SU1025494A1 - Способ получени порошков и паст - Google Patents

Abstract

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРШПСОВ И ПАСТ, включакхций электроэрозионное диспергирование электрическими разр дами металла в потоке жидкости и последукицее отделение продукта от жидкости, о т л и ч а ю щ и и с   тем, что, с целью повышени  производительности , уменьшени  расхода жидкости,, повьоиени  концентрации продукта в жидкости и улучшени  условий утилизации выдел ющегос  тепла, электроэрозионное диспергирование осуществл ют при избыточном давлении жидкости 0,2-100 а:тм,

Description

Изобретение относитс  к порошково металлургии, в частности к произволству порошков и паст электроэрозионным диспергированием металлов и сплавов , и может быть использовано также д химической промышленности в производстве активной гидроокиси алюмини  и катализаторов.

Известны электроэрозибнные способ получени  порошков, основанные на том, что электрический разр д в жидкости между двум  электродами вызывает локальное расплавление материала электродов с последующим разбрызгванием расплава в микрокапельки. Э,ти микрокапельки металла, застыва  в окружающей жидкости, и образуют, порошок , который выноситс  течением жидкости,.будучи взвешенным в ней. Его отфильтровывают и сушат fl. Причем в зависимости от того, взаимодействуют ли химически микрокапельки металла с окружающей жидкостью или нет, получают либо чистый порошок металла, либо продукты его взаимодействи  с жидкостью. Таковыми  вл ютс , например, гидроокись алюмини  при диспергирований алюмини  в воде 2 или карбиды металлов при диспергировании некоторых.металлов в органических жидкост х Ц3. При отделении продукта от жидкости фильт рацией, центрифугой или выпариванием сначала получают продукт в виде пасты , состо щей из смеси порошка с остатками жидкости, и лишь затем (после сушки или прокалки) получают порошок. Получаема  паста в некоторых случа х также  вл етс  целевым продуктом. .

. Недостатком этих способов  вл етс  низка  производительность, тэбусловленна  тем, что 6 каждый момент времени между парой электродов горит Только один канал электрического разр да .:

Дл  повышени  производительности в работе 4 3 электроды разнесли на значительное рассто ние, а между ним засыпали кусочки металла. В результате в каждый момент времени стало гореть столько искровых промежутков, сколько точек контактов между кусочками в разр дной цепи между электродами . Во столько же раз возросла производительность диспергировани . Дл  предотвращени  утрамбовки, слипани  и спаивани  кусочков металла в работе С5 j предложено перёмегоивать слои кусочков металла между электродами потоком рабочей жидкости, .перевод щим его в состо ние кип щего псевдоожиженного) сло .Не Достатками этих способов  вл ютс  большой расход р абрчей жидкости и низка  концентраци  продукта ( порошка ) в жидкости, выход щей из сосу

да, в котором осуществл ют диспергирование .

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  электроэрозионный способ получени  порошков, который заключаетс  в том, чтокусочки металла или сплава засыпают между электродами из того же металла или алюмини , наклонно погруженными в сосуд с рабочей жидкостью так, что рассто ние между их нижними концами меньше рассто ни  между верхними. К электродам прикладывают импульсы напр жени , вызывающие в точках контакта кусочков друг с другом и электродами искровые разр ды по цепочкам , замыкающим электрическую цепь между электродами. Искровые разр ды осуществл ют электроэрозионное диспергирование металла кусочков и электродов . При этом, как и в описанных способах, диспергирование осуществл ют при нормальном (атмосферном) давлении рабочей жидкости, т.е. при отсутствии избыточного давленна  в сосуде диспергировани . Рабочую жадкость подают между электродами знизу вверх пульсирующим потоком. При кратковременном увеличении скорости .потока во врем  пульсаций слой куоочков металла в расшир ющемс  кверху пространстве между электродами пер

2ХОДИТ

«

в состо ние фонтанирующего кипйщеГо сло  и перемешиваетс . В промежутках между пульсаци 1 ш потока

жиддо кости скорость потока уменьшают

величины, гораздо меньшей необходимой дл  перемешивани . Этим достигаетс  уменьшение расхода рабочей жидкости и повышение концентрации продукта в ней на выходе из сосуда диспергировани . Вынесенный потоком жидкости порошок затем отдел ют от жидкости и отправл ют потребителю, а жидкость охлаждают и возвращают в сосуд диспергировани  по замкнуггому контуру СбJ.

Недостатками этого способа  йл ютс  большие расходы рабочей жидкости , а мала  концентраци  продукта в потоке жидкости, выход щем из сосуда, в котором осуществл н т диспергирование. Недостатком  вл етс  также ограничение производительности из-за теплового перегрева рабочей жидкости. При электрОэрозконном диспергировании металлов часть энергии электрических идет в конечном счете на нагрев рабочей жидкости, циркулирующей между электродами. При этом температуру jpaбочей жидкости нельз  поднимать до температу1жл ее кипени , так как При кипении по вл ютс  пузырьки пара между кусочками металла и вместо разЕЯДов в жидкости происход т разр ды в паре при кото1%1Х почти не пpoиcxoДиt диспергирование металлов. Поэтому мини мальный расход рабочей жидкости чере сосуд диспергировани  выбирают таким , при котором жидкость нагревает с  до температуры не более 80% Ьт ее температуры кипени . Недостатке  вл етс  и то, что тепло рабочей жидкости при низких её температурах трудно утилизовать с теплообменников, требующи большого перепада температурДКак известно, КПД теплообменника повышае с  с ростом разности температур меж ду нагреваемой и охлаждаемой жидкос т ми) . Цель изобретени  - повышение про изводительности, уменьшение расхода жидкости, повышение концентрации продукта в жидкости и улучшение усло вий утилизации выдел ющегос  тепла. Поставленна  цель достигаетс  те ;что согласно способу получени  поро ков и паст, включающему электроэрозионное диспергирование электрическими разр дами металла в потоке жидкости и последующее отделение продукта от жидкости, электроэрозионное диспергирование осуществл ют при избыточном давлении жидкости 0,2-100 атм. При избыточном давлении повьлаает с  температура, кипени  жидкостей. Поэтому при электроэрозионном диспе гировании металлов при избыточном давлении рабочей жидкости можно под нимать ее температуру в сосуде диспергировани  .до величин, более высоких , чем температура кипени  данной жидкости в нормальных услови х |но меньших температуры кипени  этой жидкости при данном повышенном давлении ). Электроэрозионное диспергирование металлов и сплавов при повышенных давлени х рабочей жидкости можно осуществл ть как при диспергировании кусочков металлов и сплавов , так и при диспергировании металла монолитных электродов. При повышении температуры рабочей жид-, кости скорость химического взаимодействи  порошков екотортх металлов с жидкостью возрастает. Поэтому предлагаемый способ особенно эффективен при электрозрозионном получени порошков и TiacT,  вл ющихс  продукта ми химического взаимодействи  металла с рабочей жидкостью. Температура кипени  жидкостей с .ростом давлени  растет более медлен но, чем по линейному закону. Поэтом повЕлшение температуры кипени  более чем в 3-4 раза требует повышени  давлени  до 100 атм и выше. Создать столь высокие давлени  рабочей жидкости в значительных объемах технич ски трудно. Поэтому в предлагаемом изобретении верхнее значение давлени  рабочей жидкости ограЙИчено величиной 100 атм. . . Пример 1. Дл  получени  порошка одного из металлов или сплавов , приведенных в табл. 1, берут 100 кг кусочков этого металла или сплава с размералш кусочков 3-10 мм. Форма кусочков любс1 . Диспергирование кусочков осуществл ют в сосудереакторе| описанном в 63. Реактор состоит из герметичного диэлектрического сосуда квадратного сечени , расшир ющегос  кверху. В днище сосуда имеетс  отверстие с присоединенным к нему трубопроводом дл  подачи рабочей жидкости от насоса высокого давлени . Над отверстием расположено дополнительное сетчатое днище из диэлектрического материала, преп тствукндее кусочкам металла, загружаемым в сосуд, проваливатьс  в трубопровод . В сосуд введены два плоских электрода из алюмини . Электроды введены через крышку сосуда до упора в сетчатое днище и наклонены под углом к нему на 80°. Наименьшее рассто ние между электродами у днища 50 мм. В крышке сосуда имеетс  отверстие с присоединённым к нему трубопроводом дл  отвода рабочей жидкости с продуктами диспергировани . Кроме того, имеетс  отверстие дл  загрузки кусочков металла с.помощью шлюзового питател . Кусочки металла загружаиот в сосуд-реактор до уровн  1/4 части рассто ни  от днища до крышки с тем, чтобы над слоем кусочков в сосуде оставалось место дл  перемешивани  кусочков в фонтанирую щем кип щем слое. Затем подают в сосуд-реактор снизу вверх жидкость, в качестве которой используют водопроводную воду с начальной температурой Т. . Поднимают давление жидкости в сосуде-реакторе до значени  Р (см. та:бл. 1). Устанавливают расход воды через сосудреактор равным величине Q ;, Периодически (раз в минуту) расход воды через сосуд-реактор кратковременно (на 3-5 с) увеличивают с помощью регулировочных кранов до величины РлВ табл. 1 также указан средний за врем  всей работы расход жидкости через сосуд-реактор Qqj. При возрастаНИИ расхода жидкости до величины Q скорость ее потока между электродами сосуда-реактора увеличиваетс . При этом кусочки металла подхватываютс  потоке жидкости (начинают витать) и слои кусочков перемешива- . ютс , переход  в состо ние фонтаниреющего кип щего сло . При возвращении же расхода жидкости к величине Q скорость потока уменьшаетс  и кусочки металла вновь опускаютс  на дно4 После установлени  заданных

расходов воды на электроды сосудареактора подают импульсы напр жени  от источников импульсов. Источник генерирует импульсы напр жени  600 В с частотой повторени  до 5 кГц при мощности в нагрузке до 700 кВт, Во врем  приложени  импульса напр жени  к электродам происходи электрический пробой в воде по цепочке из кусочков металла между электродами. При этом в точках контакта кусочков друг с другом и с электродами загораютс  искровые разр ды, осуществл 1йщие электроэрозионное диспергирование металла кусочков и электродов.

При каждом новом импульсе напр жени  разр д происходит по новой , цепочке кусочков между электродами, т.к. при разр дах происходит встр хивание сло  кусочков гидравлическими ударами от разр дов в жидкости . Периодшческо перемешивание (раз в минуту) сло  кусочков при увеличенки потока жидкости преп тствует утрамбовке сло  гидравлическими у арамиу Образ5 к цийс  в результате электроэрозионного диспергировани  металла кусочков и электродов высокодйсперсный порошок выноситс  из сосуда-реактора потоком рабочей жидкос-ги. При этом порошок алюмини , получающийс  в результате диспергировани  электродов, тотчас же начинает химически взаимодейство .вать с водой, в результате, образуетс  гидроокись гшюмини  и нсддел ютс  пузырьки водорода, которые также вынос тс  потоком ВОДИЛ из сосудареактора . Рабоча  жидкость в сосудереакторе нагреваетс  теплом искровых разр дов и на ш 1ходе иа сосуда-реактора имеет Телшёратуру Т/, указанную в табй. 1. далее жидкбсть со взвешенными с ней продуктами диспергировани  и пузырькако. водорода поступает по трубопроводу в теплообменник, омываемый холодной водой. В теплооб меннике рабоча  жидкость находитс  примерно под тем же давлением, что и в сосуде-реакторе (меньшем на величкну гидравлического сопротивлени  трубопровода) . Нагретую в теплообменнике охлаждаКш ую воду потом используют дл  омывки получаемого порошка и дл  бытовых нужд. Этим обеспечиваетс  частична  утилизаци  тепла,.ВБшел емого искровыми разр да ми в сосуде-реакторе. Охлажденную в теплообменнике до 80 С рабочую . жидкость со взвешенными в ней.продуктами диспергировани  далее дросселируют , сбрасыва  давление до атмосферно О , и собирают и сбёуде райделени  Жидкости и газа, име1оц№1М отверстие в крьаике с П1рисоединенHbiw к нему трубопроводом дл  отвода выдел ющегос  газа. Выдел ющийс  дбдород направл ют в газгольдер. А

жидкость из сосуда разделени  со взвешенными,в Ней порошком и гидроокисью алюмини  подают на вакуумный фильтр типа ФПАКМ непрерывного Д€ Йстви  с фильтрацией капроновой -тианью в виде бесконечной движущейс : ленты. Отфильтрованные продукты в виде влажной пасты непрерывно снимаютс  с ленты ножом и поступают в бункер, а фильтрат (жидкость с;обирают и направл ют в холодильни теплообменник, где охлаждают до юмнатной температуры. Из холодильника рабоча  жидкость поступает i сосуд-сборник рабочей жидкости, сткуда ее вновь подают насосом высского давлени  в сосуд-реактор, рабе тающий непрерывно. По мере расходовани  кусочков металла в сосуде-реакторе в результате диспергировани  в него добавл ют новые порции куЬочков с помощью ШЛЮЗОВОГО питател  без остановки работы. Алюминиевые эле|ктроды в сосуде-реакторе изнашиваютс  в результате электрической эрозии в основном у нижних концов, где рассто ние между электродами наименьшее , а следовательно, наибольша  ве ро тНость разр дов; По мере износа электроды постепенно-подают в сосудреактор с помощью специальных подпружиненных толкателей до упора в с

тча тое днище. Полученна  с фильтра аста имеет влажность 80% и содержит (в пересчете на сухое вещество дэ 10% (по весу гидроокиси алюмини 

5 полученную пасту можно использова|гь в химической промышленности дл  производства катализаторов. Если ke необходимо получить порошок металла без примесей гидроокиси алюмини , то их выщелачивают Дл  этого вла:кную пасту загружают в 20%-ный раствор едкого кали  (или, другой щелочи или кислоты/ при соотношении nacT.i: :раствор, равном 1:2 по весу. Омесь перемешивают в течение 1 ч при температуре до . Затем раствор ОгфильТровывают от порошка с помощьп .фильтр-пресса. Полученный порошок, отмывают от остатков щелочи На Toi же фильтр-прессе гор чей водой, получаемой от теплообменника. ОТМЫТЕ{ Й порошок сушат в токе воздуха hpH 10О-150 с. В ре3 ультате получают металлический порошок со сферической формой частиц. Имеющих размеры 0,01-10 мкм. Удельна  поверхность порошка измеренна  по методу БЭТ, указана в табл. 1. В табл. 1 приводе ны также сравнительные данные получени  порошка по из&естному способу (при нормальном давлении) на том ще Оборудовании.

Приме р 2. Дл  получени  пасты активной гидроокиси алюми кг. берут 10 Кг кусОчков аЛкмнни  с раз5  драми 3-10 мм (алкминий гранулированный квалификации ЧДА по ТУ 6-09-3742-74). Диспергирование осуществл ют в Е еакторе, описанном в примере 1. В -качестве рабочей жид кости используют дистиллированную воду (паровой конденсат,от теплоцентрёши ). Все операции Осуществл ю так же, как в примере 1. При взаимо действии высокодисперсного алюмини  с водой выдел етс  тепло химической реакции. Поэтому максимальна  мощность , которую можно вложить в чзосу диспергировани , в этом случае мень ше и приближенно Может быть вычисле на Ь помощью выражени  W«Q(T - Т)/860(1 - 4,3/F),, где W - в кВт} Q - в л/ч; F - удел ные энергозатраты диспергировани  : (кВт ч/кг А1). С повышением температуры и давлени  повышаетс  скорость взаиьюдействи  алюмини  с водой . Поэтому химическа  реакци  оканчиваетс  за врем  пребывани  ;смеси в теплоо15меннике ( нёбколько минут) и на выход из сосуда разделе ни  и газа поступает взвеше))ны ; в воде гель гидроокиси алюмини  ,П1 актически без примесей алк лини . Выдел ющийс .водород собирают в газ гальд р. В бункер фильтра.посту|пает паста гидроокиси алюмини  185%-ной влажности. Полученна  гид-) роокись состоит из смеси гидроокисей кристаллографической форкы бемита и байерита (по данным рентгенографического анализа). Результаты : сведены в табл. 2, в которой также приведены сравнительные данные получени  пасты гидроокиси алюмини  по известному способу (при нормальНС5М давлении) на том же оборудованиИ- .; . - -/.. .Л.. :. П р  м е р 3. Дл  получени  V порслаков карбидов металлов берут 100 кг кусочков одного из металлов, назван{1ых в таблi 2 Диспергированне осуществл ют в сосуде-реакторе ,, описанном в примере 1, с тем рт личией, что электроды берут из того же материала, что и кусочки, загружаемые в сойуд- реактор В качестве рабочей жидкости используют |ГСХ:Т 18499-73 . Всё операции 6су1ве ствл ют так же, как в примере 1.. J При диспергировании металл.а исхровыми разр дами в органической . жидкости происходит пиролиз ее в кй иалё искрового разр да. ОбраёуюВДйес  газообразные продукты пиролизе в количестве 1 кг на 10 кВт ч энергии разр дов, вложенной в сосуд-реактор , отдел ют о-т жидкости в сосуде разделени  и собирают в газгольдер. Полученные газообразные продукты пиролиза затем используют в нефтехимической промышленности. Выноси- . мый дадкостыб порошок отдел ют от нее на центрифуге, а отмывают бензином и этиловым спиртом от остатков рабочей жидкости. Получаемый порошок, состав которого, определенный рентгенографическим методом, приведен в табл. 2, используют в порошковой металлургии. Очищенную дт порошка рабочую жидкость после цейтрифуги возвращают в сосуд-реак- . тор по замкнутому контуру.Результаты сведены в табл. 2, в которой также приведены сравнительные данные, получени  карбидов по известному споч собу при нормальном давлении на том же оборудовании. П р и м е р 4. Дл  получени  порошка нержавеющей стали берут 100 кг стружки.нержавеющей стали ; марки 1Х18Н9Т с размерами кусочков 1-10 мм. Диспергирование осуществл  бт с помощью устройстзва, описанного в пр|1мере 1, с электродами из нержавеющей стали. В качестве рабочей жидкости используют трансформаторное масло, Электроды реактора подключают не к специальному генератору, как в примере 1, а к промышленной сети 380 В, 50 Гц через ограничительный дроссель. Поскольку трансформаторное масло  вл етс  хорошим электроизол тором , то токи утечки по нему отсутствуют и разр ды между кусочками металла в сосуде-реакторе могут происходить и при пологих фронтах импульсов напр жени  в отличие от искровых разр дов в воде, которые могут возникать лишь при достаточно крутых фронтах импульсов напр жени  , генерируемых с помощью специального генератора, использованного в примере 1. Причем разр ды в сосуде-реакторе происход т кик при положительных , так и при отрицательных полупериодах напр жени , приложенного к электродам. Дл  предотвращени  перехода разр дов в электричеcKyw дугу кусочки металла в сосудёреа кторе непрерывно перемешивают потоком рабочей жидкости. Все операции осуществл ют так же, как в приMiepe 3. В результате получают поро- ; июк «ержавеющей стали со сферической формой частиц, имеющих диаметр 0,1100 мкм. Результаты сведены в табл.2.

По предлагаемому способу

Параметры

Таблица 1

По известнр у способу

1Х18Н9Т Ni

Металл кусочков Fe

W

Мощность генератора W, кВт

Давление в реакторе Р (избыточное ) , атм

Расход жидкости через реактор , л/ч: 10000 : Температура жидкости на .выходе реактора Т, С Производительность диспергировани , кг/ч Концентраци  nopoiuKa в жидкости (Т:Ж) по lJl59 1:214; I:ll3 массе Количество утилируемого тепла Мкал/ч

Удельна  поверхность порошка , м /г

Ni Ni Fe

300 300 700

300 300

10 0,0 0,0

10 1700 2250 135

3

. 5

/ч 1250 . 3920 3920 3920 0000 J.OOOO 10000 10000 1840/ 4320 4320 4320 160 160 1:88 1:881:206 3450,00,0

:О оо

о

оVO

CN

00 огН

оtrt т

ооО

vn

о

inоо

х

00

1ЛоVO

лоо

in

ооо

о

1Л (S

ооо

00осо

соо

гН

о о о о

о

со

о

ч п

N

(N

гН

о чл о

о

о 1

о см

о п м

о

оо

о

о о

о1Л

г)

о00

tN

тН

о о о

о

о о в

|0

о со N

о

Ч чо

f4

151025494 -6

Использование предлагаемого изоб-жидкости, ST eHbttiHTb расход рабочей рётени  позвол ет повысить произво-жидкости (,при неизменной мощности , дительность диспергировани , произ-что позвол ет уменьшить объемы аппаводительность аппаратов, осуществл -ратов, улучшить услови  утилизации yxafnx отделение порошков от рабочейвыдел ющегос  тепла за счет увелижидкостй , за счет повышени  концент- 5чени  перепада температур теплорации порошка в поступакйцей рабочейобменнике,,.

Claims (1)

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКОВ И ПАСТ, включающий электроэрозионное диспергирование электрическими разрядами металла в потоке жидкости и последующее отделение продукта от жидкости, отлйчающийс я тем, что, с целью повышения производительности, уменьшения расхода жидкости,, повышения концентрации продукта в жидкости и улучшения условий утилизации выделяющегося тепла, электроэрозионное диспергирование осуществляют при избыточном давлении жидкости 0,2-100 атм.

   - 1025494