Введение к работе
Актуальность темы. Расширение исследований в области радиа-птонной химии во многом обусловлено поиском новых, нетрадицион-шх путей решения технологических проблем. В большом числе промышленных процессов радиационная технология приводит к более эффективному использованию энергии и снижению производственных затрат. Разработке новых радиационных технологий способствует быстрый прогресс радиационной техники. В этих условиях исследования, пос-зященные влиянию ионизирующего излучения на скорость различных химических процессов приобретают важное значение.
Среди широкого ряда радиационно-химических процессов менее ізученннми являются гетерогенные процессы, к числу которых отно-:ится восстановление оксидов металлов. Исследование влияния облу-юния ускоренными электронами на процесс восстановления оксидов гаталлов представляет важное значение для понимания механизма >адиационных гетерогенных процессов.
Вопросы, связанные с восстановлением оксидов металлов, имеют фямое отношение к порошковой металлургии. Здесь одной из важней-мх является проблема интенсификации восстановительных процессов, іешение которой способствовало бы созданию более эффективной ехнологии получения металлических порошков.
При поиске новых способов интенсификации восстановительных [роцессов ранее исследовалось влияние т-оолуадния и быстрых нейтронов на скорость восстановления некоторых оксидов металлов. В іяде случаев облучение приводило к положительному результату, но иогда скорость восстановления понижалась. Эффект облучения зави-:ел от вида ионизирующего излучения. Результаты этих исследований [вляются противоречивыми. Объяснения наблюдаемого эффекта носят мозрительный характер и также противоречивы. Поэтому :сследования кинетики восстановления оксидов металлов водородом в :отоке ускоренных электронов и установления эффекта облучения, а 'ак же выявление влияния условий эксперимента и свойств восстана-ишваемых оксидов на величину радиационного эффекта приобретает іажное значение.
Большой теоретический и практический интерес представляет становление зависимости скорости реакции восстановления оксида
от мощности дозы облучения. Решение этой задачи стало возможным данной работе, поскольку пучок ускоренных электронов, источнике которых является электронный ускоритель, в отличии от ионизиру* щего излучения радиоизотопных источников имеет высокую МОЩНОСТІ что позволяет изменять мощность дозы облучения в широких преде лах.
Электронный пучок может быть использован не только для акта ващш реагирующих компонентов, но и для нагревания их до. высоки температур, как высокоэффективный тепловой источник. В такой ск туации полученные экспериментальные данные о влиянии мощносі дозы на скорость процесса восстановления приобретает особое знг чение.
Целью работы является проведение кинетических исследовани процесса восстановления оксидов металлов водородом при облучени ускоренными электронами.
Научная новизна. Впервые исследовано влияние облучения ускс ренными электронами на процесс восстановления оксидов металлоЕ На примере восстановления оксидов ^. ^0,, Nio, WQj и 7л водородом показано, что облучение приводит к увеличению скоросі процесса восстановления, протекающего в кинетическом режиме.
Впервые проведено исследование восстановления оксидов метал лов водородом при высоких мощностях дозы облучения, достаточны для нагревания оксидов до температуры, необходимой для восстаноЕ ления.
В результате исследования процесса восстановления оксида же деза Ре2оэ установлено, что облучение электронами приводит к уве личению константы скорости реакции и ее величина остаетс постоянной при изменении мощности дозы облучения от 0,6 ді 24 Мрад/с.
Кинетические данные процесса восстановления оксида желез Ре3о4 свидетельствуют о том, что облучение ускоренными электро нами стимулирует процесс спекания восстановленного железа протекающий при температуре выше 600*0 и препятствующий дальней шему восстановлению оксида.
Показано, что увеличение скорости восстановления при облуче нии ускоренными электронами связано с активацией оксида металла Термостабильные дефекты, возникающие в оксиде металла при облуче
ии, приводят к увеличению скорости восстановления оксида и изме-ению его электропроводности. Эти экспериментальные данные под-верадают справедливость теоретического прогноза о сответствии зменений реакционной способности и электропроводности твердого еагента под действием ионизирующего излучения, вытекающего из еории радиационно-стимулированной адсорбции и не находящего ра-ее экспериментального подтвервдения.
В результате проведения исследования'кинетики восстановления ксидов металлов водородом установлено,что величина радиационного ффекта интенсификации восстановления оксида зависит от свойств осстанавливаемого оксида (способа получения и термической обра-отки).
Практическое значение работы. В работе экспериментально по-азана эффективность использования радиационной технологии в по-ошковой металлургии, при обогащении полезных ископаемых и при олучении катализатора синтеза аммиака.
В порошковой металлургии радиационная интенсификация проце-са восстановления приводит к снижению энергозатрат и повышению ачества металлических порошков за счет уменьшения содержания статочного кислорода.
Использование радиационного способа магнетизирующего восста-овительного обжига слабомагнитной железной руды повышает эффектность магнитной сепарации. В результате становится возможным овлечение в металлургический передел слабомагнитных труднообога-имых руд с высоким содержанием железа.
Применение радиационной технологии при получении катализато-а синтеза аммиака приводит к повышению его активности и дает во-можность использовать исходное сырье, имеющее значительно более изкую стоимость.
Полученные в данной работе результаты могут быть использова-ы для интенсификации восстановления оксидов и в других областях ромышленного производства.
Защищаемые положения.
I. Облучение оксидов металлов ( ?е2о3, Ге-О,, Nio, wo3 и по ) мощным потоком ускоренных электронов приводит к увеличению корости их восстановления водородом, по сравнению со скоростью роцесса, протекающего в термических условиях. В обоих случаях
при этом восстановление проходит в кинетическом режиме. Увеличение скорости восстановления при облучении ускоренными электронами связано с активацией твердого реагента и зависит от свойств восстанавливаемого оксида.
-
При облучении ускоренными электронами константа скорости восстановления оксида железа Po3 увеличивается и при изменении мощности дозы облучения в интервале от 0,6 до 26,0 Ырад/с остается постоянной.
-
Облучение ускоренными электронами не только интенсифицирует восстановление оксида железа Те-0., но и оказывает обратное влияние на кинетику процесса. При температуре выше 600'С в случае облучения значительное снижение скорости восстановления наблюдается при более низких степенях восстановления, чем в термических условиях. Облучение ускоренными электронами стимулирует процесс спекания восстановленного железа на поверхности оксида железа Ре304, препятствующий дальнейшему восстановлению оксида.
Апробация работы. Результаты, использованные в работе, докладывались на Всесоюзной конференции по прямому получению железа ( Звенигород, 1983 ), школе-конференции "Порошковая металлургия и керамическая технология в современном материаловедении" ( Киев, 1984 ), Пятом Всесоюзном совещании по применению ускорителей заряженных частиц в народном хозяйстве ( Ленинград, 1985 ), Четвертом Всесоюзном совещании "Воздействие ионизирующего излучения и света на гетерогенные системы" ( Кемерово, 1986 ), Симпозиум по кинетике, термодинамике и механизму процессов восстановления ( Москва, 1986 ).
Публикации.Основные материалы работы опубликованы в 4 статьях и 2 тезисах докладов. Получено 3 авторских свидетельства и 2 иностранных патента.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и выводов. Содержит 146 страниц машинописного текста, 10 таблиц, 18 рисунков. Список цитируемой литературы включает 75 наименования.
