Способ получения порошков и паст

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к производству порошков и паст электроэрозионным диспергированием металлов и сплавов, и может быть использовано также в, химической промышленности в производстве активной гидроокиси алюми-. ния и катализаторов.Известны электроэрозионные способы получения порошков, основанные на том, что электрический разряд в жид кости между двумя электродами вызывает локальное расплавление материала электродов с последующим разбрызги. ванием расплава в микрокапельки. Эти микрокапельки металла, застывая в окружающей жидкости, и образуют порошок, который выносится течениемжидкости, будучи взвешенным в ней. Его отфильтровывают и сушат 1. Причем в зависимости от того, взаимодействуют ли химически микрокапельки металла с окружающей жидкостью или нет, получают либо чистый порошок металла, либо продукты его взаимодействия с жидкостью. Таковыми являются, например, гидроокись алюминия при диспергировании алюминия в воде2 или карбиды металлов при диспергировании некоторых металлов в органических жидкостях Г 3 3. При отделении продукта от жидкости фильт. З 0 рацией, центрифугой или выпариванием сначала получают продукт в виде пасты, состоящей из смеси порошка с остатками жидкости, и лишь затем после сушки или прокалки) получают 35 порошок, Получаемая паста в некоторых случаях также является целевым продуктом.Недостатком этих способов является низкая производительность, арбус ловленная тем, что в каждый мсмент времени между парой электродов гориттолько один канал электрического раз-. ряда.Для повышения производительностив работе 4электроды разнесли назначительное расстояние, а между нимизасыпали кусочки металла. В результате в каждый момент времени сталогореть столько искровых промежутков,сколько точек контактов между кусочками в разрядной цепи между электродами. Во столько же раз возрослапроизводительность диспергирования.Для предотвращения утрамбовки, слипания к спаивания кусочков металла в 55работе 53 предложено перемешивать слои кусочков металла между электродами потоком рабочей жидкости, переводящим его в состояниефккпящего"псевдоожиженного) слоя. 60 НеДостатками этих способов являются большой расход рабочей жидкости. и низкая концентрация продукта (порошка) в жидкости, выходящей из сосуергймому гаеоэро" ов, кусочмежду или в что цамиК консце- цепь яды ис- элекых твля- дав- от- со- днизу крат- .поочков ро ходитщеме. -жидкости скорость потока уменьшают до величины, гораздо меньшей необх димой для перемешивания. Этим дос кгается уменьшение расхода рабочей жидкости и повышение концентрации родукта в ней на выходе из сосуда дк пергирования. Вынесенный потоком кости порошок затем отделяют от жидкости и отправляют потребителю,а жидкость охлаждают и возвращают в сосуд диспергирования по замкну омуконтуру Гб) да, в котором осуществляют дисрование.Наиболее близким к предлагапо технической сущности и достмому результату является электзионный способ получения порошкоторый заключается в том, чтоки металла или сплава засыпаютэлектродами из того же металлаалюминия, наклонно погруженнымсосуд с рабочей жидкостью так,расстояние между их нижними коменьше расстояния между верхниэлектродам прикладывают импульнапряжения, вызывающие в точкатакта кусочков друг с другом иэлектродами искровые разряды ипочкам, замыкающим электрическмежду электродами, Искровые разосуществляют электрозрозионноенергирование металла кусочков итродов. При этом, как и в описанспособах, диспергирование осущеют при нормальном атмосферном)лении рабочей жидкости, т.е. прсутствии избыточного давления всуде диспергирования. Рабочуюкость подают между электродамивверх пульсирующим потоком. Приковременном увеличении скороститока во время пульсаций слой куметалла в расширяющемся кверхустранстве между электродами перв состояние фонтанирующего "кипгоф слоя и перемешивается. В пжутках между пульсациями потока Недостатками этого способа я ются большие расходы рабочей жи тк, а также малая концентрация дукта в потоке жидкости, выходя из сосуда, в котором осуществля диспергкрование. Недостатком яв ся также ограничение производит ности из-за теплового перегрева бочей жидкости. При электрОэроз ном дкспергированки металлов бо часть энергии электрических раз идет в конечном счете на нагрев бочей жидкости, цкркулкрующей м электродами. При этом температ бочей жидкости нельзя поднимать температуры ее кипения, так как кипении появляются пузырьки пар ду кусочками металла и вместо раз в жидкости происходят разряды в прк которых почти не проксходий ля- косро ем т яет- ль- ра- оньшая ядов ра- жду у радо прк.межядов паре, 1 дкс 11025494, пергирование металлов. Поэтому мини- ния рабочей .жидкости ограйючено вемальный расход рабочей жидкости через личиной 100 атм. сосуд диспергирования выбирают таким, при котором жидкость нагревает- П р и м е р 1. Для получения ся до температуры.не более.80 от .порошка одного иэ металлов или сплаее температуры кипения.5вов, приведенных в табл. 1; берутНедостатком является и то, что 100 кг кусочков этогометалла или тепло рабочей жидкости при низких сплава с раэмерами кусочков 3-10 мм, ее температурах трудно утилизовать Форма кусочков любая. Диспергировас помощью теплообменников, требующих ние кусочков осуществляют в сосуде- большого перепада температур.(Как 1 О реакторе 1, описанном в 6 1. Реактор известно, КПД теплообменника повышает- состоит из герметичного диэлектрися с ростом разности температур меж- ческого сосуда квадратного сечения, ду нагреваемой и охлаждаемой жидкос- расширяющегося кверху. В днище сосуда тями) . имеется отверстие с присоединенным кЦель изобретения - повышение про нему трубопроводом для подачи рабоизводительности, уменьшение расхода чей жидкости от насоса высокого давжидкости, повышение концентрации ления. Над отверстием расположено продукта вжидкости и улучшение усло- дополнительное сетчатое днище иэвий утилизации выделяющегося тепла. диэлектрического материала, препятПоставленная цель достигается тем 20 ствующее кусочкам металла, загружачто согласно способу получения порош- емым в сосуд, проваливаться в труков и паст., включающему электроэро- бопровод. В сосуд введены два плосзионное диспергирование электриче- ких электрода из алюминия. Электроды скими разрядами металла в потоке введены через крышку сосуда до упора жидкости и последующее отделение 25 в сетчатое днище и наклонены под угпродукта от.жидкости, электроэрози- лом к нему на 80 . Наименьшее расонное диспергирование осуществляют стояние между электродами у днища при избыточном давлении жидкости 50 мм. В крышке сосуда имеется от,2-100 атм. верстие с присоединенным к нему труПри избыточном давлении повьзаает-. бопроводом для отвода рабочей жидся температура кипения жидкостей. кости с продуктами диспергирования.30Поэтому при электроэрозионном днспер- Кроме того, имеется отверстие для гировании металлов при избыточном загрузки кусочков металла с.помощью давлении рабочей жидкости можно под- шлюзового питателя. Кусочки металла .нимать ее температуру в сосуде дис- загружают в сосуд-реактор до уровня пергирования .до величин, более вы 1/4 части расстояния от днища. до соких, чем температура кипения дан- крышки с тем, чтобы над слоем кусочной жидкости в нормальных условиях ков в сосуде оставалось место для(но меньших температуры кипения этой перемешивания кусочков в фонтанируюжидкости при данном повьзиенном дав- щем "кипящем" слое. Затем подают в ленки). Электроэрозионное дисперги сосуд-реактор снизу вверх рабдчую рование металлов и сплавов при по жидкость, в.качестве которой испольвышенных давлениях рабочей жидкости зуют водопроводную воду с начальной можно осуществлять как при диспеРги- температурой т = 20 с. поднимаютРовании кусочков металлов и спла- давление жидкости в сосуде-реакторе вов, так и при диспергировании ме до значения Р (см. табл. 1). Устаталла монолитных электродов, При навливают расход воды через сосуд- повышении температуры рабочей жид-. реактор равным величине Я . Периоди кости скорость химического взаимо-чееки раз в минуту) расход воды . действия порошков некоторых металлов через сосуд-реактор кратковременнос жидкостью возрастает. Поэтому (на 3-5 с) увеличивают с помощью ре-:предлагаемый способ особенно эффек- гулировочных кранов до величины ц50тивен при электроэрозионном получении В табл. 1.также указан средний запорошков и паст, являющихся продукта- время всей работы расход жидкости ла с рабочей жидкостью. нии расхода жидкости до величины Ячерез сосуд-реактор При возраста%скорость ее потока между электродаТемпература кипения жидкостей с . ;ми.сосуда-реактора увеличивается. ,ростом давления растет более медлен-, ,:При этом кусочки металла подхваты- но, чем по линейному закону. Поэтому ,ваются потоком жидкости (начинают повышение температуры кипения более, .витать) и слои кусочков перемешивачем в 3-4 раза требует повышения 60 ются, переходя в состояние фонтанидавления до 100 атм и.выше. Создать :рующего "кипящего" слоя. При возврастоль высокие давления рабочей жид-, щении же расхода жидкости к величине кости в значительных объемах техниче ;Я скорость потока уменьшается и куски трудно. Поэтому в предлагаемом ;сочки металла вновь опускаются на изобретении верхнее значение давле 1 дно После Установления заданныхрасходов воды на электроды сосуда- реактора подают импульсы напряжения от источников импульсов. Источник генерирует импульсы напряжения 600 В с частотой повторения до 5 кГц при мощности в нагрузке до 700 кВт. Во время приложения импульса напряжения к электродам происходит электриче ский пробой в воде по цепочке из кусочков металла между электродами. При этом в точках контакта кусочков 10 друг сдругом и с электродами загораются искровые разряды, осуществляющие электроэрозионное диспергирование металла кусочков и электродов.При каждом новом импульсе напря 5 жения разряд происходит по новой цепочке кусочков между электродами, т.к. при разрядах происходит встряхивание слоя кусочков гидравлическими ударами от разрядов в жидкос ти. Периодическое перемешивание (раз в минуту) слоя кусочков при.уве личении скорости потока жидкости препятствУет утрамбовке слоя гидрав- лическими ударамис Образующийся в 25 результате электроэрозионного диспергирования металла кусочков и элек тродоэ высокодйсперсный порошок выносится. из сосуда-реактора потоком рабочей жидкости. При этом порошок алюминия, получающийся в результате диспергирования электродов, тотчас же начинает химически взаимодействовать с водой. В результате. образуется гидроокись алюминия и выделяются пузырьки водорода, которые также выносятся потоком воды из сосуда- реактора. Рабочая жидкость в сосуде-. реакторе нагревается теплом искровых разрядов и на выходе ие сосуда-реактора имеет температуру Т, указанную 40 в табЛ, 1. Далее жидкЬсть со взве- . шенными с ней продуктами диспергирования и пузырькамя.водорода поступает по трубопроводу в теплообменник, . омываемыми холодной водой. В теплооб-. 45меннике рабочая жидкость находитсяпримерно под тем же давлением, чтои в сосуде реактор (менМаем на ве. личину гидравлического сопротивления трубопровода). Нагретую в теп лообмениике охлаждающую воду потомиспользуют для омывки получаемогопорошкаи для бытовых нужд. Этимобеспечивается частичная утилизациятепла, выделяемого искровыми разряда ми в сосуде-реакторе. Охлажденнуюв теплообменнике до 80 фС рабочую жкдкость со взвешенными в ней .продуктами диспергирования далее.дросселируют, сбрасывая давление до ат мосферного, и собирают в сосуде раз деления жидкости и газа, имеющим отверстие в крышке с присоедйнен.ным к нему трубопроводОм для отво-ф давыделяющегося газа. Выделяющийся Водород направляют в газгольдерА джидкость из сосуда разделения совзвешенными в ней порошком и гидокисью алюмйния подают на вакуумфильтр типа ФПАКМ непрерывного дствия с фильтрацией капроновой тнью в виде бесконечной движущейсленты. Отфильтрованные продуктыв виде влажной пасты непрерывноснимаются с ленты ножом и поступв бункер, а фильтрат (жидкость)бирают и направляют в холодильнитеплообменник, .где охлаждают донатной температуры. Из холодильника рабочая жидкость поступаетсосуд-сборник рабочей жидкости,.куда ее вновь подают насосом высго давления в сосуд-реактор, рабющий непрерывно. По мере расходония кусочков металла в сосуде-реторе в результате диспергированинего добавляют новые порции куЬос помощью шлюзового питателя беэостановки работы. Алюминиевые эл ктроды в. сосуде-реакторе изнашива тся в результате электрической эзии в основном у нижних концов,расстояние между электродами наишее, а следовательно, наибольшаяроятность разрядов. По мере.изноэлектроды постепенно подают в сосреактор с помощью специальных пожиненных толкателей до упора в сетое днище, Полученная с фильтрата имеет влажность 80 и содержит(впересчете на сухое вещество) д10 по весу) гидроокиси алюминия.Полученную пасту можно использова ьв химической промышленности дляпроизводства катализаторов, Если еНЕобходимо получить порошок метал абез примесей гидроокиси алюминия,то их выщелачивают. Для этого вла -ную пасту загружают в 20-ный рас -вор едкого калия (или,другой щелоили кислоты) при соотношении паст г:раствор, равном 1:2 по весу, Сме ьперемешивают в течение 1 ч прилетевпературе до 60 С. Затем раствор офильтровывают от порошка с помощьфильтр-пресса. Полученный порошокотмывают от остатков щелочи на то оыййают о 1 ом т-. ко- та- аК в ков ееньвеаудру." ча- аси же фильтр-прессе горячей водой, п лучаемой от теплообменника, Ото порошок сушат в токе воздуха при 100-150 С. В результате получают де У е П р и м е р 2. Для получения пасти активной гидроокиси алюмини берут 10 кг кусочков алюминия с р мерами 3-10 мм ( алюминий гранулиметаллический порошок со сферической формой частиц,. имеющих разме ы0,01-10 мкм. Удельная поверхностьпорошка измеренная по методу БЭТуказана в табл. 1. В табл. 1 привны также сравнительные данные полчения порошка по известному апосорованный квалификации ЧДА по в количестве 1 кг на 10 кВт ч энер- ТУ 6-09-3742-74). Диспергирование гии разрядов, вложенной в сосуд-раосуществляют в реакторе, описанном актор, отделяют от жидкости в сосуде в примере 1. В качестве рабочей жид. разделения и собирают в газгольдер. Кости используют дистиллированную . Полученные газообразные продукты воду (паровой конденсат,от тепло пиролиза затем используют в нефтецентрали ). Все операции осуществляют химической промышленности. Выноситак же, как в примере 1, При взаимо- мый.кидкостьЮ,порошок отделяют от действии высокодисперсного алюминия нее на центрифуге, а затем отмывают с водой выделяется теплО химической бензином и этиловым спиртом от осреакции. Поэтому максимальная мощ татков рабочей жидкости. Получаемый ность, которую можно вложить в сосуд порошок, состав которого, определендиспергирования, в этом случае мень- ный рентгенографическим методом, ше и приближенно Может быть вычисле- приведен в табл. 2, используют в на С помощью выражения порошковой металлургии. Очищеннуюбт порошка рабочую жидкость послецентрифуги возвращают в сосуд-реакИЯ(Т - Т)/860(1 + 4,3/Р) тор по замкнутому контуру. РезулЬтаты сведены в табл, 2, в которой где М - в кВт; Я - - в л/ч; Р - удель- также приведены сравнительные данные, ные энергозатраты диспергирования получения карбидов по известному спо; (кВт ч/кг А 1). С повышением темпе-. собу при нормальном давлении на ратуры и давления повышается ско- том же оборудовании. рость взаимодействия алюминия с во- П р и м е р 4. Для получения дой. Поэтому .химическая реакция порошка нержавеющей стали берут оканчивается за время пребывания 100 кг стружки нержавеющей стали смеси в теплообменнике ( несколько : марки 1 Х 18 Н 9 Т с размерами кусочков ,минут) и на выход из сосуда. разделе-10 мм. Диспергирование осуществляют ния воды и газа поступает взвешенный с помощью устройства, описанного в 1 в воде гель гидроокиси алюминия К примере 1, с электродами из нержапрактически без примесей алюминия. веющей стали. В качестве рабочей жидВыделяющийся. водород собирают в гаэ кости используют трансформаторное гальдер В бункер фильтра, посту- -масло, Электроды реактора подключают пает паста гидроокиси алюминия не к специальному генератору, как 85%-ной влажности, Полученная гидв примеРе 1, а к промыаленной сети Роокись состоит из смеси гидрооки-. 380 В, 50 Гц через ограничительный сей кристаллографической формы бе 35 дроссель, Поскольку трансформатормита и байерита (по данным рентге- ное масло является хорошим электроиографического анализа). Результаты изолятором, то токи утечки по немусведены в табл. 2, в которой также отсутствуют и разряды между кусочка- приведены сравнительные данные по- ми металла в сосуде-реакторе могут лучения пасты гидроокиси алюминия 4 О пРоисходить и при пологих фронтах .по известному способу (при нормаль- импульсов напряжения в отличие от ном давлении) на том же оборудова- искровых разрядов в воде, которые нии.могут возникать лишь при достаточП Р и м е р 3. Йля получения но крутых фронтах импульсов напряпорошков карбидов металлов берутжения, генерируемых с помощью спе- .100 кг кусочков одногоиз металлОв,: 4 циального генератора, использованно"45.названных в табл 2. Диспергиро- . го в примере 1. причем разряды в сование осуществляют в сосуде-реакто- . суде-реакторе происходят как при поРе, описанном в примере 1, с тем от-ложительных, так и при отрицательных личией, что электроды берут из того . полупериодах напряжения, приложенже материала, что и кусочки, загру. ного к электродам. для предотвражаеьые в сооуд-реактор, В качестве: , щения перехода разрядов в электричерабочей жидкости используют керосин скУю дугу .кусочки металз 1 а в сосуде( ГЖ 1 18499-73) . Все операции осййе- ; Реакторе непрерывно перемешиваютствляют так же, как в примере 1 ; . потоком рабочей жидкости, Все операПрй диспергировании металла иск-. у ции осущесТвляют так же, как в при-. ровыми разрядами в органической . .меРе 3. В результате получают поро-, жидкости происходит пиролиз ее в ка- :. шок нержавеющей стали со сферической нале искрового разряда. Образующи,. :фоРмой частиц, имеющих диаметр 0,1- .еся газообразные продукты пиролиза100 мкм. Результаты сведены в табл.2.1025494 Т а б л и ц а 1 По известно у способу По предлагаемому способу Параметры И , 1 Х 18 Й 9 Т Металл кусочков Ре Мошность генератора М, кВт 300 300 300 300 700 3 0 300 Давление в реакторе Р (избы,2 точное), атм 0,0 10 10 0,0 3540 2740 1700 1250 . 3920 3920392010000 10000 10000 10000 10000 10000 10000 3970 3220 160 160 80 80 100 135 85 15 21 25 49. 20 25 1 ф 159 1:214 .1113 1:88 1 г 88 1 г 206 1 ф 173 147 345 0,О 19,8 124 2 Расход жидкости через реактор, л/ч: Температуражидкости наОг Не ыо Ф х Э Ф ао 1 о 6 с ха а во ан Х Х н а 6 6 аах 3(Ч3 ф %-е %йм Н юг 3 Э . Э + о СЧ 63 %Ф Ю ц АЙ 1 Ч 1 1 х 1 Ц 11 Ео и 1 йР но оо Э 1 Э.о Э 1 МО1 О О 1 С1025494 Составитель Л. РодинаТехред,Г, МаточкаКорректор В.ГирнякРедактор С. Пекарь Заказ 4460/8 Тираж 813 Подписное ВНИИПИ Государственного Комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб, д. 4/5филиал ППП фПатентф, г. Ужйород, ул. Проектная, 4 15Использование предлагаемого изобретения позволяет повысить производительность диспергирования, производительность аппаратов, осуществляющих отделение порошков от рабочей жидкости, за счет повышения концентрации порошка в поступающей рабочей 1 жидкости, уменьшить расход рабочей жидкости при неизменной мощности что позволяет уменьшить объемы аппаратов, улучшить условия утилизации выделяющегося тепла за счет увели чения перепада температур в теплообменнике.