Разработка технологии и оборудования для высокотемпературного алюминотермического восстановления кальция из оксида

• Автор: Сухарев, Артем Викторович
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 122 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение.

Глава 1. Состояние вопроса. Литературный обзор.

1.1 .Алюмннотермическое восстановление оксида кальция

1.2. Экономические предпосылки развития алтоминотермического восстановления оксида кальция.

1.3. Выводы по Главе 1 и задачи исследования

Глава 2. Материалы и стандартные методики проведения

экспериментов.

2.1. Примененные материалы

2.2. Использованные методики проведения экспериментов.

2.3. Обработка результатов измерения и расчеты

Глава 3. Выбор основных параметров и проектирование установки
для экспериментального опробования высокотемпературного алюминотермического процесса получения кальция
3.1. Особенности проведения высокотемпературного восстановления оксида кальция
3.2. Эксперименты по выбору способа нагрева для высокотемпературного алюминотермического процесса восстановления.
3.3. Экспериментальная вакуумная печь ВЭМ.
3.4. Проблема стойкости нагревателя.
3.5. Разработка вспомогательного оборудования для проведения работы
3.6. Выводы по Главе 3
Глава 4. Экспериментальное исследование процесса высокотемпературного алюминотермического восстановления кальция
4.1. Высокотемпературное восстановление оксида кальция
4.2. Фазовый состав брикетов после восстановления.
4.3. Исследование соединения АСа при алюмииотермическом получении кальция.
4.4. Интерпретация полученных результатов.
4.5. Выводы по Главе 4
Глава 5. Опытнопромышленное исследование высокотемпературного алюминотермического способа получения кальция
5.1. Разработка опытнопромышленной установки ВД0 для получения кальция высокотемпературным алюминотермическим способом
5.2. Экономические показатели и перспективы.
5.3. Выводы по Главе 6.
Выводы.
Литература


Следовательно, о полноте протекания алюминотермического восстановления оксида кальция можно судить по фазовому составу: образование алюминатов с меньшим отношением Са0/А соответствует более высокой степени восстановления. Очевидно, что в предложенной схеме алюминотермического восстановления оксида кальция предполагается наличие алюминиевой фазы (алюминий, находящийся в жидком состоянии) в течение всей последовательности протекания реакций. Высказано предположение [], что жидкий алюминий смачивает оксид кальция, взаимодействует с ним, образуя твердый продукт реакции - алюминат кальция. Кальций растворяется в жидком алюминии, по мере насыщения сплава кальцием устанавливается определенное давление пара кальция, величина которого есть функция температуры и концентрации кальция в сплаве. Однако нами не обнаружено ни одной работы, в которой бы это соображение нашло экспериментальное подтверждение. Если образование алюминия, свободного от собственного оксида объясняется самим фактом образования расплава (для разрушения оксидной пленки алюминия достаточен объемный эффект его плавления, составляющей 6% []), то каким образом удается сохранить расплав чистого алюминия в течение всего цикла восстановления - не понятно. Также трудно объяснить, почему алюминий, если он существует в виде самостоятельной фазы, не идентифицируется на рентгенограммах. При соответствующих температурах, когда поверхность расплава алюминия взаимодействует с оксидом кальция, по уравнениям (1-1) - (1-5) и (1-6) - (1-9) образуется кальциевый или литиевый пар, который также может взаимодействовать с алюминием. Al - Са (или Li) присутствует только жидкая фаза, растворение кальция (или лития) в расплаве алюминия может сказываться на суммарной скорости процесса восстановления и дистилляции кальция или лития. На рентгенограммах, снятых при комнатной температуре с порошков брикетов, прошедших алюминотермическое восстановление, в работах [-], наряду с алюминатами кальция или лития, были идентифицированы ин-терметаллидные фазы АЬСа и AlLi, соответственно, при алюминотермиче-ском восстановлении оксидов кальция и лития. Алюминий или твердый раствор кальция или лития в алюминии идентифицирован не был. Для определения оптимальных температур проведения алюминотерми-ческого восстановления оксида кальция важно понять, происходит ли преимущественное растворение алюминия в образующихся алюминатах кальция или алюминий испаряется вместе с кальцием. Восстановление оксида кальция до появления оксида алюминия не подтверждается авторами [,]: "рентгенофазовый анализ шлаков показал, что они состоят в основном из монофазы трехкальциевого алюмината"[]. Возможной причиной недостаточной "полноты" протекания реакций (1-1) - (1-5) является относительно невысокая температура процесса, которая в рассматриваемых работах составляла - °С; такая же температура применена в муфельных печах на китайском производстве. А.Парэ [9] предлагает повысить температуру восстановления до °С, мотивируя выбор температуры требованием сохранения алюминатов в твердой фазе. Не существует единого мнения по фазовому составу образующихся алюминатов. Так в работах [-] приведены следующие алюминаты (в порядке их убывания по оксиду кальция): ЗСаО*АОз, СаО*7АОз, Са0*А, СаО*2АОз. В работах [2,,,-] упомянут также алюминат состава 5Са0*ЗА. Диаграмма состояния системы СаО - А0з представлена на рис. На диаграмме рис. СаО): ЗСаО*АОз, СаО*АОз, СаО*2АОз и СаО*6АЬОз. Фаза 5Са0*ЗА соответствует мольному отношению А/ (СаО + АОэ) =0,5. Как видно из сопоставления представленных результатов, в области мольного отношения концентраций А0з/ (СаО + А) ~ 0, на диаграмме - твердый раствор алюминатов ЗСаО*АОэ и СаО*АОз. Указанное мольное отношение соответствует алюминатам СаО*7АОз и 5СаО*ЗАОз. Оба эти алюмината да диаграмме рис. На диаграмме рис. Некоторые свойства алюминатов кальция по данным [,,] приведены в таблице 1. Приведенные в табл. СаО* ЗА0з могут свидетельствовать о том, что сам факт получения алюмината кальция такого состава при алюминотермическом восстановлении говорит о проведении процесса в условиях существенной неравномерности нагрева загрузки (шихты). Рис. CaO а! ЗСаО¦ A! Рис.