Алюминотермические реакции - это экзотермические химические реакции с использованием алюминия в качестве восстановителя при высокой температуре. Процесс является промышленно полезным для производства сплавов из железа . [1] Наиболее ярким примером является термитная реакция между оксидами железа и алюминием с образованием самого железа:
- Fe 2 O 3 + 2 Al → 2 Fe + Al 2 O 3
Однако эта конкретная реакция не имеет отношения к наиболее важному применению алюмотермических реакций - производству ферросплавов. Для производства железа вместо этого используется более дешевый восстановитель, кокс , через карботермическую реакцию .
История
Алюминотермия началась с экспериментов русского ученого Николая Бекетова в Харьковском университете на Украине, который доказал, что алюминий восстанавливает металлы из их оксидов при высоких температурах. Впервые реакцию использовали для безуглеродного восстановления оксидов металлов. Реакция сильно экзотермична , но имеет высокую энергию активации, так как прочные межатомные связи в твердых телах должны быть сначала разрушены. Оксид нагревали с алюминием в тигле в печи. Нескончаемая реакция позволила получить только небольшое количество материала. Ганс Гольдшмидт улучшил алюминотермический процесс между 1893 и 1898 годами, поджигая смесь мелкодисперсного оксида металла и порошка алюминия с помощью стартовой реакции без внешнего нагрева смеси. Этот процесс был запатентован в 1898 году и широко использовался в последующие годы для сварки рельсовых путей .
Приложения
Алюминотермическая реакция используется для производства нескольких ферросплавов , например феррониобия из пятиокиси ниобия и феррованадия из железа, оксида ванадия (V) и алюминия. [1] [2] Процесс начинается с восстановления оксида алюминием:
- 3 V 2 O 5 + 10 Al → 5 Al 2 O 3 + 6 В
Таким же образом можно получить другие металлы из их оксидов. [3] [4] [5]
Алюминотермические реакции использовались для сварки рельсовых путей на месте, что полезно для сложных установок или местного ремонта, который невозможно выполнить с использованием непрерывно сварных рельсов. Другое распространенное применение - это сварка медных кабелей (проводов) для использования в местах непосредственного захоронения (заземление). Это по-прежнему единственный тип электрического соединения, признанный IEEE (IEEE, Std 80-2001) как сплошной несращенный кабель.
Смотрите также
Рекомендации
- ^ a b Рудольф Фихте. «Ферросплавы». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. DOI : 10.1002 / 14356007.a10_305 .
- ^ Клод Дюфрен и Гислен Гойетт. «Производство феррониобия на шахте Ниобек, 1981-2001» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 17 декабря 2008 года . Проверено 2 сентября 2008 . CS1 maint: обескураженный параметр ( ссылка )
- ^ Дэвис, Джозеф Р. (1993). Алюминий и алюминиевые сплавы . ASM International. ISBN 978-0-87170-496-2.
- ^ Гупта, Чиранджиб Кумар (2006). Химическая металлургия: принципы и практика . Wiley-VCH. ISBN 978-3-527-60525-5.
- ^ Ван, LL; Мунир З.А.; Максимов Ю.М. (1993). «Термитные реакции: их использование в синтезе и обработке материалов». Журнал материаловедения . 28 (14): 3693–3708. Bibcode : 1993JMatS..28.3693W . DOI : 10.1007 / BF00353167 . S2CID 96981164 .