ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Наблюдаемые закономерности окисления железа водой из "Кинетика топохимических реакций" Существенно, правда, что для образования такой развитой пористой структуры образцы должны содержать амфотерные или слабокислые окислы (АЬОз, SIO2 и т. п.). Удельная поверхность образцов, не содержащих указанных окислов, не превышает десятых долей м /г [4, 5]. Исследуемые образцы железа наряду со специально вводимыми добавками содержали постоянное количество примесей, важнейшей из которых являлась двуокись кремния (около 0,5 мол. % на восстановленный образец). [c.108] Для получения исходных образцов магнитную окись железа Рсз04, приготовленную при сжигании железа армко в окислительном пламени кислородной горелки, переплавляли в печи сопротивления с медными электродами [6]. (Добавки вводились на стадии переплавки). [c.108] Полученный плав дробили, и фракцию зерен 2—3 мм восстанавливали водородом в циркуляционной установке высокого давления при температуре 450°С, избыточном давлении водорода 50 ат (4,9-10 Па), скорости циркуляции ЗООООч в течение 12 ч. Установка была снабжена приемником для образующейся воды, адсорбером с активированным углем для поглощения паров масла. После восстановления образцы в атмосфере инертного газа или водорода переносили в установку для окисления и подвергали там дополнительному восстановлению при атмосферном давлении (в токе водорода) и температуре 450 С в течение 4 ч. Водород при этом очищали от кислорода (гранулированная медь при 300 °С) и воды (ловушка при —78°С, ангидрон). По окончании восстановления образец в токе водорода охлаждали до комнатной температуры. [c.108] Полученные таким образом образцы железа содержат значительные количества адсорбированного водорода и обладают в связи с этим пирофорностью. [c.108] Структура и свойства получаемых образцов железа в значительной степени зависят от природы и количества добавок. [c.108] Основным компонентом невосстановленных образцов является магнетит Рез04, обладающий структурой шпинели. Элементарная ячейка магнетита включает 32 иона кислорода, расположенных в узлах решетки, и 24 иона железа в междоузлиях (8 ионов Fe в тетраэдрических междоузлиях, по 8 ионов Fe и Fe в октаэдрических междоузлиях) [7]. При введении в Рбз04 умеренных количеств различных окислов кристаллическая структура магнетита сохраняется, но изменяются параметры его кристаллической решетки и магнитные свойства, т. е. образуется твердый раствор [8]. После восстановления образцы имеют структуру а-железа независимо от природы добавок. Добавляемые окислы обычно имеют слабокислые или амфотерные свойства (структурные промоторы), а также резко выраженные основные (химические промоторы). Для структурных промоторов характерна относительно хорошая растворимость в магнетите и заметное структурообразующее действие, способствующее формированию развитой пористой структуры в восстановленных образцах. При этом удельная поверхность образцов составляет 10-Н 20 м /г, а удельная поверхность собственно железа — до 5 mVf [5, 9]. Типичным представителем структурообразующих добавок является окись алюминия. [c.108] Влияние добавок окислов на общую удельную поверхность образцов и удельную поверхность железа показызают данные табл. 6.1. [c.109] Общая удельная поверхность образцов определена по низкотемпературной адсорбции азота методом БЭТ, а удельная поверхч ность железа — по хемосорбции окиси углерода [5, 9]. [c.109] Кинетика реакции окисления железа водой изучалась Лебедевой, Покровской и автором [3, 9, 13]. Простая методика исследования обеспечивала хорошую воспроизводимость и надежность получаемых результатов. [c.110] Температура в реакторе измерялась термометром и, как правило, в ходе опыта оставалась постоянной с точностью до 0,1 °С. Скорость реакции и степень превращения железа определяли по объему выделившегося водорода с точностью 0,5 мл (в единицах степени превращения 5-10 ). При этом учитывали колебания атмосферного давления и температуры, поправки на давление водяного столба в газовой бюретке и на давление водяного пара. В начале опыта в течение нескольких десятков секунд происходило вытеснение адсорбированного водорода, поэтому соответствующие данные й расчет не принимали. Температуру опытов варьировали в пределах 80—100°С. [c.110] На рис. 12 представлены данные типичной серии опытов в координатах скорость реакции — степень превращения железа. При изменении температуры форма ядер фазы твердого продукта реакции и их количество остаются практически постоянными. Действительно, одинаковым степеням превращения на рис. 12 отвечают одни и те же фазы развития реакщ1и. Это не наблюдалось бы при изменении формы ядер или их концентрации. [c.112] Данные таблицы показывают, что изученные образцы железа существенно различаются по своей реакционной способности значения максимальных скоростей реакции для разных образцов различаются на два порядка, времена максимума —на порядок, степени превращения в момент максимума — в несколько раз. Тем не менее для всех образцов, за исключением образца 9, для которого параметры максимума скорости определены приближенно, степень превращения, соответствующая максимальной скорости реакции, не зависит от температуры. [c.112] Приведем данные о воспроизводимости результатов. Разброс макс обычно находится в пределах 1% степени преврапдения разброс макс и ыакс — 10% (относительных). [c.112] КгО до 0,9 мол.% эти особенности формы кинетических кривых становятся еще более явными (рис. 13). [c.114] Перейдем теперь к анализу полученных результатов. [c.114] Вернуться к основной статье