульсов 95…105 Гц;

− напряжение на электродах 90…110 В;

− емкость конденсаторов 65 мкФ.

Полученный алюминиевый порошок (Фигура 3) исследовали различными методами. Фазовый анализ порошка проводили на порошковом рентгеновском дифрактометре GBC EMMA с камерой для высокотемпературных исследований (до 1600°С) (таблица 1). На основании фигуры 4 было установлено, что основными фазами в порошке, полученном методом электроэрозионного диспергирования в дистиллированной воде, являются трехводный оксид алюминия (Al2O3·3H2O), алюминий (Al) и метагидроксид алюминия (AlO(OH)).

Для изучения формы и морфологии полученного алюминиевого нанопорошка были выполнены снимки на растровом электронном микроскопе «EOL JSM-6610». На основании фигуры 5А(частота следования импульсов 95 Гц; напряжение на электродах 90 В; емкость конденсаторов 65 мкФ) и 5Б(частота следования импульсов 105 Гц; напряжение на электродах 110 В; емкость конденсаторов 65 мкФ) нанопорошок, полученный методом ЭЭД из алюминиевых отходов, в основном состоит из частиц правильной сферической формы (или эллиптической) с включениями частиц неправильной формы (конгломератов).

Пример 2

Для получения алюминиевого нанодисперсного порошка на экспериментальной установке методом электроэрозионного диспергирования использовали отходы алюминиевой проволоки ГОСТ 14838-78, предварительно нарезанной по 5…7 см. Проволоку загружали в реактор, заполненный рабочей жидкостью – дистиллированной водой. При этом использовали следующие электрические параметры установки:

− частота следования импульсов 50 Гц;

− напряжение на электродах 60 В;

− емкость конденсаторов 55 мкФ.

Для изучения формы и морфологии полученного алюминиевого нанопорошка были выполнены снимки на растровом электронном микроскопе «EOL JSM-6610». На основании фигуры 6 порошок, полученный методом ЭЭД из алюминиевых отходов при данных режимах, получается более крупноразмерным, а сам процесс диспергирования менее производительным.

Пример 3

Для получения алюминиевого нанодисперсного порошка на экспериментальной установке методом электроэрозионного диспергирования использовали отходы алюминиевой проволоки ГОСТ 14838-78, предварительно нарезанной по 5…7 см. Проволоку загружали в реактор, заполненный рабочей жидкостью – дистиллированной водой. При этом использовали следующие электрические параметры установки:

− частота следования импульсов 150 Гц;

− напряжение на электродах 160 В;

− емкость конденсаторов 65 мкФ.

При данных режимах процесс диспергирования не стабилен и носит взрывной характер.

Способ получения алюминиевого нанопорошка, отличающийся тем, что отходы электротехнической алюминиевой проволоки, содержащие не менее 99,5% алюминия, подвергают электроэрозионному диспергированию в дистиллированной воде при частоте следования импульсов 95 - 105 Гц, напряжении на электродах 90 - 110 В и емкости разрядных конденсаторов 65 мкФ с последующим центрифугированием раствора для отделения крупноразмерных частиц от нанопорошка.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для производства железа, цинка, меди, никеля, кобальта и других металлов. Способ включает приготовление исходной ванны шлакового расплава путем заполнения мобильной емкости шлаками, выпускаемыми из различных металлургических агрегатов.

Группа изобретений относится к переработке использованных электронных плат. Осуществляют механическое удаление навесных деталей с использованных электронных плат, получая первый промежуточный продукт из удаленных навесных деталей и облегченных плат с деталями монтажа и микромонтажа, выделяют в первом троммеле из упомянутого первого промежуточного продукта упомянутые облегченные платы с деталями монтажа и микромонтажа, выполняют в активаторе химическое растворение припоя с упомянутых облегченных плат, получая суспензию растворенного припоя и твердую фазу из деталей монтажа и микромонтажа и пластмассовых основ плат, отделяют во втором троммеле суспензию растворенного припоя от упомянутой твердой фазы, разделяют упомянутую твердую фазу на упомянутые пластмассовые основы плат и на элементы, содержащие благородные металлы, и направляют разделенные элементы на извлечение из них соответствующих благородных металлов и передают пластмассовые основы плат на утилизацию.

Изобретение относится к получению алюминия и может быть использовано в цветной металлургии. Способ переработки отработанной углеродсодержащей футеровки алюминиевого электролизера включает измельчение футеровки, выщелачивание водным раствором каустической соды, разделение жидкой и твердой фаз пульпы, обработку раствора с выделением фтористого продукта.

Изобретение относится к алюминотермическому получению ферротитана, содержащего 28-40 мас.% титана. Шихта содержит концентрат ильменитовый, содержащий 59-65 мас.% TiO2, дробленый электропечной титаносодержащий шлак, содержащий 54-59 мас.% TiO2, дробленый шлак производства ферротитана, содержащий 17-21 мас.% TiO2, алюминий вторичный, известь с содержанием углерода не более 0,3%, окалину железную, ферросилиций 65%-ный и стальной лом.
Изобретение к способу извлечения золота из упорных руд и техногенного минерального сырья Способ заключается в том, что при агломерации в массу сырья подают электроактивированный концентрированный раствор цианидов щелочных металлов, а после получения окатышей - подогретый сжатый воздух, в который после удаления основной части влаги из окатышей закачивают химически активные газы.
Изобретение относится к извлечению ванадия из ванадийсодержащего материала. Способ включает получение смеси ванадийсодержащего материала с добавкой соли натрия и проведение обжига.
Изобретение относится к способу извлечения золота из золошлаковых отходов, включающее контакт исходного сырья в виде золы от сжигания угля с растворяющей средой. При этом используют золу от сжигания угля при температуре, превышающей температуру плавления золота, и которая обеспечивает содержание частиц золота в золе ультратонких и наноразмеров.
Изобретение относится к гидрометаллургии и может быть использовано при создании безотходных технологий утилизации вредных веществ и охране окружающей среды. В предложенном способе переработки электродной массы отрицательных электродов щелочных аккумуляторов, содержащих оксиды никеля, кадмия и железа, осуществляют их выщелачивание путем обработки раствором кислоты при повышенной температуре и перемешивании, отделение раствора от кека, осаждение из полученного раствора гидроксида кадмия, его отделение, промывку и сушку полученного осадка.

Изобретение относится к конструкции летки доменной печи для производства чугуна. Устройство содержит жаропрочные кирпичи, расположенные вдоль внутренней стороны кожуха печи, цилиндрический корпус, проходящий через кожух печи и обращенный к жаропрочным кирпичам, и кольцевой уплотнительный узел, расположенный на конце корпуса рядом с жаропрочными кирпичами и содержащий уплотнитель корпуса.

Изобретение относится к горной промышленности. Способ извлечения золота, палладия, платины и рения из эфельных хвостов пульпы с их фоновым содержанием включает гравитационное обогащение подвергнутых грохочению хвостов пульпы посредством грохота с диаметром отверстий 1 мм на переднем отсеке днища желоба с улавливающей постелью из магнитного ворса, армирующими резиновыми ковриками с металлическими трафаретами и источником магнитного поля в виде постоянных магнитов, уложенных на днище желоба разноименными полюсами без зазора.

Изобретение относится к cпособу переработки глиноземсодержащего сырья и может быть использовано в спекательной технологии получения глинозема и содопродуктов из нефелиновой руды.

Настоящее изобретение относится к усовершенствованиям в области химии, относящимся к получению оксида алюминия путем экстракции алюминия из материалов и/или оксида титана путем экстракции титана из материалов, содержащих титан.

Изобретения относятся к отделению ионов железа от ионов алюминия, содержащихся в кислотном составе. Данные способы включают взаимодействие кислотного состава с основным водным составом, имеющим pH по меньшей мере 10,5, для получения осадочного состава, поддерживая pH осадочного состава на уровне, превышающем 10,5, для выделение ионов железа.

Настоящее изобретение относится к обработке алюминийсодержащего материала, в частности к извлечению редкоземельных элементов из алюминийсодержащего материала.
Изобретение относится к извлечению рутения из отработанного катализатора в виде оксида алюминия, содержащего рутений. Способ включает его сушку, прокаливание, охлаждение и измельчение в черный порошок, содержащий оксид рутения.

Изобретение относится извлечению металлического кобальта, рутения и алюминия из отработанного катализатора Co-Ru/Al2O3 для синтеза Фишера-Тропша. Катализатор подвергают воздействию прокаливанием и восстановительной обработке.

Изобретение относится к способу переработки алюминийсодержащего сырья и может быть использовано при получении глинозема. Способ включает обжиг алюминийсодержащего сырья, обработку обожженного материала соляной кислотой, разделение полученной пульпы на осветленный хлоридный раствор и сиштоф, промываемый водой перед отправкой в отвал, высаливание хлорида алюминия путем насыщения осветленного хлоридного раствора газообразным хлороводородом, кальцинацию хлорида алюминия для получения оксида алюминия и пирогидролиз маточного раствора с возвратом хлороводорода на стадии кислотной обработки и высаливания, осажденный в процессе высаливания гексагидрат хлорида алюминия обрабатывают водным аммиаком, полученный осадок направляют на кальцинацию, раствор хлорида аммония смешивают с алюминийсодержащим сырьем перед его обжигом или в процессе обжига, выделяемый при обжиге аммиак растворяют в воде, полученный при этом водный аммиак направляют на обработку гексагидрата хлорида алюминия, а обожженный материал перед кислотной обработкой подвергают водному выщелачиванию при отношении жидкой и твердой фаз, равном 0,6-1,4.
Изобретение относится к способу кислотной переработки красных шламов, получаемых в процессе производства глинозема, и может применяться в технологиях утилизации отходов шламовых полей глиноземных заводов.

Изобретение относится к электроду для применения в алюминиевом электролизере, содержащему: от 0,01 до 0,75 вес.% добавок металлов, причем добавки металлов выбраны из группы, состоящей из Fe, Ni, Co и W, и их комбинаций; остальным являются TiB2 и неизбежные примеси, причем неизбежные примеси составляют менее 2 вес.% электрода.

Изобретение относится к способу получения алюминия из металлургического глинозема. Способ включает плавление непрерывно поступающего глинозема в расплаве жидкого электрокорунда при плазменно-дуговом нагреве в реакторе под вакуумом, с последующим осаждением первичного алюминия и его рафинированием.

Изобретение относится к медицине и представляет собой нанокомпозит нуль-валентного серебра, обладающий одновременно антимикробными свойствами и противоопухолевой активностью в виде стабильных водорастворимых порошков, сохраняющий свои свойства в течение длительного времени, содержащий в качестве стабилизатора наночастиц природный биоконъюгат арабиногалактана с флавоноидами, с размером наночастиц серебра 1.7-90.0 нм и их содержанием в композите - 1.3-17.5%.

Изобретение относится к получению алюминиевого нанопорошка из отходов электротехнической алюминиевой проволоки, содержащих не менее 99,5 алюминия. Ведут электроэрозионное диспергирование отходов в дистиллированной воде при частоте следования импульсов 95 - 105 Гц, напряжении на электродах 90 - 10 В и емкости конденсаторов 65 мкФ с последующим центрифугированием раствора для отделения крупноразмерных частиц от нанопорошка. Обеспечивается снижение энергетических затрат и повышается экологическая чистота процесса. 6 ил., 2 пр.

Наверх