Одержання хемосорбенту на основі заліза для глибокого очищення інертних газів від кисню

Размещено на http://www.allbest.ru/

УКРАЇНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ХІМІКО-ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

УДК 66.081:669.12:661.939.004.55

Одержання хемосорбенту на основі заліза для глибокого очищення інертних газів від кисню

05.17.01-технологія неорганічних речовин

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

ФРОЛОВА ЛІЛІЯ АНАТОЛІЇВНА

Дніпропетровськ-2006

Дисертацією є рукопис

Робота виконана на кафедрі технології неорганічних речовин та екології Українського державного хіміко-технологічного університету Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент Сухий Михайло Порфирович Український державний хіміко-технологічний університет, завідувач кафедрою енергетики

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Савенков Анатолій Сергійович Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”, професор кафедри хімічної технології, каталізу та екології

доктор технічних наук, професор, Яворський Віктор Теофілович, Національний технічний університет „Львівська політехніка завідувач кафедрою хімії і технології неорганічних речовин

Провідна установа: Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”, кафедра технології неорганічних речовин, каталізу та загальної хімічної технології, Міністерство освіти та науки України, м. Київ

Захист відбудеться „__29__”___червня________2006 р. о „_13³⁰__” годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.078.02 при Українському державному хіміко-технологічному університеті за адресою 49005, м. Дніпропетровськ, пр. Гагаріна, 8.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Українського державного хіміко-технологічного університету за адресою: 49005, м. Дніпропетровськ, пр. Гагаріна, 8

Автореферат розісланий „_25__”_____травня__________2006 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Мельников Б.І.

ультрадисперсний залізо співосадження кобальт

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. Швидкі темпи розвитку таких галузей промисловості як ядерна, ракетна, криогенна, електронна обумовили ріст попиту на високочисті інертні гази.

У більшості випадків використання високочистих інертних середовищ дає можливість одержувати вироби підвищеної якості, а найчастіше є необхідною умовою здійснення багатьох технологічних процесів.

Для одержання чистого аргону необхідно із сирого аргону видалити кисень. Існуючі технології глибокого очищення інертних газів засновані на використанні паладієвих каталізаторів, регенерація яких складна, а використання вимагає відсутності каталітичної отрути.

Використання, наприклад, активних металевих хемосорбентів у нових технологіях глибокого очищення інертних газів дозволить одержати високочисті інертні гази, наприклад, аргон і гелій, що мають попит на внутрішньому і зовнішньому ринках. Використання ультрадисперсних кристалічних порошків заліза також ефективне для інтенсифікації технологічних процесів у порошковій металургії та керамічному виробництві, а також для створення нових полікристалічних і конструкційних матеріалів на основі заліза та його сплавів. Більшість методів отримання на даному рівні їх розвитку не дає можливості контролювати ріст частинок у такому ступені, щоб одержати мікрочастинки визначеного складу й дисперсності.

Тому в теперішній час поглиблене вивчення нано- та високодисперсних різноманітних сполук у багатьох розвинених країнах показало перспективність їх застосування в новітніх матеріалах нового покоління. Результати дослідів у цьому напрямку приваблюють дослідників у багатьох розвинутих країнах тим, що дають змогу на базі недефіцитної і не коштовної сировини, наприклад сполук заліза, отримувати системи, які з успіхом замінюють дорогі матеріали в якості каталізаторів, хемосорбентів, магнітоносіїв тощо.

Поряд з розмірним фактором не менш важливе значення мають макро- та мікробудова частинок. Імплантація модифікуючих елементів у кришталеву решітку твердих оксидних розчинів різного типу, докорінно змінює фізико-хімічні властивості синтезованих сполук, дозволяє їх корегувати в необхідному напрямку.

Разом з тим найбільш поширені методи їх отримання застарілі і мають недоліки, які призводять до коливань якості і, більшістю, не забезпечують керований синтез неорганічних систем з прогнозованими властивостями.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалася в рамках науково-дослідної програми “Наукові засади побудови та хімічних технологій комплексних, кластерних та оксидних систем для спеціальних видів новітніх функціональних матеріалів” № 43020790 Міністерства освіти і науки України (№ держреєстрації 0105U000417).

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є розробка технології отримання активного дешевого хемосорбенту на базі існуючих виробництв з найменшими капітальними витратами.

Для досягнення заданої мети необхідно вирішити наступні задачі:

- виконати аналіз сучасного стану способів отримання ультрадисперсного металевого заліза, оцінити переваги хімічного способу отримання та доцільність його використання;

- виконати теоретичні та експериментальні дослідження отримання з гідроксиду модифікованого гетиту, з'ясувати вплив параметрів процесу і модифікування кобальтом на фізико-хімічні властивості продукту, у тому числі на макро- та мікробудову;

- здійснити кінетичні дослідження стадії співосадження твердих розчинів гідроксидів заліза, модифікованих кобальтом;

- здійснити дослідження стадії відновлення модифікованих порошків твердих розчинів оксидів заліза різними відновниками;

- розробити технологічну схему і технологічні умови процесу одержання модифікованого металевого заліза;

-виконати порівняльне техніко-економічне оцінювання і визначити економічну доцільність використання металевого заліза, отриманого даним методом, у якості хемосорбенту;

- узагальнити результати, розробити рекомендації щодо використання отриманих даних у розробці сучасних технологій та областей застосування.

Наукова новизна роботи:

Виявлені фізико-хімічні закономірності утворення гідроксиду заліза (II):

визначені граничні умови утворення гідроксиду заліза (II) і основного сульфату заліза;

встановлений вплив катіонів - модифікаторів на хід лужного гідролізу;

показана залежність впливу технологічних параметрів на вихід, дисперсний склад гідроксиду заліза (II);

Розроблений режим ведення процесу окиснення гідроксиду заліза (II) до оксигідроксиду заліза (III);

Визначені параметри керування пористістю частинок на стадії дегідратації оксигідроксиду заліза (III):

визначені макрокінетичні характеристики реакції дегідратації оксигідроксиду заліза (III): порядок реакції, енергія активації, передекспоненціальний множник;

проведений термодинамічний аналіз стадії дегідратації.

Розроблено режим ведення стадії відновлення ультрадисперсних порошків оксиду заліза, модифікованого кобальтом:

виконаний термодинамічний аналіз з метою визначення оптимального газового середовища;

встановлені залежності впливу технологічних параметрів на вихід, фазовий і дисперсний склад цільового продукту.

Практичне значення отриманих результатів. Розроблений і науково обґрунтований послідовний спосіб одержання високодисперсного модифікованого металевого заліза з заданою пористістю частинок. Отримані результати дали змогу визначити основні закономірності впливу модифікатора, а також умов синтезу на мікро- та макробудову продуктів - складних твердих розчинів.

Розроблена технологічна схема процесу і створена лабораторна установка. Отриманий високодисперсний порошок голчастого заліза, модифікованого кобальтом. Порошок випробуваний у якості хемосорбенту для глибокого очищення інертних газів від кисню у виробничих умовах.

Отриманий порошок металевого заліза був застосований для одержання високочистого аргону, який використовували для захисту катода в плазмотронах потужністю 0,5 Мвт. Висока якість отриманого хемосорбенту підтверджена відповідними актами випробувань.

Особистий внесок здобувача. Теоретичні, експериментальні і аналітичних досліджень, що включали: аналіз літератури, термодинамічні і кінетичні розрахунки, вибір і апробацію методів дослідження, експериментальні роботи, обробку отриманих результатів, розробку технологічного режиму і технологічної схеми процесу виконані безпосередньо автором. Постановка завдання, обговорення результатів досліджень, їх інтерпретація і формулювання висновків, випробування результатів роботи на виробництві виконувались разом з науковим керівником к.т.н. доцентом Сухим М.П. і завідувачем науково-дослідною лабораторією плазмохімічних процесів, с.н.с. Колодяжним О.Т.

Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати роботи доповідались на наступних конференціях: Міжнародна науково-технічна конференція "Современные проблемы химической технологии неорганических веществ"(Одеса, 2001), Всеукраїнська науково-технічна конференція “Хімія і хімічна технологія” (Дніпропетровськ, 2002), Всеукраїнська науково-практична конференція “Динаміка наукових досліджень” (Дніпропетровськ-Дніпродзержинськ-Харків, (2002), Міжнародна науково-технічна конференція "Новые технологии в химической промышленности" (Мінськ, 2002), Міжнародна науково-технічна конференція студентів і аспірантів “Хімія і сучасні технології” (Дніпропетровськ, 2003), Міжнародна науково-технічна конференція "Новейшие достижения в области импортозамещения в химической промышленности и производстве строительных материалов" (Мінськ, 2003), Міжнародна науково-практична конференція „Комплексне використання сировини, енерго- та ресурсозберігаючі технології у виробництві неорганічних речовин”. ( Черкаси, 2004).

Публікації: за темою дисертаційної роботи опубліковані 14 наукових праць, у тому числі 7 статей у професійних наукових журналах, 7 тез доповідей.

Структура і обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, 7 розділів основного тексту, висновків, 155 найменувань використаних джерел та 3 додатків. Дисертація викладена на 186 сторінках, містить 64 рисунка та 12 таблиць.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність роботи, сформульовані мета та основні задачі досліджень, розкриті наукова новизна і практична цінність отриманих результатів.

Перший розділ присвячений аналізу патентної і науково-технічної літератури. Надається аналіз сучасного стану очищення інертних газів від кисню, а також обґрунтовується необхідність використання металевих залізних порошків у якості хемосорбенту. Одними з основних вимог, що висуваються до хемосорбенту є велика питома поверхня, хімічна чистота, пористість частинок. Аналіз літературних даних показав, що одержання металевого заліза через гетит дає можливість одержати порошки голчастої форми.

Серед численних методів одержання металевого заліза перспективним є хімічний метод, оскільки він дає можливість одержати високодисперсний порошок завданих фазового і гранулометричного складу, модифікувати металеве залізо різними катіонами.

Для розробки відповідної технології необхідні виконання комплексного дослідження процесу і вибір оптимальних фізико-хімічних і технологічних параметрів.

В другому розділі наводяться характеристики використаних водяних розчинів солей, методи і методики проведення експериментів, описуються використані лабораторні установки.При виконанні турбідиметричних вимірів використовували концентраційний фотоелектричний колориметр КФК-2-УХЛ4.2. Електронномікроскопічні дослідження здійснювались за допомогою електронного мікроскопа ЭМ-125, оптичномікроскопічні - за допомогою мікроскопа NU-2. Рентгенофазовий аналіз виконувався на дифрактометрі ДРОН-3 у монохроматизованому мідному випромінюванні з нікелевим фільтром. Дериватографічний аналіз виконувався на приладі Q-1500.

Третій розділ присвячений теоретичним і експериментальним дослідженням умов осадження гідроксиду заліза (ІІ), гідроксиду кобальту (ІІ), співосадження гідроксиду заліза і кобальту, вивчення процесу окиснення заліза (II) у присутності іонів кобальту, а також основних закономірностей керування гранулометричним складом порошків заліза, модифікованих кобальтом.

Відомо, що вміст сульфат іонів, які захоплені гідроксидом з розчину, впливає на якість одержуваного продукту, тому далі методами залишкових концентрацій Тананаєва, потенціометрії, виміру оптичної густини, електропровідності досліджені системи FeSO₄-NаоH- Н₂О , СоSO₄-NаоH- Н₂О, FeSO₄-СоSO₄-NаоH- Н₂О.

З'ясовано, що реакція взаємодії між FeSO₄ і NaOH протікає у дві стадії з утворенням спочатку основної солі, а потім гідроксиду (рис.1, 2).

Крива електропровідності в системі FeSO₄-NaOH-Н₂О фіксує утворення основної солі 9Fe(OH)₂?FeSO₄ . Вивчення цієї ж системи методом виміру оптичної густини показує, що у всіх трьох дослідах криві оптичної щільності мають чіткий перегин у точці відповідній утворенню основної солі. Точка максимуму різкіше виражена в більше концентрованих вихідних розчинах сульфату заліза (II). Аналогічні дослідження для солей кобальту показали подібні результати. Очевидно, що гідроліз буде протікати, як і для розчинів солей заліза (II), у дві стадії: перша - утворення основної солі, друга - утворення гідроксиду кобальту.

При вивченні спільного гідролізу солей заліза й кобальту на кривій залежності електропровідності й оптичної густини від співвідношення компонентів з'являється додатковий пік відповідний утворенню проміжного продукту (рис.3).

Турбідиметричним методом досліджувалась залежність розміру частинок від співвідношення реагентів для різних початкових концентрацій сульфату заліза. Всі вони схожі. Різниця складається в кінцевому значенні діаметра частинок. Зі збільшенням концентрації сульфату заліза діаметр частки зменшується (рис.4).

Далі був досліджений процес окиснення продукту спільного осадження сульфату заліза і кобальту повітрям. Окиснення здійснювалось в рн-статичному і рн-динамічному режимах. Ступінь кристалічності продуктів окиснення оцінювали значенням відносної втрати ваги (рис.5). Швидкість окиснення характеризував об'єм лугу, який поглинається (рис.6, 7).

Встановлено, що фазовий і дисперсний склад оксидних сполук заліза, отриманих шляхом окиснення повітрям розчинів солей заліза (II), залежить від значення рН розчину солі заліза (II), температури реакційного середовища, швидкості подачі агента, який виступає в якості окисника, його активності та ефективності розподілу в реакційному середовищі, концентрації іонів заліза (II) у розчині. У рН -статичному режимі діапазон отримання гетиту значно ширший, ніж у рН - динамічному режимі.

Методом математичного планування експерименту досліджений вплив основних параметрі в режиму ведення процесу (x₁= С_FeSO4, x₂=С_NaOH, x₃=V_возд, x₄= t, x₅=С_СоSO4,) на значення формфактора (y₁) і питомої поверхні частинки (y₂). Залежність значення формфактора і питомої поверхні від перерахованих вище факторів має вигляд:

Y₁=12,53-9,01x₁-0,79x₂+3,86x₁²+1,5x₁x₂

Y₂=6,73-3,26x₁+8,93x₂+0,128x₃+0,643x₄+26,87x₁²-0,0021x₃²-7,475x₁x₂.

Встановлено, що визначально впливає на розмір частки та її питому поверхню концентрація сульфату заліза (II), меншою мірою концентрація гідроксиду натрію, а також рН початку окиснення і його швидкість. Встановлено, що концентрація їдкого натру значно впливає на фазовий склад продукту, що утворюється, Використання їдкого натру високої концентрації (>1 моль/л) призводить до утворення магнетиту, що небажано.

У четвертому розділі виконані теоретичний і експериментальний аналізи дегідратації гетиту, модифікованого кобальтом (рис.8). Термодинамічний аналіз показав, що при 400К відбувається дегідратація оксигідроксидів металів. Подальше збільшення температури призводить до утворення вюститу і гематиту. Для розрахунку кінетичних характеристик був використаний термогравіметричний метод, на основі якого визначена лімітуюча стадія процесу. Для розрахунку кінетичних характеристик і вибору кінетичного рівняння використовувалися різні математичні моделі гетерогенних процесів. На основі отриманих результатів (r_k= 0,991, уявна енергія активації 135,3 кдж/моль) визначено, що процес дегідратації гетиту, модифікованого кобальтом, лімітується дифузією і адекватно описується рівнянням одномірної дифузії.

Експериментальним шляхом встановлено, що всі етапи хімічної зміни складу порошку (видалення вільної, капілярної, адсорбційної, кристалізаційної і хімічно зв'язаної води) відбуваються при температурі 400⁰С. Максимальна питома поверхня та утворення великих транспортних пір зі збереженням первісної голчастої структури частинок без агломерування спостерігається при температурі дегідратації 500⁰С (рис.9).

У п'ятому розділі роботи наведені результати термодинамічного, кінетичного аналізу і дані, отримані в ході експериментальних досліджень процесу відновлення гематиту.

Термодинамічний аналіз процесу відновлення гематиту в різному газовому середовищі виконувався методом мінімізації їзобарно-ізохорного потенціалу, дозволив вибрати деякі, оптимальні з погляду термодинаміки, умови здійснення процесу відновлення. Термодинамічний аналіз показав, що збільшенню ступеня відновлення сприяють підвищення температури і надлишок водню. Відповідно до результатів, отриманих при термодинамічних розрахунках, оптимальним газовим середовищем є водень, оскільки він забезпечує повне відновлення оксидів заліза, кобальту до металів при 600К (концентрація водню 60 мас. %), при цьому залізо не крекірується вуглецем і карбідом заліза.

Таким чином, зберігаються вихідна пориста високорозвинена поверхня гематиту, структура частинок, і, як наслідок, висока активність отриманого порошку заліза.

Таблиця 1. Вплив розміру агломератів частинок і температури на тривалість відновлення воднем

	Температура, К
	Розмір агломерату, мм	623	673	773
Час досягнення =80%, хв	0,32-0,315 < 0,09	20 14	9 4	3 2
Насипна густина, г/см3		0,8	0,7	0,5
Фазовий склад		Fe, Fe3O4	Fe, Fe3O4	Fe, Fe3O4

Для перевірки та уточнення режимів процесу виконані експериментальні дослідження умов відновлення гематиту. Експериментальні дані показують, що при відновленні гематиту воднем, швидкість його залежить від вмісту водню і температури (рис.10).

З огляду на те, що при підвищенні температури відбувається спікання порошку, його укрупнення і погіршення адсорбційних властивостей, виконана спроба зниження верхньої температурної межі. Дослідження показали, що із збільшенням температури насипна густина зменшується. Як показали досліди, перевищення температури 673К викликає деяку деградацію голчастої структури, зрощування й укрупнення пір. При температурі вище 750 - 800К змінюється його голчаста форма, при 853К порошок починає спікатися.

Досліджений вплив вологості водню на хід процесу відновлення. Виконаний термодинамічний аналіз процесу при різному вмісті водяної пари у водні дав змогу встановити, що при збільшенні в досліджуваній системі вмісту води температурна область існування металевого заліза зменшується, при цьому відбувається зменшення кількості заліза, що утворюється. Однак, на практиці гальмування процесу відновлення значно перевищує розраховане, виходячи з реакції окислювання. У зв'язку з цим була здійснена серія дослідів з використанням у якості відновлювача вологого водню. При експериментальному вивченні кінетики відновлення гематиту воднем визначалася залежність ступеня відновлення від тривалості процесу при різній температурі (рис.11).

З метою визначення просторово-часових характеристик виконаний кінетичний аналіз.

Він проводився щодо найбільш характерних кінетичних рівнянь, що описують різні стадії топохімічної взаємодії. Лімітуючою стадією процесу відновлення вологим воднем єзародкоутворення. Оскільки досліджувався дрібнодисперсний порошок, що легко адсорбує воду, можливе блокування активної поверхні частинок молекулами води.

В шостому розділі наведені результати досліджень хемосорбційної активності ультрадисперсного голчастого порошку заліза, модифікованого кобальтом, які проведені з метою визначення можливості його практичного використання для глибокого очищення аргону від кисню. Очищенню від кисню піддавався сирий аргон зі вмістом кисню ~1-3%. Було встановлено, що очищення сирого аргону доводилось до тисячних часток відсотка О_2, навіть коли кількість кисню в суміші досягала 10%.

Очищення такого газу при лінійній швидкості 0,5 м/с характеризується наступними даними:

Таблиця 2. Кінетика процесу очищення аргону від кисню

Час від початку досліду, хв	0	26	52	78	100	190
Вміст О2 в очищеному аргоні, %	1,012	0,055	0,011	0,004	0,002	0,001

*

Результати дослідів показали можливість використання порошку заліза, модифікованого кобальтом, для тонкого очищення інертних газів. Причому, такий метод очищення інертних газів від домішки кисню на контакті з активним залізом з наступною регенерацією оксидів заліза газами-відновниками, дозволяє забезпечити безупинне одержання продукту, одержувати аргон з вмістом кисню менш 0,001% і не забруднений якими-небудь домішками, очищати гази з будь-яким вмістом кисню.

У сьомому розділі на основі здійснених теоретичних і експериментальних досліджень розроблена принципова технологічна схема одержання металевого заліза і виконане техніко-економічне оцінювання доцільності її впровадження. Принципова технологічна схема процесу одержання металевого заліза, модифікованого кобальтом, наведена на рис.12. У реактор при працюючій мішалці і безперервній подачі азоту, через мірник 6 подають необхідну кількість NaOH, а з резервуарів 1 і 2 через мірники подають розчини FeSO₄ і CoSO₄ температуру підтримують 40+2⁰ С.

Після перемішування протягом 15 хвилин визначають концентрацію NaOH і рН розчину і подають повітря. Окиснення Fe(OH)₂ у б - FeOOH виконують при постійному вимірюванні рН. Закінченням реакції окиснення є зміна кольору суспензії та вміст вільного заліза не більш 0,1%. Готовий гетит із реактора подають на фільтрування і відмивання на автоматичний камерний фільтр - 5, а потім у барабанну сушарку 7, де відбувається дегідратація гетиту, отримання гематиту та відновлення гематиту до металевого заліза відбувається у пічі 8.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1. У дисертації надане теоретичне обґрунтування одержання голчастих частинок заліза через гетит, що дає можливість одержати високодисперсне залізо з розвинутою поверхнею, регулюєму пористість, анізотропію форми і розмір частинок.

2. Теоретично розраховані граничні умови повного осадження гідрооксиду ( починається при рН=8, повне осадження досягається при рН=10,5. При рН=11,7 починається розчинення гідрооксиду заліза (II) з утворенням гідроксоіона Fe(OH)^?₃, при рН=12 - Fe(OH)₄^2? ). Експериментально досліджена система FeSO₄-NаоH-Н₂О методами залишкових концентрацій Тананаєва, потенціометрії, виміру оптичної щільності. З'ясовано, що реакція взаємодії між FeSO₄ і NaOH протікає у дві стадії: на першій стадії утворюється основна сіль, на другій - гідроксид заліза.

3. Вивчений спільний гідроліз солей заліза і кобальту. Визначальний вплив на величину частки і її питому поверхню здійснює концентрація сульфату заліза (II), меншою мірою концентрація гідроксиду натрію, а також рН початку окислювання і його швидкість. Експериментальні дані показують, що зі збільшенням температури і швидкості подачі повітря зменшується час окислювання. Однак, як показують рентгенівське дослідження, ведення процесу при температурі понад 40⁰С приводить до утворення суміші гетиту і магнетиту, при 60⁰С утвориться магнетит.

4. З'ясовано, що фазовий і дисперсний склад оксидних і гідроксид них сполук заліза (ІІІ), отриманих шляхом окиснення повітрям сполук заліза (ІІ) залежать від значення рн розчину солі заліза (ІІ), температури реакційного середовища, швидкості подачі окислювача.

У рн -статичному режимі діапазон одержання гетиту значно більш широкий, чим у рн - динамічному режимі;

5. Показано, що повна дегідратація відбувається при температурі 400⁰С, встановлена залежність між температурою дегідратації та реологічними властивостями гематиту. Максимальна питома поверхня і утворення великих транспортних пір зі збереженням первісної голчастої структури частинок без агломерування спостерігається при температурі дегідратації 500⁰С.

6. Встановлено, що оптимальним газовим середовищем є водень, оскільки він забезпечує повне відновлення оксидів заліза і кобальту до металів при 330⁰С (концентрація водню 60 мас.%), при цьому хемосорбент не крекірується вуглецем і карбідом заліза, і зберігаються пориста високорозвинена поверхня хемосорбенту та структура частинок. Термодинамічний аналіз показав, що при збільшенні вмісту водню в газовій суміші, температурна область існування твердого розчину заліза і кобальту збільшується, а температура повного відновлення оксидів переміщується в область більш низьких температур.

7. Встановлено, що метод очищення інертних газів від кисню запропонованим хемосорбентом дозволяє одержувати аргон з вмістом кисню менш 0,001%, очищати гази з початковим вмістом кисню до10%;

8. Запропонована принципова технологічна схема процесу одержання хемосорбенту, з використанням як вихідної сировини сульфату заліза травильних ванн. Розраховані видаткові коефіцієнти з сировини і допоміжних матеріалів на одержання 1т продукту.

9. Виконане техніко-економічне оцінювання використання отриманого металевого заліза, модифікованого кобальтом у якості хемосорбенту. Здійснена порівняльна характеристику техніко-економічних показників процесу очищення сирого аргону традиційним методом і запропонованим.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ В РОБОТАХ:

М.П.Сухий, О.Т.Колодяжний, Л.А.Фролова Дослідження дегідратації гетиту у різних газових середовищах // Вісник Національного університету “Львівська політехніка”. - 2002. - № 461. - С.40-44.

Мельников Б.І., Астрелін І.М., Фролова Л.А., Смотраєв Р.В., Колодяжний О. Т. Дослідження реакцій утворення гідроксиду заліза (ІІ) у водяних розчинах його сульфату // Наукові вісті Національного технічного університету України “КПІ”. -2003.- №4(30).- С.122-125.

Сухой М.П., Колодяжный А.Т., Фролова Л.А. исследование процесса восстановления высокодисперсного гематита водородом при средних температурах. // Вестник национального технического университета “ХПИ”.-2002. - №17.-С.122-126.

Сухой М.П., Колодяжный А.Т., Фролова Л.А. Исследование процесса восстановления при синтезе высокодисперсных хемосорбентов на основе железа. // Вопросы химии и химической технологии.- 2002. - №6.-С.67-69.

Колодяжный А.Т., Фролова Л.А., Прокопенко Е.М., Макарченко Н.П. Изучение влияния основных параметров синтеза модифицированного гетита на его дисперсность // Вопросы химии и химической технологии. - 2004. - №3.-С. 57-59.

Лукинов В.В., Колодяжный А.Т., Фролова Л.А., Суворов Д.А. О возможности использования шахтного газа для восстановления оксидов металлов. // “Геотехническая механика”. - 2002. - №46.-С. 45-50.

Колодяжний О.Т., Фролова Л.А., Макарченко Н.П., Прокопенко О.М. Дослідження лужного гідролізу хлориду кобальту// Фізика і хімія твердого тіла.- 2004.-том 5. - №1. - С.153-156.

Сухой М.П., Колодяжный А.Т., Фролова Л.А. Термодинамические и кинетические исследования получения дисперсных хемосорбентов на основе железа // Сборник научных трудов Междунар. н.-т. конф. ”Современные проблемы химической технологии неорганических веществ”.- том2.- Одесса: Астропринт.-2001.- С.226-229.

Фролова Л. А., Колодяжный А. Т., Сухой М. П. Термодинамический анализ процесса дегидроксилирования гетита, промотированного никелем и кобальтом в различных газовых средах. // Тези доповідей Всеукраїнської науково-технічної конференції “Хімія і хімічна технологія-2002”. - Дніпропетровськ.- 2002. - с. 41.

Сухой М. П., Колодяжный А. Т., Фролова Л. А. Оптимизация процесса осаждения гетита, промотированного кобальтом // Материалы Международной научно-технической конференции “Новые технологии в химической промышленности”. Минск.- 2002. - С.217.

Сухой М. П., Колодяжный А. Т., Фролова Л.А. Изучение щелочного гидролиза растворов солей железа и кобальта // Матеріали Міжнародної науково-практичної конференції “Динаміка наукових досліджень”.-том 16.- Дніпропетровськ: Наука і освіта . -2002.- с. 49.

Сухой М.П., Колодяжный А.Т., Фролова Л.А., Коржова А.П. Исследование осаждения гидроксида железа (II) из сернокислотных растворов // Тези доповідей І Міжнародної науково-технічної конференції студентів і аспірантів “Хімія і сучасні технології”.- Днепропетровск.- 2003. - С.67-68.

Фролова Л.А., Колодяжный А.Т., Прокопенко Е.М. Макарченко Н.П. Исследование основных закономерностей управления гранулометрическим составом гетита на стадии осаждения // Материалы Международной научно-технической конференции “Новейшие достижения в области импортозамещения в химической промышленности и производстве строительных материалов”. - Минск. - 2003.С.140-142.

Фролова Л.А., Колодяжний А.Т., Томилова И.О. Получение высокодисперсного гематита термолизом гетита // Збірник наукових праць Міжнародної науково-практична конференції „Комплексне використання сировини, енерго- та ресурсозберігаючі технології у виробництві неорганічних речовин”. - Черкаси: „Вертикаль”.- 2004.- С.150.

АНОТАЦІЯ

Фролова Л.А. Одержання хемосорбенту на основі заліза для глибокого очищення інертних газів від кисню.-Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.17.01 - технологія неорганічних речовин. - Український державний хіміко-технологічний університет, Дніпропетровськ, 2006.

Дисертація присвячена питанням розробки технології виробництва активного порошку на основі заліза. Отриманий порошок може використовуватися в якості хемосорбенту для глибокого очищення інертних газів від кисню.

В основі технології лежить одержання методом співосадження частинок гетиту голчастої форми, модифікованого кобальтом, що мають високу питому поверхню. Визначені умови осадження гетиту: співвідношення реагентів, рн ведення процесу, температура, швидкість подачі повітря. Встановлений фазовий склад сполук, що утворюються. Визначена математична модель, яка описує процес осадження.

Досліджена кінетика процесу дегідратації гетиту, модифікованого кобальтом. Визначені лімітуюча стадія процесу, енергія активації. Встановлений вплив режиму ведення процесу на питому поверхню частинок.

Вивчений вплив основних факторів на процес відновлення оксидів заліза до металу.

Розроблені технологічні рішення підтверджені результатами напівпромислових випробувань.

Ключові слова: залізні порошки, хемосорбенти, хімічне співосадження, інертні гази.

АННОТАЦИЯ

Фролова Л.А. Получение хемосорбента на основе железа для глубокой очистки инертных газов от кислорода. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.17.01 - технология неорганических веществ. - Украинский государственный химико-технологический университет, Днепропетровск, 2006.

Диссертация посвящена проблемам разработки технологии активного порошка на основе железа. Полученный порошок может использоваться в качестве хемосорбента для глубокой очистки инертных газов от кислорода.

Анализ литературных источников показал целесообразность модифицирования железа кобальтом для оптимизации технологических процессов. В этой связи была предложена технология получения высокодисперсного, модифицированного кобальтом железа через гетит. В основе технологии лежит получение методом соосаждения частиц гетита игольчатой формы, модифицированных кобальтом, которые имеют высокую удельную поверхность.

В работе использован комплекс физико-химических методов исследований: рентгенофазовый, дериватографический, метод остаточних концентраций, турбидиметрический метод, измерения электропроводности, электронная микроскопия.

Определены условия осаждения гетита: соотношение реагентов, рН ведения процесса, температура, скорость подачи воздуха. Установлен фазовый состав образующихся соединений.

Определена математическая модель, описывающая процесс осаждения.

Исследована кинетика процесса дегидратации гетита, модифицированного кобальтом. Определены лимитирующая стадия процесса и энергия активации. Установлено влияние режима ведения процесса на пористость и удельную поверхность частиц. Изучено влияние основных факторов на процесс восстановления оксидов железа до металла с заданными свойствами.

На основании полученных результатов была разработана принципиальная технологическая схема получения хемосорбента, выбраны оптимальные режимы ведения процесса.

Разработанные технологические решения подтверждены результатами полупромышленных испытаний.

Ключевые слова: железные порошки, хемосорбенты, химическое соосаждение, инертные газы

SUMMARY

Frolova L.A.. Obtaining of chemisorbent on the basis of iron for deep clearing of inert gases of oxygen.- Manuscript.

Thesis on competition of a scientific degree of the candidate of engineering science on a speciality 05.17.01 - technology of inorganic substances. - Ukrainian state chemical-technological university, Dnepropetrovsk, 2006.

The thesis is devoted to problems of mining of know-how of a fissile dust on the basis of iron. The obtained dust can be utillized in quality chemisorbent for deep clearing of inert gases of oxygen.

In a basis of know-how the deriving by a method coprecipitation of fragments goethite of the needle-like shape, modified cobaltous lays, which one have high specific surface. The modes of

depositions goethite are determined: a proportion of reagents, рн of support of the process, temperature, feed speed of air. The phase composition of generatrix joints is established. The mathematical model depicting the process of precipitation is determined.

The kinetics of the process of dehydration goethite, modified cobaltous is studied. Are determined a limiting stage of the process and activation energy. Influencing a condition of support of the process on specific surface of fragments is established.

Influencing major factors on the process of recovery of ferric oxides up to metal is learnt.

The designed technological solutions are affirmed by outcomes semi industrial of trials.

Keywords: ferrous dusts, chemisorbents, chemical precipitation, inert gases

Размещено на Allbest.ru

...