Ферросицилий реакция с водой
Опасный сплав
В мае 1908 г. из Стокгольма вышел пароход «Улеаборг». На следующее утро после отплытия пассажиры второго класса и часть команды стали больными. Все заболевшие оказались около трюма и чувствовали во время пути исходивший оттуда чесночный запах. Их перевели в каюты первого класса, более удаленные от грузовой части парохода. Тем не менее один из заболевших к вечеру умер. В Ганге груз отправили на берег, а пароход пошел дальше. Все больные выздоровели, кроме одного матроса, умершего два дня спустя.
Причиной отравления оказался ферросилиций. В истории техники начала XX в. были зарегистрированы и другие случаи отравления от ферросилиция. Только за 1905-1908 гг. было отмечено девять случаев отравления, причем из 78 заболевших 28 скончалось. Это привело к тому, что почти все крупные судовые компании стали отказываться от приемки грузов с опасным сплавом.
Начались исследования причин подобного действия ферросилиция. Было замечено, что отравления связаны с выделением из сплава газа, который был признан ацетиленом, с сопутствующими ему примесями. Выяснилось также, что свойством разлагаться и выделять газы обладают лишь некоторые сорта ферросилиция с определенным содержанием кремния.
Русские исследователи Н. С. Кур-наков, Г. Г. Уразов и Ю. Г. Жуковский доказали, что ферросилиций под действием влаги и при определенном составе разлагается с выделением ацетилена с примесью мышьяковистого и фосфористого водорода. Смесь этих газов очень ядовита и обладает чесночным запахом. Установлено, что разложение сплава связано с присутствием в нем алюминия и фосфора. Особенно легко разлагается ферросилиций с содержанием 50-65% кремния, поэтому сплав с таким содержанием кремния сейчас не производится.
Ферросилиций добавляют в готовую сталь для улучшения ее качества и для раскисления. Выплавляют его и в доменных печах, и в специальных ферросплавных электропечах. Дело в том, что с увеличением содержания кремния в сплаве температура восстановления основного элемента возрастает. При низком содержании кремния в железе температура восстановления сравнительно невысока и это определяет возможность выплавки бедного (9-14% кремния) ферросилиция в доменных печах.
Восстановление кремния с получением богатого ферросилиция возможно лишь при высоких температурах и, следовательно, только в электропечах специальной конструкции.
Печь загружается необходимыми материалами. Электрический ток подводится к электродам, нижние концы которых находятся в плавильной ванне. Здесь электрическая энергия превращается в тепловую. В печи создается очень высокая температура (4000°С и выше), происходит плавление материалов и осуществляются сложные химические реакции. Когда процесс полностью закончится, готовый металл через летку выпускают в ковш.
Основные рабочие, обслуживающие ферросплавную печь, — старший плавильщик (бригадир), плавильщик, горновой и его подручный.
Старший плавильщик руководит работой своей бригады, ведет технологический процесс выплавки ферросплавов, принимает участие в горячих и холодных ремонтах печи, ведет учет проделанной работы.
Плавильщик помогает бригадиру и сам участвует под его руководством во всех работах, связанных с ведением плавки и ремонтом печи. Он заменяет бригадира во время его отсутствия.
Горновой производит подготовку, разделку и заделку летки, выпуск и разливку металла и шлака из печи, берет пробы металла и шлака, следит за состоянием оборудования у горна.
Чтобы управлять процессами производства ферросплавов, все рабочие, обслуживающие печь, должны хорошо знать технологию выплавки ферросплавов различных марок, основы электрометаллургии и электротехники, конструкцию и условия эксплуатации печи, контрольно-измерительную аппаратуру, правила техники безопасности. Знакомство с физико-химическими свойствами сплава помогает избежать опасных последствий.
Источник
Способ получения водорода
Изобретение относится к способам получения водорода и может найти применение на аэрологических станциях, в металлургической , автомобильной, микробиологической и других отраслях народного хозяйства, использующих водород. Сущность изобретения: на реакцию с водой или водно-щелочным раствором подают ферросилиций или активированный алюминий, который подвергают измельчению, а реакционную среду нагревают до 40-55°С и вакуумируютдо 10- 20 мм рт.ст. при соотношении вода-щелочь, равном 1:10 — 1:5. 5 табл.
РЕСПУБЛИК (51)5 С 01 В 3/08
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР)
К 1ВТОРСКО55У СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ V Ю
1 ч (21) 4804515/26 (22) 19.03,90 (46) 30.01.93, Бюл, ¹ 4 . (71) Украинский заочный политехнический
1 институт им, И.З,Соколова (72) А. Н, Кучук, Б. П, Сахаров, Т, Н.Дол гих, И.В,Цихановская и Л.С.Федорова (56)1Авторское свидетельство СССР
¹ 1126872; кл, С 01 В 3/08, 1960.
Изобретение относится к области неорганической химии и может найти применение на аэрологических станциях, в мет ллургической, автомобильной, микробио огической и других отраслях народного хоз йства, использующих водород.
Известен способ получения водорода в рез льтате взаимодействия сплава ферросил ция с раствором едкого натра. Процесс про одится при атмосферном давлении и ком этной температуре. Недостатком данног способа является низкая скорость выдел ния-водорода и большой расход щел чи, приводящий к снижению экономичнос и процесса и необходимости нейтрализац и отходов. звестен также способ получения водород по реакции кремнистого сплава химсостава; Si 15-40%; Fe 1-4%; Ti 1-5%; Мп
0,5-1),5%; Z)) 0,5-1,0%; Al — осталеное с 10—
20%-ным раствором едкого натра, Способ осуществляется при атмосферном давлении и коМнатной температуре. Основным недостатком данного способа является высокая
) „„ЯЦ„„1791373 А1 (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА (57) Изобретение относится к способам получения водорода и может найти применение на аэрологических станциях, в металлургической, автомобильной, микробиологической и других отраслях народного хозяйства, использующих водород. Сущность изобретения: на реакцию с водой или водно-щелочным раствором подают ферросилиций или активированный алюминий, который подвергают измельчению, а реакционную среду нагревают до 40 — 55 С и вакуумируют до 10—
20 мм рт.ст. при соотношении вода-щелочь, равном 1;10 — 1;5, 5 табл. стоимость сплава (дорогостоящие добавки
Мп, Zn, Ti) и большой расход гидроксида натрия. Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ получения водорода в результате взаимодействия ферросилиция (с 5-15%-ной добавкой алюминиевого порошка марки АПВ) с водным раствором едкого натра.
Получение водорода ведут в нормальных условиях (1). Недостатком данного способа является невысокая скорость выделения водорода.
Целью изобретения является повышение скорости получения водорода.
Поставленная цель достигается тем, что в способе получения водорода из ферросилиция или активированного алюминия и реакционного раствора, согласно изобретению, в качестве реакционного раствора используют воду или водно-щелочной раствор в соотношении сплав; реакционный рас>вор
1:10 — 1:5, при этом металлический сплав измельчают в реакционном растворе дп раз.
55 мера частиц P 0,02 — 0,1 мм, реакционную среду нагревают до 40 — 55 С и вакуумируют до 10 — 20 мм рт.ст, В ходе патентных исследований авторами не найден способ получения водорода с совокупностью признаков, указанных в формуле изобретения. Из литературных источников авторам не известно, чтобы иэмельчением ферросилиция или алюминия в воде получали водород, Измельчение— известный и очень распространенный процесс, однако, не известно, что при измельчении ферросилиция или алюминия в воде на поверхности кусочков сплава появляются пузырьки водорода. Это свойство является новым. Авторы полагают., что одно измельчение сплава в воде не обеспечивает максимальную скорость получения водорода и возможно полное использование сплава из-за того, что образующиеся пузырьки водорода исчезают через некоторое время (1 — 2 мин), растворяясь в сплаве, поэтому необходимо было создать условия для их отделения и выделения водорода. Для этого нами было предложено одновременно с измельчением проводить нагрев и вакуумирование реакционной массы. Все это проводилось для того, чтобы выделить пузырьки водорода из реакционной массы, т.е. получить водород, Это свойство сохраняется, как показали экспериментальные исследования, и для получения водорода в воднощелочной среде, Авторами были отработаны режимные показатели, которые обеспечивают максимальную скорость получения водорода и более полное использование ферросилиция и алюминия. Таким образом, совокупность отличительных признаков при влиянии их друг на друга и взаимодействие обеспечивает появление нового свойства, которое приводит к дости- жению цели, и, следовательно, заявляемый способ соответствует критерию «существенные отличия», Режимные показатели заявляемого способа получения водорода обоснованы и доказаны в примерах конкретного выполнения..
Способ осуществляется следующим образом.
В реакционный аппарат емкостью 10 л загружают сплав ферросицилия или активированный алюминий и реакционный раствор (воду или водно-щелочной раствор) в соотношении сплав = 1:10 — 15 (в частности, 200 г сплава и 2,0 — 3,0 л реакционного раствора). Измельчают сплав непосредственно в жидкой фазе до размера частиц
0,02 — 0,1 мм. Реакционную массу нагревают до температуры 40 — 55″С и вакуумируют до
10-20 мм рт,ст. За 20 минут от начала реакции выделяется водород с полной подъемной силой до 5430 г.
Пример . В реакционный аппарат емкостью 10 л загружают ферросилиций в количестве 200 г и 20 л воды (массовое соотношение сплав:раствор = 1:10). Затем измельчают (дробящим устройством) сплав до размера частиц Р 0,1 мм. После чего реакционную массу нагревают до температуры
40 С и вакуумируют до 20 мм рт.ст. Выделение водорода продолжается в течение
15 минут, о чем говорит значение электродного потенциала — через 15 минут величина электродного потенциала достигает постоянного значения, Результаты экспериментальных исследований с применением режимных показателей в указанных пределах приведены в табл. 1, 2, 3, 4.
B табл.1 приведено влияние измельчения на время реакции получения водорода — время, в течение которого электродный потенциал достигает постоянного значения.
Измерение электродного потенциала (Е, мВ) проводят платиновым электродом в ïàре с хлорсеребряным.
Из данных табл.1 видно, что в опытах с измельчением сплавов электродный потенциал быстрее достигает постоянного значения, т.е. время реакции получения водорода меньше. В частности. в опытах без измельчения постоянство электродного потенциала для ферросилиция в воде достигнуто через 50 — 55 мин и составляет -52 мВ, а для активированного алюминия -30 мВ. В опытах с измельчением сплавов постоянство электродного потенциала достигается через 14 минут v ферросилиция в воде .,Е =
=89 MB), а у активированного алюминия (Е =
При реакции с раствором щелочи время стабилизации электродного потенциала сокращается в два раза. Значение электродного потенциала при этом для ферросилиция составляет -45 мВ, а для алюминиевого сплава -95 мВ.
Анализ полученных данных свидетельствует о том, что время реакции с водой измельченного сплава в 3 — 4 раза меньше, а с раствором NaOH в 7-8 раз меньше . чем в случае получения водорода без измельчения сплава, Также выполнены экспериментальные исследования с помощью микроскопа МУФ вЂ” 6, позволяющие визуально зафиксировать влияние измельчения и температуры реакционной среды на процесс выделения водорода. Для этого определялось количество выделяющихся пузырьков со свежих изломов и граней сплава. Результаты приведены в табл.2. 3.
Анализ табл.2 показывает, что оптимальным размером частицы при измельчении сплава является размер в пределах;
P= 0,02 — 0,1 мм. Уменьшение диаметра частицы менее 0,02 мм недопустимо из-за по- 5 вышенных материальных затрат на более тонкое измельчение. Увеличение диаметра частиц более 0,1 мм нецелесообразно ! вследствие снижения полноты использован я сплавов, 10
В табл.З приведены результаты измененИя скорости получения водорода в зависимости от температуры реакционной ср еды, Анализ табл,3 показывает, что при ком- 15 натной температуре без измельчения сплава образование пузырьков не наблюдалось.
Измельчение сплава уже при комнатной температуре способствует образованию и узы ьков водорода. Оптимальным жетемпе- 20 ра урным интервалом получения водорода является температура 40 — 55 С, Понижений температуры менее 40 C приводит к умонвшению скорости выделения водорода повышение более 55 С сопровождается 25
1 о ув личением энергетических затрат.
B таблице 4 представлены экспериментальные данные по влиянию соотношения сплав: реакционный раствор и глубины ваку мирования на скорость получения водо- 30 ро а.
Анализ табл,4 показывает, что умен ьшени количества реакционного раствора мене чем 10 частей по отношению к сплаву не об спечит полноты взаимодействия сплава, ув личение более 15 частей нецелесообраз- 35 но из-за сокращения скорости реакции получения водорода.
Углубление вакуумирования ниже 10 мм рт. т. нецелесообразно из-за увеличения материальных затрат; вакуумирование вы- 40 ше 20 мм рт,ст, приводит к снижению скоро ти получения водорода.
Сравнительные данные по исследовани кинетики выделения водорода в заяв яемом способе (ферросилиций с 45 из ельчением) и прототипе (ферросилиций в р створе щелочи без измельчения) предста лены в табл.5.
Диаметр частиц сплавов — 0,1 мм, Вакуумирование — 20 мм рт.ст. В прототипе диаметр частиц более 1,0 см. Давление в реакторе нормальное(в начале реакции) -то есть процесс без вакуумирования.
Данные табл.5 показывают, что использование предлагаемого способа вместо прототипа обеспечивает следующее преимущество: — Позволяет увеличить скорость выделения водорода примерно в 3 раза, — В случае невозможности организации процесса нейтрализации продуктов реакции, дает воэможность отказаться от применения агрессивных растворов щелочей, Так как скорость выделения Н2 в растворе NaOH для прототипа ниже, чем скорость выделения водорода в воде для заявляемого способа. — Рассматривая под микроскопом продукты реакции предварительно измельченных сплавов, можно установить отсутствие переизрасходованных кусочков металла и выделяющихся пузырьков водорода. то есть полное использование сплава. — В тоже время отходы. полученные без измельчения сплавов. прореагировавших в щелочных растворах, до месяца выделяют водород. В соответствии со СНиП П вЂ” 32 — 74 такие отходы нельзя сбрасывать в канализацию и их также нельзя сбрасывать в канализацию и их также нельзя вывозить на свалку, B этом отношении метод измельчения имеет большие преимущества, т.е. предлагаемый способ экологически более чистый.
Способ получения водорода. включающий разложение воды в присутствии щелочи и ферросилиция или активированного алюминия, отличающийся тем. что. с целью увеличения скорости процесса. на разложение подают воду и щелочь, взятые в массовом соотношении (сплав: раствор, равном 1:10-1:5 соответственно, ферросилиций или алюминий измельчают в реакционном растворе до размера частиц 0,02-0,1 мм, при этом реакционную среду нагревают до 40—
55 С и вакуумируют до 10 — 20 мм рт.ст.
Результаты измерения электродного потенциала Е (мВ) для ферросилиция и активиро ванного алюминия до и после измельчения
Время, мин Электродный потенциал, Е (мВ) у взвеси ферросилиция в воде или водно — Шапочном растворе
Электродный потенциал, Е (MB) у взвеси активированного алюминия в во е или водно — елочном аство е после измельчения после измельчения до измельчения в воде до измельчения в воде в воднощелочном аство е в воде
Источник
